ПӘнінен оқУ-Әдістемелік кешен

ПӘНІНЕН ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕН

050702 – Автоматтандыру және басқару мамандығы үшін

ГЛОССАРИЙ.

1. 
   электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың физикалық құрылымын;
   
2. 
   электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың электрлiк сипаттамалары және параметрлерiн;
   
3. 
   электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың қолданылуына негiзделген жүйе мен қондырғылардың қасиетiн.
   

Электронды-кемтiктi ауысу – бiреуiнде электронды,ал екiншiсiнде кемтiктi электр өткiзгiштiктi екi жартылай өткiзгiштiң шекара аймағы.

Жартылай өткiзгiштi диод – ауысу қасиетi қолданылатын, бiр p-n-ауысулы және екi шығысы бар жартылай өткiзгiштi аспап.

Аналогты микросұлбалар – аналогты дабалды түрлендiрiп және өңдейтiн микросұлба.

Цифрлы микросұлба – цифрлы код түрiнде берiлген ақпаратты өңдеу үшiн арналған микросұлба.

Демультиплексор – цифрл дабылды бiр кiрiстен бiрнеше шығысқа тарататын цифрлы микросұлба.

Мультиплексор – дабылдарды бiрнеше кiрiстен бiр шығысқа коммутациялау үшiн арналған цифрлы микросұлба.

Цифрлы компаратор – сандардың n-разрядты екiлiк немесе екiлiк-ондық кодтарын салыстыру нәтижесiн тiркейтiн құрылғы.

Екiлiк сумматор – n-разрядты екiлiк сандардың арифметикалық қосындысын формалау үшiн арналған цифрлы микросұлба.

Есте сақтау құрылғысы - ақпаратты жазу, сақтау және оқу үшiн арналған құрылғы.

Триггер – бiр бит мәлiметтi сақтай алатын қабiлетi бар логилық құрылғы.

Санауыш – циклдi түрде бiр күйден екiншi күйге дабылдың әсерiнен ауысатын цифрлы құрылғы.

Биполярлы транзистор – қуатты күшейту үшiн, электрөткiзгiштiгi қайталанып тұратын үш аймақтан тұратын электротүрлендiргiштi аспап.

1. ДӘРІСТЕР.

1. 
   Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі.
   
2. 
   Дешифратордың түрлендіргіші.
   
3. 
   Сандық миқросұлбаның белгісі.
   

1) Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі.

Функционалдық белгісі бойынша интегралды микросұлбаның (операционды күшейткіштер, кернеу компараторлары, таймерлер, тұрақты кернеу стабилизаторы) анлогты сигналдарды өдейді және түрлендіреді. Мұндай сигналдарда ақпаратты тасушы амплитуда немесе импульс ұзақтығы, амплитуда, жиілік немесе синусоидалы кернеу фазасы, тұрақты кернеу деңгейі болып табылады. Цифрлық микросұлбалар цифрлы код түріндегі ақпараттарды өңдеу үшін арналған. Мұндай микросұлбалардың кез-келген кіріс немесе шығысында тек екі кернеу деңгейі: логикалық нөл және логкалық бірлік. Цифрлық аналогтық (ЦАТ) және анлогтық –цифрлық түрлендіргіштерге (АЦТ) арналған микросұлбаларды аналогтық қатарына жатқызады.

2. 
   Дешифратордың түрлендіргіші.
   

Сурет 1.1

Сандық микросұлбаларды комбинационды және сатылы деп бөлуге болады. Комбинационды сандық құрылғының шығыс сигналының мәні уақыттың кез-келген мәнінде кіріс сигналының сол уақыт мәнәмен анықталады. Оларға логикалық элементтер, сумматорлар, код компараторлары, дешифраторлар, мультиплексорлар, код түрлендіргіштері жатқызылады. Сатылы сандық құрылғыларда есте сақтау жадылар болады. Олардың ағымдағы тактідегі шығыс сигналдары, осы тактідегі немесе алдыңғылардығы кіріс сигналдарының мәнімен анықталады. Сандық құрылғының жұмыс тактісі деп сандық кодтаудың уақыт бойынша да және деңгей бойынша да дискретизацияланады деп есептелінетін, әр бір сигнал деңгейіне берілетін соңғы уақыт қимасы. Сатылы сандық құрылғының қатарына триггерлер, регистрлер, санауыштар, оперативті есте сақтау құрылғысы, микропроцессорлар және микроконтроллер жатқызылады.

Сандық микросұлбаның белгіленуі, функционалдық белгісі бойынша мысалға, К555ЛА3 серия нөмірі (К555), топтама (Л-логикалық элемент) және түрі (А-элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС). Серияның бірінші саны конструкторлық-технологиялық белгісін сипаттайды (1,5,6,7-жартылайөткізгішті; 2, 4, 8-гибридті; 3-қалғандары). Кең қолданылатын сандық микросұлбалар жартылай өткізгішті технология бойынша орындалады, яғни кремнийлі кристалдың көлемін және беттігін фотолитография әдісімен.

3) Сандық миқросұлбаның белгісі.

Сандық микросұлбаларды өндіру үшін келесі логикалық базистар қолданылады:

• 
  ТТЛ (К155, К133) - транзистор-транзисторлық логика;
  
• 
  ТТЛШ (К555, К1533) - ТТЛ Шоттки диодымен;
  
• 
  КМОП (К564, К1830) - комплементарлық МОЖ-технология;
  
• 
  n-МОП (К580, К1816) - n-каналды МОЖ-технология;
  
• 
  ЭСЛ (К100, К500) - эмиттерлік-байланысқан логика.
  

