Мультиплексоры и демультиплексоры.

Мультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников информации в один выходной канал.

А0

D3

D2

D1

D0

А1

С

MS

Q

Типовое применение мультиплексора – это передача информации от нескольких разнесенных в пространстве источников (датчиков) информации на вход одного приемника. Согласно определению, мультиплексор должен иметь один выход и две группы входов: информационные и адресные. Код, подаваемый на адресные входы, определяет, какой из информационных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку n-разрядный двоичный код может принимать 2ⁿ значений, то, если число адресных входов мультиплексора равно n, то число его информационных входов должно быть равно 2ⁿ.

 

 

D₀, D₁, D₂, D₃ – информационные входы;

А₁, А₀ – адресные входы;

С – стробирующий вход;

Q – выход.

При С=0 связь между информационными

 входами и выходом отсутствует (Q=0). При С=1 на выход

 передается информация с того входа, номер которого в

 двоичном коде задан на адресных входах

Таблица истинности

А1	А0	Q
0	0	D0
0	1	D1
1	0	D2
1	1	D3

Логическая схема мультиплексора

t bEyPQU/DMAyF70j8h8hI3FhaILCVptM0AacJiQ0JcfMar63WOFWTtd2/JzvBzfZ7ev5evpxsKwbq feNYQzpLQBCXzjRcafjavd3NQfiAbLB1TBrO5GFZXF/lmBk38icN21CJGMI+Qw11CF0mpS9rsuhn riOO2sH1FkNc+0qaHscYblt5nyRP0mLD8UONHa1rKo/bk9XwPuK4ekhfh83xsD7/7NTH9yYlrW9v ptULiEBT+DPDBT+iQxGZ9u7ExotWw1yp6Iz3ZxBRVovLsNfwuFAJyCKX/wsUvwAAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQDJ3oaM8wsAAGGrAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJv RG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAVK8t83wAAAAgBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAE0OAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAWQ8AAAAA ">

&

&

&

&

1

1

Q (D2)

1

D3

D2

D1

D0

1

А1

А0

А1

А0

 

    

 

Запись логической функции Q:

Демультиплексор - это устройство, осуществляющее коммутацию входа к одному из выходов, имеющему заданный адрес. Демультиплексор имеет один информационный вход и несколько выходов

А0

D

А1

DMХ

3

2

1

0

&

&

&

&

1

1

А1

А2

D

 

Логическая схема демультиплексора 1 → 2

 

Тема 4.3. Последовательностные цифровые устройства

Триггеры.

Триггером называют электронное переключающее устройство, применяемое для различных операций – хранения информации, отсчета импульсов и т.д.

 

Триггер обладает двумя устойчивыми состояниями равновесия, которые сохраняются сколь угодно долго до воздействия управляющего импульсного сигнала.

 

Процесс перехода триггера из одного состояния в другое называется переключением (сопровождается изменением потенциалов на выходных зажимах).

Т

1

2

3

4

Вх

Вых

 

Вых 1

Вых 2

Вход

-ЕК

К2

К1

2

1

RK2

RK1

RC2

RC1

+ЕК

Т1

Т2

Схема симметричного триггера

 

 

 При подаче питания транзисторы Т₁ и Т₂ частично откроются. При увеличении коллекторного тока I_K1 потенциал точки К₁ возрастет и второй транзистор будет закрываться. Его коллекторный ток уменьшится, следовательно, уменьшится потенциал точки К₂, первый транзистор будет открываться, и т.д. Когда первый транзистор полностью открыт, потенциал точки К₁ равен нулю, ток базы второго транзистора тоже равен нулю, следовательно, второй транзистор закрывается.

Для переключения триггера в противоположное состояние необходимо либо открыть Т₂, подав отрицательный импульс на вход 2, либо закрыть Т₁, подав положительный импульс на вход 1.

Типы триггеров.

В зависимости от логической функции, выполняемой триггерной схемой, различают следующие виды триггеров:

 

1. RS-триггер (с раздельными входами)

 

Входы

S

Q

Q

R

Т

Выходы

Установка 0

Установка 1

Инверсный

Прямой

 

 

Таблица истинности

Режим работы	Входы		Выходы
	S	R	Q	Q	Влияние на выход Q
Запрещенное состояние	0	0	1	1	Запрещено – не используется
Установка 1	0	1	1	0	Для установки Q в 1
Установка 0	1	0	0	1	Для установки Q в 0
Хранение	1	1	Q	Q	Зависит от предыдущего состояния

 

2. D-триггер.

 

D

Q

Q

CLK

Т

Выходы

Синхронизирующий

Информационный

Инверсный

Прямой

Входы

 

 

У этого триггера имеется только один информационный вход D, а также синхронизирующий вход CLK. Этот триггер часто называют триггером с задержкой, т.е. информационный сигнал, поступающий на вход D, задерживается в триггере на время следования одного тактового импульса, прежде чем появится на выходе Q. Т.к. информация на выходе D- триггера остается неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, данный триггер называют триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой.

