Илюхин А.В. Логические автоматы. Типовые комбинационные схемы

Подождите немного. Документ загружается.

100

176КТ1, 561КТЗ и 1561КТЗ с помощью двунаправленных ключей.

Передаваемый через мультиплексор сигнал может быть как анало-

говым, так и цифровым, он может передаваться как со входов на

выход (микросхема работает в режиме мультиплексора), так и с вы-

хода распределяться на входы (режим демультиплексора).

Особенностью микросхемы КП1 по сравнению с ключами КТ1 и

КТЗ является возможность коммутации аналоговых и цифровых сиг-

налов с амплитудой от пика до пика, превышающей амплитуду

входных управляющих сигналов, подаваемых на входы 1,2, S.

Микросхема имеет три вывода для подачи напряжения пита-

ния -вывод 16 – Uпит

, вывод 7 – Uпит

, вывод 8 - общий провод.

Напряжение Uпит

должно быть положительным и находиться в

пределах от 3 до 15В, напряжение Uпит

равно нулю или отрица-

тельное, сумма абсолютных величин этих напряжений не должна

превышать 15В. Входные управляющие сигналы должны иметь

уровни Uпит

(лог. 1) и 0 В (лог. 0), коммутируемые сигналы могут

находиться в диапазоне от Uпит

до Uпит

. В табл. 4.6 приведены

некоторые возможные сочетания напряжений источников питания,

управляющих сигналов, а также диапазон возможного изменения

сопротивления открытого ключа мультиплексора - демультиплексо-

ра.

Таблица 4.6

Напряжения

питание В

Управ-

ляющие

сигналы, В

Коммути-

руемый сиг-

нал, В

Uпит

Лог.

Umax Umin

Сопротивление

открытого трак-

та

3 0 3 0 3 0 300…3000

5 0 5 0 5 0 200…400

10 0 10 0 10 0 160…200

15 0 15 0 15 0 120…140

3 -6 3 0 3 -6 180…220

5 -5 3 0 5 -5 160…200

5 -10 5 0 5 -10 120…140

7,5 -7,5 7,5 0 7,5 -7,5 120…140

Для увеличения количества каналов мультиплексоров - де-

мультиплексоров можно применить объединение выходов разных

микросхем между собой, как показано на рис.4.34.

Рис. 4.34. Объединение двух микросхем 561КП1

Код, подаваемый на входы 1, 2, 4, определяет, какой из входов

Х0 … Х7, Y0 … Y7 будет соединен с выходами Х и Y.

Если необходим один мультиплексор - демультиплексор на

большее количество входов, возможно последовательное соедине-

ние микросхем, как показано на рис. 4.35.

Рис. 4.35. Последовательное соединение микросхем 561 КП1

101

Вторую ступень мультиплексирования можно выполнить на

микросхемах электронных ключей 176КТ1, 561КТЗ или 1561КТЗ, как

схемно показано на рис. 4.36.

Рис. 4.36. Выполнение второй ступени мультиплексирования с использо-

ванием микросхем электронных ключей

Если необходима лишь работа микросхемы КП1 в режиме

мультиплексора, и, при этом производится мультиплексирование

цифровых сигналов, вторая ступень мультиплексора может быть

выполнена на микросхеме 561ЛС2, которая выполняет функцию

мультиплексора 2

→1, при этом вход стробирования S должен быть

соединен с общим проводом (рис. 4.37).

Рис. 4.37. Мультиплексор на 8 входов на базе микросхемы КП1

Одну микросхему 561КП1 или 1561КП1 можно использовать

102

как четыре ключа, управляемых двухразрядным кодом (рис. 4.38). В

зависимости от кода, поданного на входы 1 и 2, могут быть соеди-

нены выводы Х0 и Y0, X1 и Y1 и т. д.

Рис. 4.38. Работа мультиплексора КП1 в режиме электронных ключей

Серия 590 является специализированной серией, содержащей

микросхемы 590КН1…590КН9, являющиеся ключами и мультиплек-

сорами - демультиплексорами для цифровых и аналоговых сигна-

лов (рис. 4.39).

