Основы электронной техники (стр. 43 )

Десятичный счетчик

На рис. 34.9(а) изображена схема десятичного счетчика с двумя петлями обратной связи. Обратной связью охвачены : 1) блок 1, включающий триггеры С и D и обеспечивающий деление на 3 (= 4 – 1), и 2) блок 2, включающий блок 1 и триггер В. Из рис. 34.9(б) видно, что без обратной связи блок 2 делил бы на 6 (= 2 · 3). С обратной связью его коэффициент деления равен 5 (= 6 – 1). С учетом триггера А, не охваченного обратной связью, полный коэффициент деления счетчика равен 10 (= 2 · 5).

Регистр сдвига

Для передачи данных из одной части системы, например компьютера, в другую можно использовать два метода. Первый, более быстрый, заклю­чается в одновременной передаче всех разрядов. При этом для передачи восьми разрядов требуется восемь отдельных линий. Для передачи ин­формации на расстояния в несколько метров этот метод вполне пригоден, но при передаче на большие расстояния, например между городами, он становится слишком дорогим. В этом случае применяется второй, более медленный метод: данные передаются последовательно разряд за раз­рядом по одному проводу. Для одновременного сдвига всех двоичных разрядов влево или вправо применяется регистр сдвига. Он состоит из нескольких триггеров, способных передвигать двоичные разряды в после­довательном порядке.

Рис. 34.9. Десятичный счетчик (а) и его представление в виде эквивалентных модулей (б).

Кольцевой счетчик

Кольцевой счетчик — это обычный счетчик, составленный из нескольких триггеров, в котором выходной сигнал подается обратно на вход, отсюда и происходит его название. Импульсы циркулируют по счетчику от вхо­да к выходу и обратно на вход. В конце каждого цикла выходной сигнал кольцевого счетчика можно снять для переключения другого счетчика. Например, выходной сигнал десятичного, или декадного, счетчика можно использовать для переключения еще одного декадного счетчика, обеспе­чивая тем самым коэффициент пересчета, равный 100.

Фиксатор (триггер-защелка)

В гл. 32 рассматривались бистабильные мультивибраторы, или триггеры, построенные на дискретных компонентах. Триггеры — очень важные и нужные базовые элементы логических устройств. Они применяются в качестве делителей на 2, фиксаторов (одноразрядные ячейки памяти) и для других целей.

Базовый триггер, называемый RS-триггером, или триггером-защелкой, показан на рис. 34.10. Два выходных сигнала, снимаемые с выходов Q и (НЕ Q), находятся в противофазе друг к другу. Если Q = 1, то = 0, и наоборот. Таблица истинности для RS-триггера приведена на рис. 34.10(в). При подаче логической 1 на вход R (Reset — сброс) на вы­ходе Q устанавливается уровень логического 0 (и уровень логической 1 на выходе ), при подаче логической 1 на вход S (Set — установка) на выходе Q устанавливается уровень логической 1 (и уровень логического 0 на выходе ).

S	R	Q
0	0	Без изменений
0	1	0 1 (Сброс)
1	0	1 0 (Установка)
1	1	Неопределенное состояние

(в)

Рис. 34.10.

Более сложным устройством по сравнению с простым RS-триггером является тактируемый JK-триггер, в котором имеется тактовый вход и отсутствует неопределенное состояние (рис. 34.11). Тактовый вход важен для синхронных систем, в которых переключение триггеров происходит лишь тогда, когда на тактовый вход подается логическая 1. При установ­ке логической 1 на обоих входах J и К триггера его выход переключается из уровня логического 0 в логическую 1 при поступлении каждого такто­вого импульса.

Тактовый вход	J	К	Q
0	X	X	Без изменений
1	0	0	Без изменений
1	0	1	0 1
1	1	0	1 0
1	1	1	Переключение

(а) (б)

Рис. 34.11. Условное обозначение (а) и таблица истинности (б) JK-триггера.

Логические элементы в виде ИС

Логические элементы изготавливаются в виде интегральных схем и вы­пускаются в виде модулей, содержащих большое число идентичных эле­ментов на одном модуле (чипе). Известны два основных типа ИС: ИС ТТЛ и ИС КМОП. Примеры ИС ТТЛ приведены на рис. 34.12.

