Конспект лекций по курсу Электронные промышленные устройства Смоленск 2006 2

• Название: Конспект лекций по курсу Электронные промышленные устройства Смоленск 2006 2
• Дата: 30.04.2021
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: amelina_m.a._-_lektsii_po_kursu_epu._ch.2_(2006).pdf
• Тип: Конспект лекций; #200327
• страница: 7 из 9

Component Value Format. Позволяет выбрать способ представления величин ком- понентов в научной (scientific), инженерной (engineering), или умолчательной (default) нотации. Можно также установить число значащих цифр при представлении величин. В основном это чисто косметическое средство для улучшения восприятия, однако для не- которых фильтров высокого порядка увеличение количества значащих цифр больше принятого по умолчанию 5, требуется для получения соответствующих точных частот- ных характеристик.
Polynomial Format. Опция позволяет выбрать в какой нотации представлять поли- номиальные коэффициенты — научной (scientific), инженерной (engineering) или умол- чательной (default). Работает аналогично опции Component Value Format, но для коэф- фициентов полинома. Коэффициенты полинома используются для определения переда- точной функции фильтров. Полиномиальные функции используются в малосигнальном частотном анализе (AC) для построения идеальной передаточной функции рядом с ре- альной для сравнения.
Plot. Позволяет выбрать какие графики строить на диаграмме Боде. Можно вы- брать:
•
Gain — модуль коэффициента передачи;
•
Phase — фазовый сдвиг коэффициента передачи;
•
Group delay — групповую задержку;
•
Separate plots — построить каждый график в отдельном окне.
Установки указанной панели работают следующим образом. Во-первых они воз- действуют на графики, которые показываются при нажатии кнопки «Bode». Этот график представляет собой график идеальной комплексной частотной передаточной функции.
Он показывает, как будет работать схема, собранная на идеальных компонентах. Во- вторых, если выбрана опция Save To >New Circuit она изменяет установки AC анализа создаваемой схемы. Она устанавливает выражения для частотного анализа такими, чтобы при выборе AC анализа и его запуске (F2) сразу же строились только те графики, которые выбраны, причем для двух вариантов: идеализированного и реального фильт- ров.
•
Auto Scale. При установке этого флага производится автоматическое масштабиро- вание построенных графиков.
•
Number of Data Points. Редактируя это поле, можно устанавливать количество рас- четных точек на графике. График для идеального фильтра и график частотного анализа для реальной схемы чаще используют фиксированный логарифмический

52 шаг, чем автоматический. Это поле определяет, сколько точек данных будет на графике. Умолчательное значение 500 обычно бывает достаточным, однако для фильтров очень высокого порядка, может потребоваться его увеличение для улуч- шения точности воспроизведения частотных характеристик в окрестности крутых участков.
Save To. Опция позволяет выбрать, где будет сохранена схема фильтра:
•
New Circuit — в этом случае фильтр помещается в новую схему;
•
Current Circuit — в этом случае фильтр помещается в текущую выбранную схему.
Text. Позволяет включить в создаваемую схему фильтра текстовые блоки:
•
Show Title — это самодокументирующий текстовый блок, формируемый как заго- ловок. Он показывает основные спецификации фильтра;
•
Show Polynomials — полиномиальные функции, которые включают в себя серию директив .DEFINE. Это иногда удобно использовать как примечание. Полиномиаль- ная функция — это функция символической переменной, которая может быть вы- ведена как функция частоты для сравнения с частотной характеристикой реальной схемы. Имена полиномиальных характеристик следующие:
Type
Symbolic
Polynomial
Name
Low
Pass
LP
(ФНЧ)
High
Pass
HP
(ФВЧ)
Bandpass
BP
(полосовой фильтр)
Notch
BR (заграждающий фильтр)
Delay
LP (фильтр задержки)
Circuit. При установленном флаге Show Circuit в процессе синтеза на заднем фоне показывается схема фильтра в соответствии с пользовательскими изменениями в пара- метрах.
Create. Позволяет выбрать в каком виде фильтр будет создаваться:
•
Circuit — в этом случае синтезированный фильтр помещается либо в текущую схе- му либо в новый схемный файл.
•
Macro — в этом случае фильтр создается как макроопределение в виде подсхемы и помещается либо в текущую схему, либо в новый схемный файл. Макроопреде- ление включает в себя количество звеньев фильтра, как в опциях схемы фильтра, кроме того, сами звенья содержат внутри себя схемное макроопределение, которое хранится на диске. Эти макроопределения содержатся в отдельном библиотечном файле с именем FILTERS.CMP и доступны для использования в других схемах.
1.7.2.
Синтез пассивных фильтров
Синтез пассивных фильтров практически полностью подобен синтезу активных фильтров, за некоторыми исключениями:
•
В синтезированном фильтре нельзя получить коэффициент передачи больше 0 дБ.
•
Нельзя синтезировать фазовые фильтры (фильтры задержки)