1. 
   Цифровые и микропроцессорные устройства: Учебное пособие. – Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники,1998.–164 с.
   

1. 
   Сандық құрылғыда екілік жүйесіне ауыстыру.
   
2. 
   Екілік ақпараттың жазылуын қысқарту үшін микропроцессорлық техникада колдану.
   

Ақпараттың кіріс және шығыс құрылғысында, жазу үшін кез-келген ондық санның төрт екілік разряд берілетін, ондық сандардың екілік-ондық түрлері кеңінен қолданылады:

47₁₀ =0100 0111_2-10

Екілік ақпараттың жазылуын қысқарту үшін микропроцессорлық техникада оның оналтылық берілуі қолднылады. Бір оналтылық символға екілік тетрада сай келеді.

Сандардың әр түрлі санау жүйесіндегі сәйкестігі

Байт көмегі бойынша мәндердің әртүрлі ақпаратын беруге болады:

1. 
   Ешқандай белгісі толық сан (0 ден 255 дейін);
   
2. 
   0 ден 99 дейінгі сан екілік-ондық кодта;
   
3. 
   Микропроцессорлық командалардың кодтық берілуі;
   
4. 
   Сегіз датчиктің күйі;
   
5. 
   Көрсету үшін жеті кіші разряд қолданылатын Х кодтағы тура,кері және қосымша белгісі бар екілік, Х-сан модулі (0-ден 127-дейін) Сегізінші разряд – белгісі бар (0 – тұрақты сандар үшін, 1 – айнымалылар үшін).
   

Мысалы:	+16		-16
Тура код	0,Х	00010000	1,Х	10010000
Кері код	0,Х	00010000	1,	11101111
Қосымша код	0,Х	00010000	1,+1	11110000

 

- ондық сан	139
- екілік сан	10100101B
- сегіздік сан	357Q
- оналтылық сан	8EH  немесе  0FAH

 

Оқытылған тақырып бойынша келесілерді есте сақтаған пайдалы:

1. 
   тұрақты сандардың тура, кері және қосымша кодтары сәйкес келеді;
   
2. 
   айнымалы санның қосымша кодын алу үшін тұрақты сан кодын терістеп және бірді қосу керек;
   
3. 
   Санның қосымша кодын тураға түрлендіру үшін,сол ереже бойынша жүзеге асырылады, яғни тура кодты қосымша кодқа;
   
4. 
   оналтылық сан A-F әріптерінен басталады, ассемблер тілінде жазылу кезінде сол жақтан нөлмен толықтырылады.
   

 1. 137 санының екілік кодын анықтаңыз.

2. 137Q санының екiлiк кодын жазыңыз.

3. 0ВСН санының екiлiк кодын анықтаңыз.

4. 93 қосу санының қосымша кодын жазыңыз.

5. Минус 125 санының қосымша кодын жазыңыз.

6. 58 санын екiлiк-ондық код түрiнде жазыңыз.

7. Санның тура кодын көрсетiңiз,егер қосымша коды 9ЕН болса.

8. Санның қосымша коды 7АН. Санның тура кодын жазыңыз.

9. +100 және 55 санының қосымша кодының қосындысын анықтаңыз

10. 55 және + 95 санының қосымша кодының қосындысын анықтаңыз.

Әдебиет.

2(О)
2-дәріс.

1. 
   Сандық құрылғылардың логикалық функциясы.
   
2. 
   Логикалық функцияны түрлендiруі.
   
3. 
   Карно картасының жазылу ережесi.
   

 

(3.1)

(3.1) Теңдiгi қарапайым логикалық элементтер орындайтын логикалық қосу (дизъюнкция), көбейту (конъюнкция), терiстеу (инверсия) операцияларының көмегiмен жазылған. (сур.3.2).

Терiм нөмерi	A	B	AB				A+B
0 1 2 3	0 0 1 1	0 1 0 1	0 0 0 1		1 1 1 0		0 1 1 1		1 0 0 0		0 1 1 0
Элемент Белгiленуi				ЖӘНЕ ЛИ		ЖӘНЕ-НЕ ЛА		НЕМЕСЕ ЛЛ		НЕМЕСЕ-НЕ ЛЕ	Ерекше НЕМЕСЕ ЛП

Логикалық функцияны түрлендiру үшiн келесi Буль алгебрасының заңдары қолданылады:

1) Орын ауыстыру А+В=В+А, АВ=ВА;

2) Жиынтықты (А+В)+С=А+(В+С), (АВ)С=А(ВС);

3) Тарату А(В+С)=АВ+АС;

4) Екi жақты

5) Екi жақты терiстеу

 ЖДҚФ-да бұрын жазылған үш айнымалының логикалық функциясы мына түрде берiлуi мүмкiн

 (3.3) теңдiгi бойынша құрылғының функционалдық сұлбасы құрылды (Сур.3.3).

