Bramki logiczne o specjalnych cechach. τ ~ R*C. Przerzutniki. Układy logiczne sekwencyjne odpowiedź zależy od stanu układu przed pobudzeniem

Transkrypt

1 Bramki logiczne o specjalnych cechach U WY Bramka chmitta (7432): niestandardowa bramka cyfrowa charakterystyka zawiera pętlę histerezy H Zastosowania: L.9 V.7 V U wprowadzanie do elektroniki cyfrowej sygnałów analogowych powolnych i zakłóconych najprostsze generatory przebiegów prostokątnych - ZEGA τ ~ * Przerzutniki Układy logiczne sekwencyjne odpowiedź zależy od stanu układu przed pobudzeniem (dotychczas mówiliśmy o układach logicznych kombinatorycznych - stan wyjść określony jednoznacznie przez stan wejść) Przerzutniki: klasa urządzeń cyfrowych najprostsze układy pamięciowe JŚIE PZEZUTNIK WYJŚIE kasuj zapamietanie skasowanie Przerzutnik zapamiętuje zmianę stanu logicznego wejścia tan zapamiętania sygnalizowany jest zmianą stanu wyjścia Kasowanie stanu zapamiętania: przez podanie sygnału na wejście kasujące - przerzutnik bistabilny samoistnie, po czasie założonym przez konstruktora: przerzutnik monostabilny przerzutnik astabilny Przerzutniki bistabilne: asynchroniczne: stan wyjścia ustalany jest przez stan wejść synchroniczne: ustalanie stanu wyjścia sterowane impulsami zegara

2 Przerzutniki bistabilne A _ wejścia informacyjne (A i B) określają stan wyjścia wejścia asynchroniczne i, (lub i ), - wymuszają odpowiednio lub na wyjściu (stany przeciwne na - mają wyższy priorytet : wymuszają stany na wyjściu niezależnie od stanów na wejściach informacyjnych B _ ) Przerzutniki bistabilne synchroniczne: - wejście synchronizacji sygnałem zegara - stan na wyjściach i ustala się po podaniu impulsu zegara na Przerzutniki bistabilne najprostszy przerzutnik bistabilny - przerzutnik (zwany flip-flop) (et) - wejście sygnałów przeznaczonych do zapamiętania (eset) - wejście kasujące Zmianę stanu wymusza się zerem logicznym na wejściach lub Przerzutnik asynchroniczny!? (zabronione) Dwa wyjścia komplementarne: i stany logicznie przeciwne Poziomy wymuszające i nie powinny pojawiać się jednocześnie!!! 2

3 Przerzutnik typu D synchroniczny jedno wejście informacyjne D wejścia asynchroniczne wejście synchronizacji standardowe wyjścia i D _ D D Z definicji (konstrukcji): Wyjście przyjmuje wartość logiczną wejścia D w chwili pojawienia się narastającego zbocza impulsu zegara podstawowy układ pamięciowy!!! Przerzutnik JK (Master lave) - przerzutnik bistabilny synchroniczny tabela prawdy: J K n+ n n Przerzutnik dwutaktowy: - stan wyjściowy wywoływany jest przez opadające zbocze impulsu zegara - stany na wejściach J i K muszą być ustalone przed pojawieniem się impulsu zegara - stany na wejściach J i K w chwili narastania zbocza impulsu zegara określają stan wyjścia wywoływany przez najbliższe zbocze opadające. 3

4 Przerzutniki c. d. Przerzutnik typu T: licznik, dzielnik częstości Definicja przerzutnika typu T: każdy impuls wejściowy (zegara) zmienia stan wyjścia Wykorzystując przerzutnik typu JK można zrealizować inne typy przerzutników ealizacja synchronicznych przerzutników T i D z wykorzystaniem JK T= Liczniki - zliczanie impulsów licznik szeregowy - szeregowo połączone bistabilne przerzutniki synchroniczne JK 2 3 każdy przerzutnik zmienia swój stan na przeciwny pod wpływem impulsu na wejściu 2 3 Dodatkowa funkcja: dzielnik częstości! LIZBA Licznik złożony z n przerzutników może zliczyć do 2 n impulsów Kod stanów licznika czterobitowego = kod heksadecymalny YFA W KODZIE HEKADEYMALNYM ZAPI DWÓJKOWY A B 2 3 D 4 E 5 F zterobitowy licznik szeregowy: układ

