Лабораторная работа № 1 Основные радиоэлектронные измерения и измерительные приборы (стр. 18 )

,

где первый член дает вертикальный контур, второй член — правый горизонтальный контур и третий член определяется левым горизонтальным контуром.

2.6. Дальнейшее преобразование уравнения с целью приведения его к виду, реализуемому данными интегральными схемами.

Пусть, например, мы имеем только схемы, выполняющие операции И, НЕ. Тогда предыдущее выражение приводится к следующей форме:

.

После этого можно уже рисовать функциональную схему, выполняющую операцию F (рис. 8).

Рис. 8 Рис. 9

Для этого устройства на функциональных схемах принято обозначение, изображенное на рис. 9. Интересно отметить, что данная схема находит практическое применение в устройствах передачи информации для выделения сигнала из помех. По N независимым каналам передается один и тот же сигнал (например, единица). В процессе передачи из-за различных помех единица с некоторой вероятностью Р может стать нулем. Если считать единицей момент, когда единица передана большинством каналов (например, хотя бы двумя из трех), то вероятность ошибки будет. В частном случае трех каналов N=3 и P=5% (0,05) будем иметь РS=0,25% (0,0025), т. е. вероятность ошибки существенно уменьшается. Данная схема также используется при поразрядном сложении чисел в двоичной системе для определения переноса в следующий разряд. Перенос в следующий разряд будет равен единице, если, по крайней мере, два числа из трех (два слагаемых и перенос из предыдущего разряда) равны единице.

Рассмотрим другую логическую схему, называемую полусумматором. Она применяется при поразрядном сложении чисел в двоичной системе и определяет сумму, оставшуюся в данном разряде. Сумма будет равна единице только тогда, когда лишь одна переменная равна единице. Если обе переменные равны единице, сумма будет равна нулю, а единица переносится в следующий разряд. Этот перенос с учетом переноса из предыдущего разряда, как уже упоминалось, осуществляется операцией n ³ 2 (рис. 9).

Для суммы можно записать условие F(1,2)=1 (рис. 10).

Рис. 10. Таблица состояний функции F(1,2) = 1

Как видно из таблицы состояний, функцию F можно записать в следующем виде . Структурная схема данной логической операции показана на рис. 11.

Рис. 11 Рис.12

Общая схема полусумматора представлена на рис. 12 (М2 обозначает сложение по модулю 2).

Схема полного сумматора с учетом переноса из предыдущего в последующие разряды показана на рис. 13. Ее обозначение приведено на рис. 14.

Рис. 13 Рис. 14

Конкретная реализация сумматора может быть различной в зависимости от наличия интегральных схем, выполняющих те или иные логические функции. Есть сумматоры, полностью изготовленные на одной микросхеме. Количество таких сумматоров должно быть равно числу двоичных разрядов складываемых чисел.

2.7. Триггеры.

Триггер — логическое устройство, состояние которого зависит не только от приложенных в данное время сигналов, но и от состояния триггера в предшествующий момент времени. Широко применяются так называемые тактируемые (синхронизируемые) триггеры с дополнительным входом, так что если на этом входе 0 — состояние триггера не меняется, если 1 — производятся операции. Ниже приведена таблица состояний наиболее употребляемых триггеров (табл. 3).

Состояния наиболее употребляемых триггеров Таблица 3

Состояние входов	Состояние триггера Qn
X1	X2
0	0	Qn-1	Qn-1	Qn-1	Qn-1	Qn-1
1	0	1	1	1	1	1
0	1	0	0	0	0	0
1	1	Xнеопр.	Qn-1	0	1	Qn-1
		RS	JK	R	S	E

Рис. 15. Реализация RS-триггера и его обозначения

Существуют триггеры с одним переключающим входом (триггер D), но с обязательным тактирующим входом. При подаче на тактирующий вход единицы производится операция: если на переключающем входе 1 — на выходе будет единица, если на входе 0 — на выходе 0.

Реализация RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ приведена рис. 15.

