6.7. Цифрови устройства
Цифровите устройства са устройства, предназначени да формират, преобразуват и предават кодови думи. В същото време кодовите думи (кодове или числа) в електронните цифрови устройства се представят като последователности от електрически импулси (сигнали с две нива на напрежение: високо и ниско) и техните трансформации се извършват от аритметични, логически, запаметяващи и спомагателни устройства.
Елементите и възлите на цифровите устройства, които служат като основа за изграждане на микропроцесори, микропроцесорни системи, компютри, автоматизирани системи за управление на обекти, технологични процеси и информационни потоци са: декодери, суматори, тригери, регистри, броячи и много други.
Основните елементарни единици на цифровите схеми, като елементите "И", "ИЛИ", "НЕ", са в раздел Разни цифрови, подраздел TIL.
Нека разгледаме всеки от тях поотделно:
Елемент "ИЛИ" - "ИЛИ"
Елемент "НЕ" - "НЕ"
Елемент "НИТО" - "ИЛИ-НЕ"
Елемент "XNOR" - "НЕ-ИЛИ"
На базата на основните елементи ще създадем схема на цифрово устройство за вземане на решение по състоянието. Блоковата схема на такова устройство е показана на фиг. 6.22. Условието ще бъде зададено чрез логически израз:
Ориз. 6.22. Блокова схема на цифрово устройство
Моделът, получен в Multisim, е показан на фиг. 6. 23. Изходите ще станат високи (5V), когато входната конфигурация удовлетворява определеното условие.
Ориз. 6.23. Модел на устройството в Multisim
Ориз. 6. 24. Структурна схема на мултиплексора
На фиг. 6.25 a, b показва два примера за изпълнение на модела мултиплексор. В първия случай ключът се състои от две линии, всяка от които има две последователно.включени "НЕ" елементи. Във втория се използва декодер DCD_2TO4.
Ориз. 6.25 а. Модел мултиплексор
Ориз. 6.25 б. Модел мултиплексор
Тригерите са устройства, които имат две стабилни състояния (Q= 1 иQ= 0) и могат да останат в едно от тях за произволно дълго време и да преминават от едно състояние в друго под въздействието на външни сигнали. В кое от тези състояния ще бъде тригерът зависи от сигналите на входовете на тригера и от предишното му състояние, т.е. той има памет. По този начин тригерът е елементарна клетка от паметта.
T видът на тригера се определя от алгоритъма на неговата работа, в зависимост от който тригерът може да има входове за настройка, информация и управление. Зададените входове определят състоянието на тригера, независимо от състоянието на останалите входове. Контролните входове позволяват запис на данни, подадени към информационните входове. Най-честите тригери саRS-,JK-,D- иT-типове.
RS тригере най-простият автомат с памет, който може да бъде в две състояния. Тригерът има два зададени входа: setS(set– настройка) и resetR(reset– reset), които получават входни сигнали от външни източници. Когато към настройките е приложено активно логическо ниво, тригерът е зададен на единица (Q= 1,Q′ = 0, тук простото означава инверсия), когато е приложено активно ниво към входа за нулиране, тригерът е зададен на нула (Q= 0,Q′ = 1). Ако към двата инсталационни входа се приложи пасивно логическо ниво, тригерът запазва предишното състояние на изходите:Q= 1 илиQ= 0. Всяко състояние е стабилно и се поддържа от обратна връзка. Емисията е активнаниво едновременно към двата входа на инсталацията е забранено, тъй като тригерът не може да бъде настроен на нула и единица.
RS-тригерът може да се изпълни върху елементите "ИЛИ-НЕ" или "И-НЕ" (фиг. 6.26).
Ориз. 6.26.RS-тригер:a- върху елементите "ИЛИ-НЕ",b- върху елементите "И-НЕ"
Ориз. 6.26. Симулиране на RS тригер в Multisim
ЗаRS-тригери, изпълнени на елементите "ИЛИ-НЕ", активното ниво на управляващите входове е нивото на логическа единица, а на елементите "И-НЕ" - нивото на логическа нула.
RS-тригер - основният възел за изграждане на последователни вериги. Условията за преминаване на тригери от едно състояние в друго могат да бъдат описани таблично, аналитично или графично. Таблично описание наRS-тригера върху елементите "ИЛИ-НЕ" и "И-НЕ" е представено в табл. 6.1 и 6.2, съответно, къдетоQtе предишното изходно състояние;Qt+1 е новото състояние, установено след прехода; - е неопределено състояние.