Логикалық функцияны Венна диаграммасында кескiндеуге болады (Сур.3.4). Шеңбердiң iшiндегi аймақ айнымалының тура мәнiне сәйкес, сыртындағы – терiстеуге сәйкес. Венна диаграммасы екi және үш айнымалы бульдiк функцияны минимизациялау үшiн, логикалық теңдiк пен теңсiздiктi дәлелдеу үшiн

Сур. 3.4

Карно картасы бойынша логикалық функция үшiн минимизацияланған теңдеудiң жазылу ережесi:

1) Бiрлiкпен толтырылған блоктар бөлiнедi;

2) блок тiкбұрышты болу керек және 1, 2, 4 , 8 тор көздерiнен тұру керек;

3) блоктар мүмкiндiгiнше үлкен болу керек, ал олардың сандары азболуы керек;

4) Сол және оң, сол сияқты үстiңгi және астыңғы карта жолдары көршiлес болып саналады;

5) Бiр тор көз бiрнеше блокқа кiруi мүмкiн;

6) Кесек блокты алу үшiн, функция кез-келген түрде анықталуы мүмкiн (Х тұрған терiмде);

7) Бөлiнiп алынған блокты көрсететiн функция логикалық көбейтiндiлер ЛК түрiнде жазылады;

8) Егер оның нақты мәндерiнiң облыстрының блогы теңбе - тең бөлiнбесе, айнымалы ЛК құрамына кiрмейдi;

9) Егер қарастырылып отырған блок оның инверстiк мән облысында жатса, айнымалы инверсиялы ЛК құрамына кiредi;

10) Блоктағы нөлмен толтырылған тор көздерiн топтау кезiнде, сол ереже бойынша логикалық функцияның инверсиялық мәнiн аламыз.

Карно картасы бойынша (Сур.3.5,а) V төрт айнымалы логикалық функциясы мына түрде жазылады

 Құрылғыға сай тарату варианты (Сур. 3.6,а) түрлендiрудi ескередi

Сур.3.6

F = XY + XZ + YZ .

Екi жақтылық формуласын қолданып,ЖӘНЕ –НЕ элементтерiне таратуға ыңғайлы, мына түрге түрлендiруге болады (сур.3.6,б):

Логикалық элементтерде комбинационды сандық құрылғыны жобалау кезiнде, келесi тәртiптi ұсынуға болады:

1) Есеп шарты анықталады (жетiлдiрiлiп отырған құрылғы нақты не iстеу керек екендiгi анықталады, оның жұмыс алгоритмi нақтыланады);

2) Берiлген құрылғыға логикалық функция үшiн ақиқат кестесi құрылады;

3) Карно картсының көмегiмен логикалық функцияны минимизациялау жүргiзiледi;

4) Функция берiлген элементтiк базада тарату үшiн ыңғайлы түрге түрленедi;

5) Интегралды микросұлбалардың таңдалынған сериялы, логикалық элементтерде сандық құрылғының принципиалды сұлбасы жетiлдiрiледi (сур.3.7).

К155ЛА3 К55ЛА3 КР1533ЛА3 КР531ЛА3	К155ЛП5 К555ЛП5 КР1533ЛП5 КР531ЛП5	К155ЛЛ1 К555ЛЛ1 К531ЛЛ1	К155ЛИ1 К555ЛИ1 КР1533ЛИ1 КР531ЛИ1
К155ЛР3	К155ЛД1	К155ЛН1	К155ЛЕ1

Логикалық элемент К155ЛР3, логикалық кеңейткiшке қосылу үшiн К және Э кiрiстерi бар, мысалы, К155ЛД1.

 Бақылау тапсырмасы

1. Берiлген ақиқат кестесiндегi логикалық функцияны жүзеге асыратын элементтi көрсетiңiз.

2. Логикалық тепе-теңдiктiң дұрыстығын дәлелдеңiз:

 Соңғы тепе-теiңдiктi дәлелдеу үшiн суретте көрсетiлген Венна диаграммасын қолданған ыңғайлы.

 3. Логикалық теңдеудi қысқартуды аяқтаңыз:

Х+1=1	Х*1=Х	Х 1=
X+0=	X*0=	X 0 =
X+X=	X*X=	X X=
X+=	X*=	X =

3-дәріс.

Тақырып. Комбинациялық сандық құрылғының синтезi.

Дәріс сабағының құрылымы:

1. 
   Микросұлбада үшфазалы желі жилігін жобалау.
   
2. 
   Бульдік функцияны минимизациялау.
   
3. 
   Құрлымдық схемалармен танысу.
   

Құрылғының жұмыс iстеу алгоритмi желiлiк кернеудiң бiр периоды үшiн кiрiс жiне шығыс сигналының уақыттық диаграммасында неғұрлым айқын кескiнделедi (сур.4.1,а). Бiрлiк және нөлдiк F сигнал тактiсi үшiн Карно картасын толтырамыз. Екi терiмде функция анықталмаған. Нөл бойынша блокты ұйымдастыра отырып, мынаны аламыз

Бұл функцияны ең қарапайым түрде К155ЛР3 микросұлбасы жүзеге асырады (сур.4.1,в). Қолдынылмайтын ЖӘНЕ элементiнiң кiрiстерiнiң бiреуiне логикалық нөлдi беру керек. 

Айталық А, В және С – құрылғының логикалық бөлiмнiң кiрiсiндегi сигналдар (Ажыратып қосқыштың тұйықталған жанаспасына логикалық 0 деңгейi сәйкес,ал тұйықталмағанға – логикалық 1 деңгейi), F - құрылғының логикалық бөлiмнiң шығысындағы сигнал (F=0, лампа жанып тұрғанда). Осы айнымалыларды бiрiктiретiн ақиқат кестесiн толтырамыз (сур.4.2,а). Шығыс функциясын ЖДҚФ-да жазып және оны қарпайым түрлендiру жасау арқылы минимизация жасауға тырысамыз:

 Құрылғының логикалық бөлiмi (сур.4.2,б) DD1 (К155ЛП5) микросұлбасымен жүргiзiледi. Бұл микросұлба корпусында төрт “Ерекше НЕМЕСЕ ” элементi орналастырылған. 