5 zeregowy licznik z przerzutników J-K czas reakcji przerzutnika Przebiegi idealne czas reakcji przerzutnika J-K równy zero 2 3 Przebiegi rzeczywiste uwzględniony czas reakcji przerzutnika J-K 2 3 Okres stanów przejściowych przy kolejnych zliczeniach Liczniki równoległe: - jednoczesne sterowanie wejściami zegarowymi poszczególnych przerzutników - sterowanie funkcją każdego przerzutnika przez podanie lub na J i K stan zmienia tylko ten przerzutnik na którego wejścia J i K podana jest - szybszy niż licznik szeregowy A B JŚIE 2 3 Przebiegi rzeczywiste uwzględniony czas reakcji przerzutnika J-K i bramki AND 5

6 Liczniki dziesiętne - pracujące w kodzie dziesiętnym BD (Binary oded Decimal) Zliczanie modulo YFA BD 2 3 W szeregowym liczniku BD bramka AND wykrywa dziesiątkę (stan ) i zeruje licznik za pomocą asynchronicznych wejść kasujących Liczniki BD w układach 749 Dekodery: Zamiana informacji binarnej (w danym kodzie) na informację zrozumiałą Najczęściej wykorzystuje się do sterowania wyświetlaczami informacji numerycznych i alfanumerycznych Przykład: dekoder dla wyświetlacza nodistronowego: A A A2 A Przyjęta konwencja: stan aktywny wyjścia = Budowa oparta o realizację następujących równań logicznych: " O" = A A A2 A " " = A 3 A A2 A 3 " " = A A A A

7 Dekoder BD wskaźnik siedmioelementowy Dostosowanie do kodu siedmioelementowego (a, b,..., g elementy wyświetlacza) BD Gnd abcdefg. HEXADE 432 Przyjęta konwencja: stan aktywny = Wskaźniki na ciekłych kryształach najbardziej sprawne energetycznie Dekodery BD i alfanumeryczne do wyświetlaczy z diod świecących, ciekłokrystalicznych. JŚIE BD Wejścia BD D E K O D E a b c d e f g f e a g d b c WYŚWIETLAZ Wyjścia 3 2 a b c d e f g Tablica działania dekodera BD=>wskaźnik siedmioelementowy Przerzutnik monostabilny (uniwibrator, mono-flop) Najprostszy przerzutnik monostabilny można zbudować z bramek NAND: X Przerzutniki monostabilne. X - logiczne na wejściu ustawia wyjście do stanu i ładuje kondensator - ozładowanie kondensatora przez opornik ze stałą czasową. Po czasie proporcjonalnym do stałej układ powraca do stanu wyjściowego: =. - zas trwania poziomu wysokiego na wyjściu określa stała czasowa (czas rozładowania kondensatora) Zastosowanie ustalenie szerokości okna czasowego dla pomiaru (odmierzanie czasu) kształtowanie i unormowanie sygnałów logicznych (czas trwania) pomiar pojemności lub oporu 7

8 pecjalizowane układy przerzutników monostabilnych (742 i 7423) Gdy wejście znajdzie się w stanie logicznym => na wyjściu generowany impuls o czasie trwania proporcjonalnym do stałej czasowej Wewnętrzna pojemność i rezystancja - generacja impulsu długości około 4 ns można zwiększać rezystancję (z 2 kω do 4 kω) można zwiększać pojemność (dowolnie) +5V można generować z dobrą powtarzalnością impulsy o czasie trwania do 4 s A A 2 w w B W układzie 7423: dwa przerzutniki monostabilne retrygerowalne Przerzutnik astabilny (multiwibrator, flip-flop) Przerzutniki astabilne są generatorami impulsów prostokątnych. Najprostsze układ można zbudować z bramek lub przerzutników monostabilnych 2 2! ZEGA!!!