Входы триггеров принято обозначать теми же буквами, которые использованы в его названии. RS-триггер обладает следующими свойствами:

1) сохраняет состояние при S=R= 0 ;

2) устанавливается в «1» при S=1, R=0;

3) устанавливается в «0» при S= 0, R = 1;

4) комбинация S = R=1 запрещена, т. к. в этом случае состояние триггера неопределенное (Q=x).

RS-триггер, кроме использования его как элемента в различных логических операциях, может также применяться как быстродействующий «бездребезговый» переключатель. При этом «дребезг» на входе триггера (поочередное соединение и разъединение контакта) не передается на выход. Триггер опрокидывается (переключается) при первом касании, а дальнейшие смены состояний одного входа при нулевом втором входе не приводят к смене состояния триггера.

Триггеры JК, R, S, Е, как видно из таблицы, различаются только состояниями, которые они принимают при единичных уровнях на обоих входах. Из них наиболее часто применяется триггер JK, который при единичных обоих входах меняет свое состояние на противоположное.

Триггеры в основном используются в схемах двух типов: регистрах и счетчиках.

2.8. Регистры.

Регистры — это устройства для приема, хранения и передачи информации, причем информация здесь — это некоторое сочетание нулей и единиц. Кроме того, на регистрах выполняются некоторые операции над числами. В качестве простейшего регистра может быть использован тактируемый триггер RS. На вход, например, R, поступает один разряд информации (один разряд двоичного числа), который надо запомнить; на вход S подается инверсия этого разряда, т. е. S=. Тогда с приходом тактирующего импульса триггер устанавливается в соответствующее состоявшие и в дальнейшем сохраняет его независимо от состояния входов R и S до прихода следующего тактирующего импульса. Информация может быть снята с выходов и , т. е. уровень напряжения на выходах говорит о том, какие потенциалы были на входе в момент прихода тактирующего импульса. Аналогично работает такой регистр на триггере Q. Соединяя несколько триггеров-регистров параллельно (по тактируемому входу), можно запомнить многоразрядные двоичные числа и получить так называемый параллельный регистр, характеризуемый одновременной записью всех разрядов. Пример последовательного регистра (регистр сдвига) представлен на рис. 16.

Рис. 16. Последовательный регистр на триггерах D:

С — тактируемые входы триггеров

Информация поразрядно поступает на вход D1. Будем обозначать состояние m-го триггера после прихода n-го тактирующего импульса . С приходом тактирующего импульса (после поступления информации) первый триггер устанавливается в состояние , соответствующее первому разряду (обозначим его ) числа. Затем на вход D1 поступает второй разряд , а на С - следующий тактирующий импульс.

В результате второй триггер устанавливается в состояние, в котором до этого был первый: , а в первом триггере запишется информация о втором разряде и т. д., т. е. последовательно слева направо происходят запись и сдвиг разрядов информации. После поступления n-тактовых импульсов в регистре запишется n-разрядное число и с выходов оно может быть снято, как и в параллельном регистре, т. е. одновременно по всем разрядам. Если тактирующие импульсы продолжать подавать на входы С, то с выхода информация может быть снята уже в виде последовательного кода. При этом информация, хранящаяся в регистре, стирается. Имеются микросхемы, полностью выполняющие функции многоразрядного регистра.

2.9. Счетчики.

Счетчиком называется устройство, имеющее N устойчивых состояний, которые последовательно переходят одно в другое при поступлении входных сигналов (импульсов). Таким образом, состояние счетчика позволяет судить о том, сколько импульсов поступило на вход. Такие устройства широко применяются, например, в ядерной физике. Второе применение счетчиков — деление частоты. Пусть у счетчика имеется N устойчивых состояний, при поступлении на вход счетчика последовательности импульсов счетчик будет последовательно переходить из одного состояния в другое. Через каждые N импульсов определенное состояние счетчика будет повторяться. Таким образом, частота повторения того или иного состояния счетчика будет в N раз меньше частоты входных импульсов, т. е. мы получим N-кратное деление частоты. Структурная схема счетчика показана на рис. 17.