Шығысында A, B, C, D сигналдары тұзілетін екілік-ондық санауыш және шығысындағы жиілігі 1 кГц (t=1 мс) импульс генераторын қолданамыз (сур.4.3,а). Онда есебіміз функционалдық сұлбада сұрақ белгісімен көрсетілген, құрылғының комбинационды бөлігін жобалауға әкеледі (сур. 4.3,б).

Әр бір Т период кезінде екілік- ондық санауыш, әрқайсысына төртразрядты екілік код сигналдары A, B, C, D сәйкес келетін 10 жағдайд өтеді (нөлден бастап тоғызға дейін) (сур.4.3,г).


Сур. 4.3

 Жалпы жағдайда төрт айнымалының логикалық функциясы, кіріс айнымалыларының 16 теріміне анықталған. Берілген мысалда 10 ғана қолданылады. Бульдік функцияны минимизациялау кезінде ол бұл терімдерде өз қалауы бойынша анықталуы мүмкін (сур.4.3,в). Бірлік бойынша блокты ұйымдастыра отырып (бұл жағдай үшін блоктар Карно картасында белгіленген), 4.4 сур. көрсетілген іске асыру варианты сәйкес келетін, логикалық функция үшін теңдікті мына түрде жаза аламыз.

Сурет.4.4

 Бақылау тасырмасы

1. Кіріс сигналының 16 терімінде сіздің туған жылыңыздың екілік-ондық кодымен анықталған төрт айнымалылы бульдік функцияны жүзеге асыратын сандық құрылғыны жобалаңыз.

2. Ақиқат кестесі 7АВСН санына сәйкес келетін, төрткірісті сандық құрылғыны анықтаңыз.

3. Карно картасында берілген логикалық функцияны жүзеге асырыңыз.

4. Логикалық функцияны жүзеге асырыңыз

6. Бульдік функциясы 1996 санының екілік-ондық кодына сай келетін, К1564 серияның логикалық элементінде құрылғыны орындаңыз.

7. Ақиқат кестесі 01ABCDEFH оналтылылық санының еілік кодына сай келетін, К153 сериялы микросұлбаның логикалық элементінде бес кірісті құрылғыны жүзеге асырыңыз.

1. 
   Дешифратордың анықтамасы.
   
2. 
   Шифратордың айырмашылығы неде?
   
3. 
   Мультиплексордың анықтамасы.
   
4. 
   Демультиплексордың айырмашылығы неде?
   

Екі кірісінде толық дешифраторда (сур.5.1) адресі А және В кірісінің екілік сигнал теріміне сәйкес келетін шығысында логикалық бірлік түзіледі. Бұндай дешифратордың унитарлы кодының “төрттен бірі” деген атауы бар.

Рис.5.1 

Сур.5.2  

Мультиплексор деп - бірнеше кірістен бір шығысқа сигнал комутаторын айтады. Төрт кірісті Хi, бір Y шығысына коммутаторы үшін шығыс сигналы кіріс сигналының қатынасына байланысты

Рұқсат ететін Е(Е=1) кірісіне берілетін сигнал, А және В адрестік кірістеріне берілген код кіріс ақпаратын шығысы қайталайды Е=0 болғанда коммутатор жабық (Y=0 Хi кіріс сигналдарынан тәуелсіз).

Рис 5.3

Сур.5.4

К155ИД10 микросұлбасының ашық коллекторлық шығысына (15 В, 80 мА) реле орамын қосуға болады. (70 В, 7 мА) сандық газоразрядты индикаторды басқаруға арналған К155ИД1 микросұлбада тура сондай функционалдық сұлба болады. ОЕ кірісіндегі логикалық бірлікте К555КП15 микросұлбасы тұйықталмаған шығыс жағдайында болады.

Кез- келген төрт айнымалылы бульдік функцияны сегізканалды мультиплексор көмегімен жүзеге асыруға болады. Ол үшін

К155КП7 мультиплексорының адрестік кірістеріне А,В,С сигналдарын береміз, ал Х0-Х7 кірістерін күйге келтіруші ретінде қолданамыз (сур.5.5,а). F функциясы үшін теңдеуін мультиплексордың логикалық теңдеуімен салыстыра отырып

Эквиваленттілік шартын аламыз:

Құрылғының сұлбасы осы шартқа сәйкес құрылған (сур.5.5,б). 1 кОм номиналды резистор арқылы +5 В қорек көзінен логикалық бірлік деңгейі беріледі. Оған 20-ға жуық микросұлба кірісін қосуға болады. сигналын алу үшін К155ЛН1 инверторын қолданамыз.

Сур.5.5

 Бақылау тапсырмасы

1. Құрылғының шығысында жүзеге асырылатын бульдік функцияны жазыңыз.

2. Бір кірістен 32 шығысқа сигнал коммутаторын тұрғызыңыз.

 3. мультиплексорах К155КП1 (16_*1) мультиплексорында 256 кірісті бір шығысқа сигнал коммутаторын тұрғызыңыз.