Таблица истинности

 

Вход	Выход
D^n	Q^n^+1
0	0
1	1

Соединяя D- триггеры друг с другом, получают сдвиговые регистры и регистры хранения.

 

J

Q

Q

K

Выходы

Информационный

Информационный

Инверсный

Прямой

Синхронизирующий

C

Входы

3. JK-триггер.

 

     

 

Триггер данного типа называют еще ждущим мультивибратором. Это универсальный триггер, обладающий характеристиками всех других типов триггеров. Он имеет два информационных входа J и K, синхронизирующий вход С и два комплиментарных выхода Q и Q. Когда на оба входа подается уровень логического 0, триггер блокируется, и состояния его выходов не меняются. В этом случае триггер находится в режиме хранения.

Переключательный режим.  Если на обоих входах установлен уровень логической 1, то следующие друг за другом тактовые импульсы будут вызывать перебросы уровней сигналов на входах триггера от 1 к 0, от 0 к 1, снова от 1 к 0 и т.д. Такая работа триггера напоминает последовательно производимые переключения тумблера, откуда и происходит название режима.

Таблица истинности

Режим работы	Входы                         Выходы
	CLK	J	K	Q	Q	Влияние на выход Q
Хранение		0	0	Без изменений		Без изменений - блокировка
Установка 0		0	1	0	1	Сброс или очистка в состояние 0
Установка 1		1	0	1	0	Установка в состояние 1
Переключение		1	1	Переключаются		Изменение состояния на противоположное

 

Триггер Шмитта.

Очень распространенной схемой для формирования импульсов прямоугольной формы из синусоидального или произвольной формы сигнала является триггер Шмитта. Также триггер Шмитта может служить в качестве порогового устройства, реагирующего на определенный уровень сигнала.

-ЕК

UВЫХ

С

RK2

R2

R3

R4

+ЕК

С

RЭ

RК1

R1

Т1

Т2

UВХ

 

 

 

В отличие от симметричной схемы триггера здесь одна коллекторно-базовая цепь заменена связью, образуемой сопротивлением общего эмиттерного резистора, что обеспечивает малое влияние нагрузки на работу триггера. Схема имеет два устойчивых состояния равновесия: в одном из них транзистор Т₁ открыт, а Т₂ заперт. Во втором состоянии – наоборот. Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое осуществляется внешним напряжением U_ВХ, подводимым на вход первого транзистора. Схема сохраняет одно из двух устойчивых состояний до тех пор, пока диапазон изменения входного сигнала не будет равен интервалу между нижним и верхним порогами срабатывания, следовательно триггер с эмиттерной связью является схемой индикации уровня.

Принцип действия схемы.

Пусть в исходном состоянии U_ВХ=0, в этом случае с делителя напряжения R_K1R₁R₂  на базу второго транзистора подается отрицательное смещение, поэтому второй транзистор открыт. Первый транзистор закрыт напряжением смещения, возникающим на резисторе R_Э за счет тока второго транзистора. При этом

                    U_ВЫХ=E_КR_Э/(R_К2+R_Э).

При увеличении отрицательного отпирающего напряжения U_ВХ до значения U₁

первый транзистор открывается, потенциал его коллектора повышается, что влечет к уменьшению тока базы второго транзистора. Когда U_ВХ=U₂, второй транзистор будет закрываться, а первый откроется. При этом

                   U_ВЫХ=E_К-I_К0 R_К2.

Дальнейшее увеличение отпирающего напряжения не вызовет изменения выходного напряжения. Напряжение U₁ называется напряжением срабатывания. В исходное состояние схема вернется, когда входное напряжение станет ниже уровня запирания первого транзистора (U_ВХ=U₃). Это напряжение называется напряжением отпускания.

Счетчики.

     Счетчиком называется последовательное устройство, предназначенное для счета входных импульсов и фиксации их числа в двоичном коде. Счетчики строятся на основе N однотипных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых состоит из триггера и комбинационной схемы, предназначенной для формирования сигналов управления триггером.

Основным статическим параметром счетчика является модуль счета М, который характеризует максимальное число импульсов, после прихода которого счетчик устанавливается в исходное состояние.

Основным динамическим параметром, определяющим быстродействие счетчика, является время установления выходного кода t_К, характеризующее время между моментом подачи входного сигнала и моментом установления нового кода на выходе.

Счетчики могут классифицироваться по следующим основным признакам:

1. По значению модуля счета:

а) двоичные (М=2ⁿ);

б) двоично-кодированные (М может быть любым, не равным целой степени числа 2);

2. По направлению счета:

а) суммирующие;

б) вычитающие;

в) реверсивные (в зависимости от значения управляющего сигнала могут быть либо суммирующими, либо вычитающими);

3. По способу организации межразрядных связей:

а) счетчики с последовательным переносом, в которых переключение триггеров разрядным схем осуществляется последовательно один за другим;

б) счетчики с параллельным переносом, в которых переключение триггеров разрядным схем осуществляется одновременно по сигналу синхронизации;

Q В

:2

:2

:2

QA

С

В

А

QС

Вход