Рис. 34.12.

35

Цифровые индикаторы

Существует несколько способов отображения показаний цифрового изме­рительного прибора, начиная от простейшей неоновой лампы и кончая светоизлучающими диодами (СИД) и жидкокристаллическими индика­торами (ЖКИ). Обычно отображается от четырех до восьми разрядов десятичных чисел. Максимальное число, отображаемое четырехразряд­ным индикатором, равно 9999, тогда как для восьмиразрядного индика­тора это число равно 99999999. В недорогих измерительных устройствах используется так называемый 3,5-разрядный индикатор. В индикаторе этого типа в старшем разряде (крайнем слева) может высвечиваться толь­ко либо 0, либо 1. Таким образом, максимальное число, отображаемое на индикаторе этого типа, равно 1999.

Основными типами индикаторов являются индикатор на светоизлучающих диодах (СИД) и жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). Ка­ждый разряд индикатора состоит из семи сегментов; это минимальное количество сегментов, необходимое для представления десятичных цифр от нуля до девяти. Сегменты обозначаются латинскими буквами от а до g (рис. 35.1). Таблица на рис. 35.2 иллюстрирует, с помощью каких сегмен­тов формируется изображение каждой цифры. Жидкокристаллические индикаторы потребляют очень малую мощность (порядка микроватт) и применяются в портативных измерительных приборах. Для работы СИД-индикаторов нужен больший ток, и они потребляют большую мощность (порядка милливатт). Эти индикаторы широко применяются в стацио­нарных цифровых вольтметрах, где потребляемая мощность не имеет первостепенного значения. С другой стороны, показания СИД-индикаторов можно видеть в темноте, в то время как для ЖКИ требуется внешняя подсветка экрана.

Рис. 35.1.

Рис. 35.2.

Управление работой СИД-индикатора

На рис. 35.3 показана схема управления работой семисегментного СИД-индикатора. Светодиод преобразует электрический ток в свет. Таким образом, чтобы сегмент индикатора светился, через светодиод, образую­щий этот сегмент, должен протекать ток. Как видно из рисунка, один вывод каждого диода подключен к одной общей для всех диодов точке. Здесь использована схема с общим анодом. Если присоединить к общей точке катоды всех диодов, то получится схема с общим катодом.

Каждый семисегментный индикатор формирует лишь один разряд все­го десятичного числа, отображаемого многоразрядным индикатором. Ка­ждый разряд имеет восемь выводов: один вывод для каждого сегмента и один общий вывод. В некоторых случаях для отображения десятичной точки добавляется девятый вывод.

Для управления сегментами индикатора выходной сигнал декадного счетчика нужно сначала преобразовать в соответствующую форму. Вы­ходной сигнал счетчика выдается в виде двоично-десятичного кода, кото­рый представляют 4 двоичных разряда. Этот код должен быть преобра­зован в соответствующий сигнал — код семисегментного индикатора — для включения нужных сегментов. Это преобразование осуществляется с помощью дешифратора.

Показанный на схеме блок транзисторных ключей (блок коммутации тока) обычно выполняется в виде одного интегрального модуля. Функции дешифратора и коммутатора могут быть объединены в одной ИС; приме­рами являются ИС 7447 для индикаторов с общим анодом и ИС 7448 для индикаторов с общим катодом. На рис. 35.4 показан двухразрядный инди­каторный модуль, в который входят два декадных счетчика, два модуля дешифратора/коммутатора и два семисегментных индикатора с общим анодом.

Рис. 35.3.

Управление работой ЖКИ

В жидкокристаллических индикаторах используется уникальная взаи­мосвязь между электрическими и оптическими характеристиками неко­торых жидкостей, которые способны сохранять свою кристаллическую структуру. Оптические свойства этих жидких кристаллов позволяют ис­пользовать их в устройствах индикации. Жидкие кристаллы не излучают свет в отличие от СИД, а лишь изменяют свою рассеивающую способ­ность, поэтому индикаторы этого типа работают при очень малых токах и потребляют очень малую мощность. Благодаря этому управлять рабо­той ЖКИ могут непосредственно МОП - и КМОП-элементы.