103

Рис. 4.39 Микросхемы серии 590

Микросхемы, входящие в эту серию, выполняют следующие

функции:

590КН1 - мультиплексор-демультиплексор 8

→1/1→8;

590КН2 - четыре аналоговых, ключа (при

ключ открыт,

при

1=OE

ключ закрыт);

590КНЗ - 2-разрядный мультиплексор - демультиплексор

→1/1→4;

590КН4 - два 2-канальных аналоговых ключа (при А=0 включен

канал 0, а канал 1 закрыт; при А=1 включен канал 1, а канал 0 за-

крыт; если соединить выводы 5 и 9, то получится мультиплексор -

демультиплексор структуры 2

→1/1→2);

590КН5 - то же, что и 590КН2, но для больших значений ком-

мутируемых напряжений;

590КН6 – мультиплексор – демультиплексор структуры

→/1→8;

590КН7 — сдвоенный 2-канальный адресуемый аналоговый

ключ (при А=0 замкнуты ключи 00 и 10, а при А=1 замкнуты ключи 01

и 11; если соединить выводы 3 и 1, то получится мультиплексор -

демультиплексор структуры 2

→1/1→2);

590КН9 - два аналоговых ключа.

Особенностью микросхем серии 590 является то, что их выхо-

ды имеют возможность перехода в Z – состояние.

4.6. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ РАВНОЗНАЧНОСТИ КОДОВ И СРАВНЕНИЯ

ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ

Данные схемы вырабатывают управляющие сигналы, на осно-

ве которых принимаются те или иные решения. В основе работы та-

ких схем находится некоторый алгоритм сравнения двух совокупно-

стей данных.

Пусть заданы две совокупности аргументов

= (Х

,…Х

) и

=(Y

,…Y

). Так как Х

= 0 или 1 и Yp= 0 или 1, то каждая из

104

совокупностей переменных имеет по 2

комбинаций значений. Такие

совокупности значений переменных принято называть кодами, а ве-

личины Х

и Y

– разрядами кодов.

Комбинационная схема, реализующая логическую функцию

ν) = F(ν

, ν

), которая равна логической единице при Х

= Y

для

всех р = 1…n, называется схемой контроля равнозначности кодов.

Вспомним таблицу истинности, описывающую логическую

функцию «Исключающее ИЛИ» (табл. 4.7).

Таблица 4.7

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Нетрудно заметить, что функция принимает нулевое значение

при одинаковых значениях аргументов Х

и Х

В соответствии с определением схем контроля равнозначности

кодов их выходные функции должны принимать единичное значение

при одинаковых значениях аргументов, поэтому выход таких схем

может описываться одной из двух функций

(

)

2121

X или XXXF ⊕⊕=

, либо

XXF ⊕=

В любом случае результат должен быть одинаковым. Докажем

это

(

) ()

.212122212111

21212121212121

XXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXXX

⋅+⋅=⋅+⋅+⋅+⋅

=+⋅+=⋅⋅⋅=⋅+⋅=⊕

4342143421

Поскольку

212121 XXXXXX

⋅

=⊕

, эквивалентность функ-

ций выполняется.

Следовательно разряды кодов Х

и Y

равны только в том слу-

чае, если

1=⊕YpXp или 1=⊕YpXp , поэтому функция F(ν) прини-

мает значение равное единице только при попарном равенстве всех

одноимённых разрядов кодов, т.е.

105

()

YpXpYpXpF

⊕∨=⊕=ϑ

∏

В соответствии с этим схема контроля равнозначности кодов

может быть реализована двумя способами, приведёнными на рис.

4.40.

Использовать такие схемные решения при реализации реаль-

ных логических автоматов нет необходимости, поскольку существу-

ют специализированные микросхемы, реализующие функции кон-

троля равнозначности кодов и сравнения двоичных чисел, называе-

мые цифровыми компараторами.

Рис. 4.40. Реализация схем контроля равнозначности кодов

В ТТЛ - сериях 555, 1533, 531 выпускается микросхема СП1

(рис. 4.41), которая служит для сравнения кодов двух четырехраз-

рядных двоичных или двух одноразрядных двоично - десятичных

чисел.