 4. бульдік функциясы үшін мультиплексор кірісіне беретін сегізразрядты сөзді көрсетіңіз

1. 
   Екілік сумматорлардың қолдануы.
   
2. 
   Сандық компаратор дегеніміз не?.
   

Екілік сумматор(сур.6.1,а) А және В n-разрядты екілік сандарының арифметикалық суммасын түзу үшін қызмет етеді (сур.6.1,б).

Сур.6.1

Жартылай сумматорларды ЖӘНЕ және “Ерекше НЕМЕСЕ” логикалық элементтерінде жүзеге асыруға болады (сур.6.2).

Сур. 6.2

Рис 6.3

Микросұлбаның қосымша полесінде сумматордың кіріс және шығысының салмақтық коэфициенттері көрсетілген.

Ұяшықтар қоймасында сандық индикаторда санның (0-ден 9-ға дейін) детальдарын көрсететін құрылғыны жобалайық.

Сур.6.5

  Кәдімгі сумматор қосымша код белгісімен берілген сандарды қосу үшін қолданылады. Шығысында қосымша қосынды коды пайда болады. Осылай сегізразрядты сумматор көмегімен байттық қосындылардың алгебралық қосындысын жүргізуге болады. Бірдей белгісі бар санды қосу кезінде, модуль қосындысы 127 ден аспауы керек.

Сумматордың кірісіне +100 және -16 сандарының қосымша кодтары берілсін. Шығысында аламыз

Сандардың n-разрядты екілік және екілік-ондық кодын салыстыру нәтижесін тіркейтін құрылғы сандық компаратор деп аталады (сур.6.6). А> белгісімен шығысында логикалық бірлік түзіледі, егер А>B және A==B кезінде логикалық 0. А= шығысында логикалық бірлік, кодтар сәйкес болғанда түзіледі.

Сандық компараторды сумматорда салуға болады, бір кірісінде А түзу сан кодын береді, келесі В инверсті сан коды (сур.6.7). Сандық мысалдарда, А=В үшін кіші төрт разрядты логикалық бірге тең, ал A>B үшін ауысу шығысында бірге ауысады.

Рис.6.8

 Тең белгілі код сұлбасын логикалық элементтерде құруға болады (сур.6.8). Интегралды микросұлбалардың кейбір сұлбаларында сандық компараторлар болады (мысалға, К555СП1).

 Бақылау тапсырмасы

1. Сандық индикаторда қандай сан жанады?

 

Сұлбаны анализдей отырып, элементтердің кіріс және шығысына логикалық деңгей қоямыз. Дешифратор кірісінде сигнал деңгейлері сәйкес келмейді.Бірінші немесе DD2 екінші шығысы активті бола алады. Барлық жағдайда DD1 логикалық элементінің сигнал деңгейлері де сәйкес келмейді. Сатылы түрде оның тура шығысында -1, инверсті-0. DD3 кірісіне қосындысы 5 немесе 6 болатын сигнал береді. Бұл жағдайдың кез-келгенінде кері байланыс тізбегі бойынша сумматордың кіші разрядының кірісіне 1 беріледі,онда S=6. Бұл кезде DD4 түрлендіргішінің кірісінде логикалық деңгей 3 санының кодына сәйкес келеді, HG1сандық индикаторында жанады.

2. Сандық индикаторда қандай сан жанады?

 

6 - дәріс.

Тақырыбы. Триггерлiк қондырғы.

Дәріс сабағының құрылымы:

1. 
   Триггердің негізгі анықтамасы.
   
2. 
   Триггерлердің жіктелуі.
   
3. 
   Триггеердің функционалдық сұлбада белгіленуі.
   
4. 
   Триггердің уақыттық диаграммалары.
   

Триггер деп - бiр бит мәндi сақтауға қабiлеттi, логикалық құрылғы. Ол екi тұрақты күйi бар және сатылы типтi қарапайым құрылғы.

Кез-келген триггерлiк құрылғының негiзiн тұрақты керi байланысты сақиналы екi инвентордағы жады ұяшықтары құрайды. (сур.8.1). Қорек көзі қосылған кезде логикалық элементтер беріліс сипаттамаларының активті облысында бола алмайды.Ұяшық шығысында инверсті деңгейлі Q және екі жағдайдың біреуіне ауысады. Бұл ұяшық жағдайы қорек көзі қосылып тұрғанша сақталып тұрады.

Асинхронды (тактіленбейтін) RS-триггерде (сур.8.2,а) жоғарыда айтылған жады ұяшықтарына S кірісіне (құрылғы Q=1 жағдайында) немесе R кірісіне (Q=0 жағдайында ) логикалық 1 беру арқылы басқаруға болады. Егер біруақытта беріп,одан кейін екі кірісінен де логикалық 1 алып тастаса, онда триггер жағдайы анықталмаған күйде болады (8.1 суреттегідей).

Инверсті басқарылатын асинхронды RS-триггер тура осы сияқты жұмыс істейді (сур2,б). Q шығысында триггерді бірлік немесе нөлдік жағдайда құру және кірістеріне логикалық нөльді беру арқылы жүзеге асырылады. Бірлік деңгей кезінде екі кірісінде де триггер сақтау режимінде болады. Рұқсат етілмейтін жағдай =1 болып табылады.

 Тактіленетін RS-триггер (сур.8.3) өз жағдайын С кірісіне тактілік импульс келгенде ғана өзгерте алады. Тактілік импульстар арасындағы R және S ақпараттық кірісіне әсер етуші бөгеттер, триггер жұмысына әсерін тигізбейді. Рұқсат етілмейтін жағдай CRS=1 болып табылады .

