Посвящение в радиоэлектронику - Страница 40

Сейчас уже редко пользуются принципиальными схемами микросхемы. Предпочитают нарисовать прямоугольник — условное обозначение элемента, а рядом — таблицу его состояний в зависимости от уровней напряжений на входах. Обратите внимание на значок в левом верхнем углу. Он означает, что элемент работает именно так, как указано в таблице. Элементы, действующие в соответствии с другой таблицей состояний, обозначаются и другими значками.

Какие устройства можно выполнить на двухвходовом элементе &(2И-НЕ)?

Великое множество. Например, выключатель сигнала.

Коммутатор цифрового сигнала на двухвходовом элементе 2И-НЕ.

Пусть на один вход поступает цифровой сигнал. Если на другой вход подать логическую 1, то на выходе выделится инвертированный сигнал. А если на другой (управляющий) вход подать 0? На выходе будет 1, и цифровой сигнал через инвертор не пройдет.

Другой интересный элемент цифровой электроники — триггер. Поскольку многие слова, и это в том числе, пришли в электронику из английского языка, полистаем англо-русский словарь. Trigger — защелка, спусковой крючок. Сразу всплывают в памяти рассказы об охотниках, индейцах… Стараясь не шуметь, не наступить ненароком на сухую ветку, пробираемся по звериной тропе. Цель где-то близко. Осторожно взводим курок ружья. Слабый щелчок, и курок остался во изведенном положении. Спусковой механизм смазан и отрегулирован, теперь достаточно легкого нажима на спусковой крючок, и курок вернется в исходное положение — грянет выстрел!

Итак, триггер является устройством, которое может находиться в двух устойчивых состояниях: взведен — 1, спущен — 0. Причем в каждом из состояний триггер может пребывать как угодно долго, и никаких внешних воздействий для поддержания этого состояния не требуется. Внешнее воздействие нужно только для переключения триггера из одного состояния в другое. Собственно, свойствами триггера обладает выключатель электрической лампы в вашей комнате. Но и в охотничьем ружье, и в выключателе триггерными свойствами наделены механические устройства с крючками, защелками и пружинами. А вот и схема простейшего триггера на двух транзисторах — без всяких пружин и механических движущихся частей.

Триггер на транзисторах.

Если транзистор V₁ открыт, то его коллекторный ток создает большое падение напряжения на коллекторной нагрузке R₁, следовательно, коллектор V₁ и база V₂ имеют низкий потенциал. Значит, транзистор V₂ закрыт, а ток через резистор R₂ идет к базе транзистора V₁, открывая его полностью, до насыщения. Чтобы «перебросить» триггер в другое состояние, достаточно приоткрыть транзистор V₂ коротким импульсом напряжения, поданным на его базу.

Появится коллекторный ток, напряжение на коллекторе V₂ уменьшится, что приведет к закрыванию транзистора V₁ и к еще большему открыванию транзистора V₂. Этот лавинообразный процесс переключит триггер в другое устойчивое состояние, когда транзистор V₁ закрыт, a V₂ полностью открыт.

Триггер можно выполнить и на двух уже рассмотренных нами логических элементах — инверторах. Два входа соединяются крест-накрест с выходами элементов, а два других входа можно использовать как установочные. Вход S — вход установки 1. Если этот вход соединить с общим проводом, то на выходе верхнего элемента появится уровень 1. Этот уровень, действуя на вход нижнего элемента, установит 0 на его выходе, а значит, и на втором входе верхнего элемента. Триггер «защелкнется» и будет находиться в этом состоянии до тех нор, пока на вход R-вход «сброса» — не будет подан сигнал логического 0. Тогда триггер переключится, и на верхнем (по схеме) выходе установится низкий уровень 0, а на нижнем высокий уровень 1. Триггер с раздельными входами называют RS-триггером. Оба элемента удобно объединить в одной микросхеме, так обычно и делают. Более того, триггер оснащают еще и входной логикой, позволяющей включать его в разных режимах работы.

R-S-триггер на элементах 2И-НЕ.

Например, делают совместно с R- и S-входами счетный вход С. При поступлении импульса на счетный вход триггер переключается в состояние, противоположное тому, в котором он был ранее. Пользуясь счетным входом, очень просто осуществить деление частоты поступающих импульсов на два. Вот как это делается.

Входы S и R не использованы, а на счетный вход подана последовательность импульсов. Триггер переключается каждым отрицательным перепадом входного сигнала, в результате на выходе импульсы следуют вдвое реже, чем на входе.

Делитель частоты на два.

Сконструирован D-триггер — прекрасное устройство запоминания информации. На вход D подается исходный сигнал, но состояние триггера не изменится до тех пор, пока на вход С не будет подан импульс — команда записи. Тогда на выходе триггера установится такой же уровень, какой был на входе в момент записи. Это состояние не изменится, пока на вход С не будет подана новая команда. Предположим, что нам надо записать некоторое число в двоичном коде, например 01001110. Каждый разряд этого числа передается но отдельному проводу (так называемый параллельный ввод). Мы подключаем все провода к D-входам триггеров, а все входы С соединяем вместе. На эту шину подается команда записи.

Все триггеры устанавливаются в состояние, соответствующее уровням на входах D, и число записано. Оно будет храниться неограниченно долго, пока на входы С не подадут новую команду для записи другого числа.

D-триггер.

А что делать, если информация поступает последовательно, по одному-единственному входу? Последовательно вводимую информацию тоже можно записать с помощью триггеров, только соединить их следует по-другому. Представьте шеренгу солдат, застывших в строю. Звучит команда: «По порядку номеров рассчитайсь!». — «Первый, второй, третий» и т. д. Каждый из солдат по очереди объявляет свой номер, и «точка счета» бежит вдоль строя до самого конца. Подобным образом действует и ряд последовательно соединенных D-триггеров, образующих регистр сдвига. Триггеры в регистре организованы еще лучше, чем солдаты в строю. Каждый из солдат выкрикивает свой номер после того, как крикнет предыдущий, причем задержка в счете зависит от индивидуальных качеств каждого — кто-то среагировал быстро, а кто-то задумался и крикнул свой номер с опозданием.

Параллельный регистр.

Посмотрим теперь на схему триггерного регистра сдвига. На шину записи поступает команда — тактовый импульс. Каждый триггер записывает ту информацию, которая была в предыдущем триггере. Значит, записанная информация (двоичное число) не изменилась, просто все разряды сдвинулись на один шаг вправо. В этот же момент в первый триггер (крайний слева на схеме) можно записать новый разряд числа. Таким образом, для записи упомянутого 8-разрядного двоичного числа нужно восемь триггеров. Тактовые импульсы подаются вместе с поступлением разрядов числа, и после восьмого тактового импульса триггеры устанавливаются в состояние (слева направо) 01001110. Запись закончена. Надо считать число? Подведем еще восемь тактовых импульсов, и на выходном проводе в такт с подаваемыми импульсами появляется информация. Надо вывести информацию в параллельном двоичном коде? Просто сделайте выводы от выхода каждого из триггеров.