Рис. 4.41. Цифровой компаратор ТТЛ СП1

106

Коды сравниваемых чисел подают на входы А1 … А8 и В1 …

В8. Если число, код которого подан на входы А1 … А8, больше чис-

ла, код которого подан на входы В1 … В8, на выходе > микросхемы

появляется уровень логической единицы, на выходах = и < при этом

уровень логического нуля. Если код числа А меньше кода числа В,

уровень логической единицы появляется на выходе <, на выходах =

и > при этом уровень логического нуля. Если коды, поданные на

входы А и В, равны, микросхема передает на свои выходы сигналы

со входов >, < и =, если на этих входах только одни уровни логиче-

ской единицы.

На рис. 4.42 показано соединение микросхем СП1 в многораз-

рядное устройство сравнения.

Рис. 4.42. Схема цифрового компаратора для сравнения двух 12-и разряд-

ных двоичных чисел

Микросхемы СП1 могут найти применение в устройствах опре-

деления равенства или знака разности двух чисел, таймерах и дру-

гих случаях.

Если необходимо только определить, равны или не равны

сравниваемые коды, входы > и < всех микросхем можно не соеди-

нять с выходами предыдущих микросхем, а соединить с общим про-

водом, как это сделано со входами микросхемы DD1.

В КМОП - сериях выпускается микросхема 561ИП2 (рис. 4.43),

назначение входов которой аналогично рассмотренной выше мик-

росхеме СП1.

107

Рис. 4.43. Цифровой компаратор 561 ИП2

Вход переноса > (вывод 4) избыточен, и для нормальной рабо-

ты микросхемы на него должна постоянно подаваться лог. 1. Если

используется одна микросхема 561ИП2, на ее входы = и < следует

подать соответственно уровни логической единицы и логического

нуля. На выходе > появится уровень логической единицы, если чис-

ло А, код которого подан на входы А1 … А8, больше числа В, код ко-

торого подан на входы B1 … В8. На выходе = уровень логической

единицы появится при равенстве чисел А и В, на выходе < -если

число А меньше В. При этом на других выходах будет уровень логи-

ческого нуля.

Для обеспечения сравнения чисел с большим количеством

разрядов микросхемы следует соединять между собой так, как это

показано на рис. 4.44. Старшие разряды сравниваемых кодов сле-

дует подавать на микросхему DD3, младшие - на DD1.

Рис. 4.44. Соединение микросхем 561ИП2

108

109

Так же как и микросхема СП1, К561ИП2 может использоваться

для цифровой автоподстройки частоты, в делителях с переключае-

мым коэффициентом деления, в будильниках и во многих других

случаях.

4.7. ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ПЗУ)

Для замены логических элементов низкой степени интеграции

при проектировании комбинационных схем часто используются про-

граммируемые логические приборы, постоянные запоминающие уст-

ройства (ПЗУ) и программируемые логические матрицы (ПЛМ). В

среднем, например, одна микросхема ПЛМ позволяет заменить до

десяти интегральных микросхем средней степени интеграции.

Постоянные запоминающие устройства называют памятью ти-

па ROM (Read – Only – Memory – память только для считывания).

4.7.1. Основные типы ПЗУ и их базовая структура

Все постоянные запоминающие устройства делятся на четыре

основных типа:

1) масочные ПЗУ, программируемые заводом - изготовителем с по-

мощью специальных масок в процессе производства;

2) однократно программируемые потребителем ПЗУ путём пережи-

гания нихромовых или поликремниевых перемычек;

3) многократно программируемые потребителем ПЗУ со стиранием

записанной информации ультрафиолетовым излучением;

4) многократно программируемые потребителем ПЗУ с электриче-

ским стиранием информации.

Базовую структуру ПЗУ можно представить в виде дешифра-

тора адреса и совокупности подключённых к нему элементов ИЛИ

(рис. 4.45).

Возможно, Вы заметили схожесть данного рисунка с рис. 4.12,

где показана реализация дешифратора для семисегментных знако-

синтезаторов. Таким образом, эти дешифраторы по сути своей яв-

ляются ПЗУ, а любая реализация логической функции с применени-

ем дешифратора представляет собой аналог реализации функции