53
•
Можно реализовывать в синтезированных схемах только полиномиальные аппрок- симации Баттерворта и Чебышева.
•
Для реализации звеньев фильтра можно использовать лишь 2 типа RLC-цепей
(стандартную и дуальную).

54
2. СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ
2.1.
Синтез асинхронных автоматов на RS-триггерах
2.1.1.
Пример 1 (вариант 10 лр. №3).
На основе асинхронных RS-триггеров синтезировать JK-триггер (Master-slave), за- поминающий состояние J и K входов при низком уровне синхроимпульса и меняющий состояние на выходе по положительному перепаду синхроимпульса (переход из низкого в высокое состояние).
Синтезируем устройство как асинхронный автомат, управляющими сигналами для которого являются уровень синхроимпульса (0 — С , 1 — С) и значение информацион- ных сигналов на J и К входах (0 —
J
, 1 — J; для K-входа 0 — K , 1 — K).
Составим граф переходов разрабатываемого автомата (рис. 2.1), используя сло- весный алгоритм описания его работы, данный в техническом задании. Вершины графа
(устойчивые состояния автомата) будем кодировать противогоночно (с использованием кода Грея). Т.к. для формирования сигнала на выходе устройства необходим единичный уровень сигнала на синхровходе, а информация записывается при нулевом уровне сиг- нала C, вводятся промежуточные состояния на графе, переход в которые осуществля- ется отрицательным уровнем син- хроимпульса
С
. Таким образом, всего получается 4 устойчивых со- стояния, для кодирования которых необходимо 2 запоминающих эле- мента — RS-триггера (см. рис. 2.1).
Охватим замкнутой линией все состояния на графе переходов, в которых значения одной и той же переменной (состояние одного элемента памяти) равны 1. Эти замкнутые кривые показаны штрих-пунктирной и пунктирной линиями соответственно.
Поскольку вход в подобную замкнутую область и выход из нее требуют линий сиг- налов возбуждения, обозначаются соответствующие сигналы возбуждения. Стрелками, входящими в область, указывают возбуждение установки (присваивающее переменной единичное значение), а стрелками, выходящими из области, — возбуждение сброса
(присваивающее ей нулевое значение).
Составляются два выражения в форме ДНФ (суммы произведений): одно для функции возбуждения установки, а другое для функции возбуждения сброса. Каждое произведение должно содержать входные переменные (сигналы по которым совершает- ся переход) и вторичные переменные, связанные с данным переходом, но не меняющие свои значения. В качестве вторичных переменных выступают двоичные разряды кода
Рис. 2.1. Граф переходов асинхронного автомата (JK- триггера Master-Slave).
00
01
11
10
Q
2
Q
1
JC
C
KC
C

55 состояния в коде Грея. Включение вторичных переменных гарантирует выполнение пе- реходов в правильной последовательности.
C
J
Q
S
⋅
⋅
=
2 1
C
K
Q
R
⋅
⋅
=
2 1
;
S
2
=Q
1
⋅
C
C
Q
R
⋅
=
1 2
.
Строится схема на основе асинхронных RS-триггеров, реализующая полученные логические выражения. Для последующего моделирования с помощью программы
MICROCAP в качестве асинхронных RS-триггеров используются JK или D-триггера с асинхронными входами установки (PREBAR) и сброса (CLRBAR). При этом входы син- хронизации и информационные входы не задействуются.
Схема для моделирования с обозначениями необходимых сигналов приведена на рис. 2.2, а на рис. 2.3 приведены временные диаграммы работы автомата, доказываю- щие его работоспособность.
Рис. 2.2. Двухтактный JK-триггер, меняющий состояние по положительному фронту
Рис. 2.3. Временные диаграммы работы двухтактного JK-триггера