 
Сур.8.3. Тактіленетін RS-триггер

а) ЖӘНЕ –НЕ логикалық элементтерінде триггердің құрылуы;

б) Триггердің функционалдық сұлбада белгіленуі;

в) Триггер жұмысын анықтайтын, уақыттық диаграммалар.

 Қорек көзін қосқан кезде триггер жағдайы анықталмаған күйде қалады (Q шығысындағы үзік сызық). S және C кірісіндегі бірлік деңгейлер сәйкес келгеннен кейін триггер бірлік жағдайда құрылады..

D-триггердің бір ақпаратты (D) және тактіленетін(С) кірісі бар (сур.8.4). С=1 кезінде ол қайталағыш ретінде жұмыс істейді (Q=D). С=0 ауысу кезінде триггер жабылып және сақтау режиміне ауысады (D кірісіне ақпаратты алады).Бұндай триггерлер жөнінде,ол тактілі импульстің тұрақты деңгейімен тактіленеді деп айтады.

Сур.8.4

Тактілі импулсьтің тұрақты фронтымен тактіленетін D-триггер (сур.8.5), алдыңғыдан айырмашылығы динамикалық тактілі кірісті триггер деп айтады.

Сур.8.5

 С=0 кезінде бірінші саты триггері D сигналын қайталайды, екінші саты триггері жабық. Тактілі импулсьтің тұрақты фронтымен тактіленетін D-триггер (сур.8.5), алдыңғыдан айырмашылығы динамикалық тактілі кірісті триггер деп айтады.

Жұп немесе Т-триггер (сур.8.6) Т жұп кірісіне әр импульс келуімен, ол жағдайын қарама-қарсы өзгертеді. Ол динамикалық кірісті RS- және D-триггер базасында құрылады.

Сур.8.6

Көбінесе әмбебап функцияны JK-триггер орындайды (сур.8.7). Ол динамикалық кірісті RS-триггер базасында құрылады, бірақ одан айырмашылығы J және K ақпаратты кірісінде логикалық бірлік сәйкес келгенде,жұп сияқты жұмыс істейді.

Сур.8.7

Синхронды триггерлердің ауысу функциялары:

Сур.8.8. RS- және JK-триггерлер жағдайының кестесі

 Тактіленетіндермен қатар, көптеген триггерлік құрылғының микросұлбаларының бірлік және нөлдік жағдайға алдын ала құру үшін, асинхронды кірістері бар (сур.8.9).


Рис.8.9

 Бақылау тапсырмасы

 1. Демультиплексордың қай шығысында А сигналы қайталанады?

2. Дұрыс көрсетілмеген триггерлік құрылғының функционалдық сұлбасын көрсетіңіз.

3. Жарық диоды жану үшін, программалық ажыратып қосқыштың лимбасында қандай санды теру керек?

7-дәріс.

Тақырып. Жады және қозғау регистрі.

Дәріс сабағының құрылымы:

1. 
   Регистрдің негізгі анықтамасы.
   
2. 
   Регистрдің жіктелуі.
   
3. 
   Жады реггистрі.
   
4. 
   Қозғау регистрі.
   

Регисторлардың екі түрі, сандық ақпаратты сақтауға арналған жады регистрі және сақтаумен бірге ақпаратты оңға немесе солға қозғай алатын, бірнеше тактіге кешіктіре алатын, сатылы екілік кодты параллельдіге және керсінше түрлендіре алатын қоғау регистірі болып жіктеледі.

Жады регистрі көбінесе D-триггерінде, олардың тактілерін біріктіре отырып құрады. Мысалға, сегізразрядты жады регистрінің микросұлбасы тұрақты деңгеймен (К580ИР82) тактіленеді және тактілі импульстің (К555ИР27) фронтмен (сур.9.1). Бірінші микросұлба шығысынан сақталған мәліметтер ОЕ кірісінің логикалық нөлде оқылады.Әйтпесе микросұлба тұйықталмаған шығыс күйінде болады. Ақпаратты оң жақ микросұлбаға жазу тек L кірісінің логикалық нөлінде С тұрақты фронтында болады.

Рис 9.1

Қозғау регистрі динамикалық кірісті D-триггерінде құрылады. Мысалға, сегізразрядты жады регистрінің микросұлбасы тұрақты деңгеймен (К580ИР82) тактіленеді және тактілі импульстің (К555ИР27) фронтмен (сур.9.1). Ақпаратты оң жақ микросұлбаға жазу тек L кірісінің логикалық нөлінде С тұрақты фронтында болады.

Рис.9.2

Қозғау регистрінің микросұлбасының ішінде(сур.9.3), мысалға К155ИР13 әмбебап регистр болып табылады. Жады регистрі көбінесе D-триггерінде, олардың тактілерін біріктіре отырып құрады. Мысалға, сегізразрядты жады регистрінің микросұлбасы тұрақты деңгеймен (К580ИР82) тактіленеді және тактілі импульстің (К555ИР27) фронтмен (сур.9.1). Бірінші микросұлба шығысынан сақталған мәліметтер ОЕ кірісінің логикалық нөлде оқылады.


Рис. 9.3

8-дәріс.

Тақырып. Санауыштар, импульс таратқыштары, жиілік бөлгіштері.