9 Układy MO inwerter MO Prąd pobierany tylko przy przełączaniu! bramka NAND harakterystyki przejściowe układów TTL oraz MO Technologia izolacji złączowej z domieszkowaniem złotem tandardowa chottky'ego Technologia izolacji złączowej z diodami chottky'ego L chottky ego małej mocy F FAT Technologia izolacji tlenkowej z diodami chottky'ego AL ulepszona L A ulepszona Pełną zgodność końcówkową, oznaczeniową i funkcjonalną z układami TTL mają układy MO z szybkich rodzin H (High-speed MO), AH (Advanced H) i A (Advanced MO) 9

10 Zestawienie podstawowych parametrów rodzin TTL i MO. Parametry układów MO i TTL zasilanych napięciem U =5V ejestracja i analiza sygnałów analogowych Komparator analogowy Przetwornik cyfrowo-analogowy (DA) Przetwornik analogowo-cyfrowy (AD) Komparator analogowy: układ pośredniczący między elektroniką analogową i cyfrową Komparator analogowy służy do porównywania napięć analogowych JŚIE U V + E V - gdy U > E Komparator - specyficzny rodzaj wzmacniacza porównującego dwa napięcia: V + (na wejściu nieodwracającym fazy) i V - (na wejściu odwracającym fazę). Jeśli zachodzi relacja: V + > V -, to stan wyjściu jest jedynką logiczną Uwaga: Komparatora analogowego nie należy mylić z komparatorem cyfrowym, który służy do porównywania słów logicznych

11 Przetwornik cyfrowo-analogowy Przetwornik cyfrowo-analogowy (DA - Digital - Analog onverter) wytwarza napięcie proporcjonalne do wartości słowa logicznego na wejściu E WY<< U WY Działanie najprostszych (2-4 -bitowych) opiera się na zasadzie dzielnika napięcia Nieliniowe działanie dzielnika liczby bitów Wielobitowe (do 8 bitów) przetworniki cyfrowo-analogowe buduje się w oparciu o drabinki rezystorów zasilane za pomocą bardzo stabilnych źródeł prądowych U wy 2 = I 3 n Pi i i= 2 Przetworniki cyfrowo - analogowe => do budowy programowalnych generatorów przebiegów analogowych, sterowników analogowych, itd Przetwornik analogowo-cyfrowy Przetwornik analogowo-cyfrowy (AD - Analog - Digital onverter) zamiana wartości napięcia (lub natężenia prądu) wejściowego na słowo logiczne JŚIE ANALOGO WYJŚIE YFO Powolna konwersja: przy n-bitowym słowie wyjściowym wymaga czasu 2 n τ (τ czas trwania impulsu zegara) LIZNIK D A GENEATO TOP KOMPAATO przetwornik kompensacyjny V EF VEF Przetwornik kompensacyjny: czas konwersji wynosi n τ => rzędu kilkudziesięciu µs U U Im mniejsza dokładność przetwarzania tym większa szybkość konwersji ZA ZA

12 Najszybsze są przetworniki analogowo-cyfrowe typu flash E E(n-)/n E(n-2)/n UKŁAD LOGI- ZNY WYJŚIE YFO JŚIE ANALOGO E/n Dokładność przetworników bitów przy częstości próbkowania GHz (Hewlett-Packard, Tektronix, National Instruments, Aqiris) Możliwe tworzenie układów przetworników pracujących sekwencyjnie częstość próbkowania sięga GHz Przetworniki typu flash o większej liczbie bitów są wolniejsze: 2 bitów - MHz, 4 bitów - 5 MHz ( firma Ga-Ge) Przetwornik analogowo cyfrowy podstawowy element układów pomiarowych Przykład: oscyloskop cyfrowy UPOZZONY HEMAT OYLOKOPU YFOGO Wzmacniacz dobór czułości A D pamięć i procesor układ graficzny monitor sygnał wynik pomiaru zybkie przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe: podstawowe urządzenia do cyfrowego zapisu, przetwarzania i odtwarzania obrazu i dźwięku 2