56
2.1.2.
Пример 2 (вариант 12 лр №3)
На основе асинхронных RS-триггеров синтезировать JK-триггер, устанавливаю- щийся в соответствии с управляющими сигналами на J и K входах по отрицательному перепаду синхроимпульса (переходу из высокого в низкое состояние).
Синтезируем устройство как асинхронный автомат, управляющими сигналами для которого являются уровень синхроимпульса (0 — С , 1 — С) и значение информацион- ных сигналов на J и К входах (0 —
J
, 1 — J; для K-входа 0 — K , 1 — K).
Составим граф переходов разрабатываемого автомата (рис. 2.4), используя сло- весный алгоритм описания его работы, данный в техническом задании. Вершины графа
(устойчивые состояния автомата) будем кодировать противогоночно
(с использованием кода Грея). Т.к. для формирования сигнала на выходе устройства необходимо выделение отрицательного фрон- та синхроимпульса, вводятся про- межуточные состояния на графе, переход в которые осуществляет- ся единичным уровнем синхроим- пульса C. Таким образом, всего получается 4 устойчивых состоя- ния, для кодирования которых необходимо 2 запоминающих элемента (RS-триггера).
Охватим замкнутой линией все состояния на графе переходов, в которых значения одной и той же переменной (состояние одного элемента памяти) равны 1. Эти замкнутые кривые показаны штрих-пунктирной и пунктирной линиями соответственно.
Поскольку вход в подобную замкнутую область и выход из нее требуют линий сиг- налов возбуждения, обозначаются соответствующие сигналы возбуждения. Стрелками, входящими в область, указывают возбуждение установки (присваивающее переменной единичное значение), а стрелками, выходящими из области, — возбуждение сброса
(присваивающее ей нулевое значение).
Составляются два выражения в форме ДНФ (суммы произведений): одно для функции возбуждения установки, а другое для функции возбуждения сброса. Каждое произведение должно содержать входные переменные (сигналы по которым совершает- ся переход) и вторичные переменные, связанные с данным переходом, но не меняющие свои значения. В качестве вторичных переменных выступают двоичные разряды кода состояния в коде Грея. Включение вторичных переменных гарантирует выполнение пе- реходов в правильной последовательности.
K
C
Q
C
Q
S
⋅
⋅
∨
⋅
=
2 2
1
J
C
Q
C
Q
R
⋅
⋅
∨
⋅
=
2 2
1
;
J
C
Q
S
⋅
⋅
=
1 2
K
C
Q
R
⋅
⋅
=
1 2
.
Строится схема на основе асинхронных RS-триггеров, реализующая полученные
Рис. 2.4. Граф переходов асинхронного автомата (JK- триггера по отриц. фронт СИ).
00
01
11
10
Q
2
Q
1
CJ
CK
CK
C
CJ
C

57 логические выражения. Для последующего моделирования с помощью программы
MICROCAP в качестве асинхронных RS-триггеров используются JK или D-триггера с асинхронными входами установки (PREBAR) и сброса (CLRBAR). При этом входы син- хронизации и информационные входы не задействуются.
Схема для моделирования с обозначениями необходимых сигналов приведена на рис. 2.5, а на рис. 2.6 приведены временные диаграммы работы автомата, доказываю- щие его работоспособность
Рис. 2.5. Схема для моделирования с помощью программы MICROCAP
Рис. 2.6. Временные диаграммы работы JK-триггера, переключающегося по заднему фронту
2.1.3.
Пример 3 — Автомат Мили