Дәріс сабағының құрылымы:

1. 
   Санауыштардың негізгі анықтамасы.
   
2. 
   Жилік бөлгіштер.
   
3. 
   Импульсті таратқыштар.
   

Сандық құрылғы бір уақыттан келесіге ауысқанда оның кірісіндегі дабылы бір кіріске беріліді оларды санауыштар деп атайды. Кіріс дабалындағы сандар санауыштың кірісіне беру керек, ал оларды қайта келтіру үшін өз қалпына келтіру керек. Оларды қайта есептеу коэффициенті деп атайды (Ксч). Санауыштар триггерден құралады. Тактілік кіріс бірінші триггер және санауыштың кірісі болып табылады. Егер периодты кіріс дабылы және жилігі мынаған тең болады fвх, ал шығысындағы триггер, санауыш, жилік (Ксч) аз болады. Барлық санауыштар жиліктің бөлгіштері болып саналады. Жиліктің бөлгішінде бір кіріс және бір шығыс, ал санауышта бір кіріс және бірнеше шығыс.

Қайта есептеу коэффициенті келесіге жіктеледі екілік санауыш (Ксч=2^к), екілік – ондық (Ксч=10^к), немесе тұрақты, айнымалы. Есептеу бағыты бойынша санауыштар қосынды, алушы, реверсивті. Ішкі байланыс ұйымдастыру тәсілі бойынша тригерлер мен санауыштар арасында синхронды (параллель көшірумен) және асинхронды (реті көшірумен). Синхронды санауыштар тез әрекеттімен есептейді.

Мысал ретімен көшірілетін санауыштар микросұлбада мыналар болып табылады К155ИЕ5 (сур.10.1).

Сур.10.1

Шығысында логикалық бір болу үшін 2 және 3 тақ триггерлер нол жағдайын қарастырады. Шығысында 12 және 1 беретін ішкі жағдайын қолданып бірінші триггер және үшразрядты екілік санауыш. Шығысында ақау болса 1 және 12 аламыз төрт разрядты екілік санауыш. Әрбір триггер шығысындағы дабылын қарама – қарсы жағдайын өзгертеді де келесі тригерге ауысады. Ретімен есптелетін санауышта импулсті дабыл 16 жағдайдан өтіп (0-ден 15-ке), әрбір төрт разрядты код шығысында салмақты коэффициенттермен 8, 4, 2, 1. Бұл режимде санауыш жилігінің импульсі екі рет әрбір тригер ретімен бөлінеді.

Микросұлбада К155ИЕ2 санауыш тригері мынадан турады (кіріс - С1, шығыс - Q1) және қайта есептеу санауышы (Ксч)=5 (кіріс - С2, шыгысы - Q2, Q3, Q4). Егер оларды бір – бірімен біріктірсе, онда мына суретте көрсетілген сур.10.2,а, онда екілік – ондық санауыш алынады, уақыт диаграммасы мына суретте көрсетілген сур.10.2,б. Ондық импульс түскен кезде кодтың комбинациясы 1001 мына комбинацияға ауысады 0000 және әрі цикл оннан (0-ден 9-ға) қайталанып отырады. Логикалық бір шығысында R санауыш нол жағдайын орнатады “0”, шығысында логикалық бір S9 - “9” жағдайын орнатады.

Сур.10.2

14 рет жилік бөлгішінің жұмысын қарастырамыз (сур.10.3). Бірлік деңгейін формалау моментінде санауыштың шығыс дабылын нол және одан басқаға лақтырады, импульс жилігін есептейді f, журілген жол жағдайы 0-ден 13-ке дейін. 14-ті есептеу үшін импульс санауышы уақытша 14 жағдайы (логикалық 1 ал шығысында үшкірісті элемент И-НЕ) және RS-триггерде орнатылады, екі элементен орындалатын И-НЕ, шығысында бірлік жағдайы f/14, жұмыс құрылғысында қарастырылады. Бірлік деңгейі келесі импульс санауышында RS-триггерін ноль жағдайына ауыстырады.

сур.10.3

Микросұлба көмегімен екілік және екілік – ондық санауышта қайта есептеу коэффициентімен еркін санауышпен орындалады (Ксч). Мысал, қайта есептеу коэффициент санауышын қарастырамыз Ксч=147 (сур.10.4). Ең алдымен сегіз разрядты екілік санауыш (Ксч=256), содан кейін нол жағдайына лақтыру цепін қосамыз, егер санауыш 147 жағдайына аусады. Соның нәтижесінде санауыштың жол жағдайы 0-ден 146-га, . Ксч=147.

Сур.10.4

Синхронды екілік санауышында санауыш импульсі барлық тригерге әрекет етеді (сур.10.5). Бірінші триггер тақпен жұмыс істейді. Әрбір келесі өзінің жағдайын қарама -қарсыға ауыстырады, егер алдындағы барлық бірлік жағдайда болады.

Сур.10.5

Синхронды реверсивті санауыштар әмбебап мүмкіндігімен айналысады К155ИЕ6 (екілік - ондық) және К155ИЕ7 (екілік). Көп разрядты санауышты құру үшін шығысын ауыстыру және бір микросұлбамен біріктіріп қосу және алу кірісін басқаға ауыстыру (сур.10.6). Шығысында логикалық нол деңгейін L санауышта төрт разрядты екілік сан кірісіне жазылады, кірісінде логикалық бір деңгейі R санауышта нол жағдайын лақтырады. Кірісінде R шығысында L болады. Импульсті беру үшін санауыштың бір кірісінде логикалық бір деңгейін басқада береді.

Сур.10.6

Уақыт диаграммасында дабыл, микросұлба жұмысында К155ИЕ6 (сур.10.7), көрсетілген, егер одан кейін лақтыру және санауышта алдын – ала 7 санын беріп бес импульсін кірісіне қосады, содан кейін төрт импульсін алады.

Кірісінде программалауды (Ксч) және жилік бөлігін құру бөлу коэффициентімен қарастырамыз (сур.10.8). Қайта есептеу режимін қолданамыз. Нол жағдайынан санауыш N жағдайына ауысады оң фронты кіріс дабылын fвх. Шығысында логикалық нол D-триггер периоды мынаған тең fвх, ал жилік fвых кірісінде мынадан аз N+1. Берілген жилік бөлігі бөлу коэффициентін құру 1-ден 16-ты диапазонында және микросұлба К155ИЕ7, және микросұлба К155ИЕ6.

Құрылғы, периодты рет импульсін берілген сан каналымен тарату, оларды тарату импульсі деп атайды. Берілген генератор құрамына: санауыш және демультиплексор. 15-каналдыны импульсті таратуды қарастырамыз (сур.10.9). Оң фронты әрбір импульсті санауыш Yi шығыс канал адресін өлшейді, импульс генераторына келіп туседі (активті деңгей - логикалық 0). Санауышта 15 жағдайына ауысады, лақтыру дабылын құрайды, және Y0-Y14 каналдарына жаңа цикл импульсті тарату басталады. Дешифратордың жұмысы тұрақты, құрылғыда 15 каналдан логикалық бір деңгейін таратуға айналады.


Сур.10.9

Тарату деңгейін құруға болады және регистрдің қозғалту шенбердің тұйык негізі, алдын – ала тригерге логикалық 1 жазады. Жұмыстың ақау кезінде мынандай құрылғы сенімді болады (орнатылған бірлік кодтар жоғалуы мүмкін немесе қосымша пайда болады). Сақиналы санауыштың сұлбасы, бірлік кодтардың құрылғыда талап етілмейді, сур.10.10 келтірілген. Бірінші тригер логикалық бірлік жазуда логикалық цепьте болады, қалғандары нол жағдайда болады. Мынандай санауыш бесканалды функцияны логикалық бірлік деңгейін орындайды (шығысы 1-5).

Рис.10.10

Басқа санауыштың жұмысын анализдеу (сур.10.11) регистрде қозғалту (вариант Джонсон санауышы), 1-4 шығысында кестені толтыру Т тактілі дабылын кезекті фронта береді. Регистрде жаңаланады.

.

Бірінші тригер регистрінде DR шығысында бір такт дабылда кешігіп қайталанады, ал басқа келесі тригерлер – шығысы алдынғысы. Таблицадағы анализдың жағдайы көрсетіледі, санауыштың қайта есептеу коэффициенті Ксч=7. Жетіден үш такт шығысында әрбіреуінде логикалық бірді алады. Каналдың шығыс дабылы бірдей формада 1-4, фазасында қозғалтылады. Бастапқы орнатуда цикл жағдайын қарастырады, санауыштың тәртібін тексеру үшін басқа кезкелген жағдайын ауыстыру (мысал, төрт тригерлі сұлбада қорек қөзін қосуқаннан кейін кезкелген 16 жағдайда болады). Жазылған таблицада, кезкелген жағдайдан кейін бірнеше тактілі импульс құрылғысы автоматты жұмыс режиміне шығады.

Оңканалды логикалық 1 деңгейін тарату К561ИЕ8 микросұлбада орындалады, дешифратордың Джонсан санауыш құрамында (сур.10.12). Егер G1=0 тактінде оң фронты G2, G2=1 – теріс фронті G1.

сур.10.12

Бақылау тапсырмасы

1. Санауыштың қайта санау коэффициентін анықтаңыз?

Бірінші каскад есептеу санауышында төрт разрядтыда жиналған екілік санауыш DD1 (мысал, К155ИЕ7), екінші – екілік – ондық санауыш DD2 (К155ИЕ6). Құрылғыда жұмыс анализін жүргізу үшін кірісіне импульс түскенде санауышта алдын - ала жаңартылады. Бірінші импульс, кіріс санауышында түскенде, шығысында қайталанады (£ 0) DD1. Оң фронты микросұлбада DD115 жағдайына ауысады, микросұлба DD2 - 9-ға. Содан кейінгі 15 импульсті жағдайға ауысу керек DD1, DD2 режимін ауыстырмай. Біткеннен кейін 17-ге DD1 импульсіне көшеді 15-ті жағдайға, DD2 – 8-ге. Тағы 16 импульсті DD2 7-ші жағдайға көшеді және шығысында 2 логикалық 1 пайда болады, санауышты нол жағдайына лақтырады. Сол жағдайда қайта есептеу коэффициенті 33 тең болады.

2. Жилікті бөлу программалау жобалауында. 2-ден 100 диапазонында бөлу коэффициенті косқыш прграмма көмегімен ауысады.

3. Сандық индикаторда қай сан жанады одан кейін 100 импульсті санауышта кірісіне келіп түскеннен кейін лақтырылады.

9-дәріс.

Тақырып Жартылай өткiзгiштердiң электрөткiзгiштiгi, p-n-ауысудың түзiлуi және қасиетi.