58
Асинхронный автомат Мили, выделяющий второй полный импульс из последова- тельности U
И1
, если приходит сигнал запуска U
S
; и вторую полную паузу U
П1
, если прихо- дит сигнал запуска U
Z
(см. рис. 2.7).
Автоматы Мура описываются функциями переходов и выходов:
(
)
t
t
t
x
a
f
a
,
1
=
+
,
( )
t
t
a
z
ϕ
=
, т.е. каждое новое состояние обусловлено предшествующим состоянием и входным сигналом, а выход в каждый момент однозначно определяется состоянием автомата.
Таким образом, выходы однозначно определяются состояниями автомата и поэтому мо- гут быть указаны в вершинах графа.
Автоматы Мили отличаются тем, что выход зависит не только от состояния, но и от входного сигнала:
(
)
t
t
t
x
a
f
a
,
1
=
+
,
(
)
t
t
t
x
a
z
,
ϕ
=
,
Для автомата Мили выходы указываются у концов дуг, т.к. они зависят как от вхо- дов, так и от состояний.
Составим граф переходов устройства, разрабатываемого как автомат Мили (см. определе- ние выше). Вершины графа (ус- тойчивые состояния автомата) будем кодировать противогоноч- но (с использованием кода Грея).
Необходимое нам состояние, в котором формируется выходной сигнал (либо второй импульс, либо 2-ая пауза) является 5-м состоянием автомата. Таким образом, для кодирования номеров состояний необходимо
3 запоминающих элемента — RS-триггера. При этом останутся неиспользуемые состоя- ния, переходы через которые можно кодировать произвольно исходя из имеющихся в наличие сигналов и возможности минимизации аппаратной реализации. Часто проходы через неиспользуемые состояния осуществляются по сигналу «1». Это означает, что сразу же осуществляется переход между последовательными состояниями. В конце не- обходимо предусмотреть возврат автомата в исходное состояние, который обычно осу- ществляется при окончании действия управляющих сигналов.
Отметим, что в рассматриваемом примере переход из состояний 111, 101 осущест- вляется по сигналам Y и X соответственно, что сделано для минимизации аппаратной реализации устройства (как будет показано ниже).
Охватим замкнутой линией все состояния на графе переходов, в которых значения одной и той же переменной (состояние одного элемента памяти) равны 1. Эти замкнутые кривые показаны сплошной (Q
1
=1), штрих-пунктирной (Q
2
=1) и пунктирной линиями
(Q
3
=1) соответственно.
Поскольку вход в подобную замкнутую область и выход из нее требуют линий сиг-
Рис. 2.7. Временные диаграммы работы асинхронного автомата
U
G
U
S
, U
Z
U
И1
U
И2
U
И3
U
П1
U
П2
U
П3
t
t
U
вых
(3-ий полный импульс)
t

59 налов возбуждения, обозначаются соответствующие сигналы возбуждения. Стрелками, входящими в область, указывают возбуждение установки (присваивающее переменной единичное значение), а стрелками, выходящими из области, — возбуждение сброса
(присваивающее ей нулевое значение).
Рис. 2.8. Граф переходов асинхронного автомата МИЛИ
000
001
011
010
110
111
101
100
Q
3
Q
2
Q
1
X
X
X
Y
X
Z*S
Y
Y
F
1
=Q
3
Q
2
Q
1
S
F
2
=Q
3
Q
2
Q
1
Z
ZG
G
S
X
∨
=
G
Z
SG
Y
∨
=
Составляются два выражения в форме ДНФ (суммы произведений): одно для функции возбуждения установки, а другое для функции возбуждения сброса. Каждое произведение должно содержать входные переменные (сигналы по которым совершает- ся переход) и вторичные переменные, связанные с данным переходом, но не меняющие свои значения. В качестве вторичных переменных выступают двоичные разряды кода состояния в коде Грея. Включение вторичных переменных гарантирует выполнение пе- реходов в правильной последовательности.
(
)
2 3
2 3
2 3
1
Q
Q
X
X
Q
Q
X
Q
Q
S
∀
⋅
=
∨
=
(
)
2 3
2 3
2 3
1
Q
Q
X
X
Q
Q
X
Q
Q
R
∀
⋅
=
∨
=
;
Y
Q
Q
S
1 3
2
=
Y
Q
Q
R
1 3
2
=
;
Y
Q
Q
S
1 2
3
=
Z
S
Q
Q
R
1 2
3
=
;
S
Q
Q
Q
F
1 2
3 1
=
Z
Q
Q
Q
F
1 2
3 2
=
(
)
S
Z
Q
Q
Q
F
F
F
∨
=
∨
=
1 2
3 2
1
.
Строится схема на основе асинхронных RS-триггеров, реализующая полученные логические выражения. Для последующего моделирования с помощью программы
MICROCAP в качестве асинхронных RS-триггеров используются JK или D-триггера с асинхронными входами установки (PREBAR) и сброса (CLRBAR). При этом входы син- хронизации и информационные входы не задействуются.
Схема для моделирования с обозначениями необходимых сигналов приведена на рис. 2.9, а на рис. 2.10 приведены временные диаграммы работы автомата, доказываю- щие его работоспособность

60
Рис. 2.9. Асинхронный автомат Мили, выделяющий 2-ой полный импульс при приходе управляющего сигнала S, и 2–ую полную паузу — при приходе Z.
Рис. 2.10. Временные диаграммы работы асинхронного автомата Мили