схематехника. Схемотехника
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
7 Дәріс. Триггерлер және регистрлер 7.1 Триггерлер Триггерлер – құрамына сақтау элементі (фиксатор) және басқару сызбасы кіретін элементар автоматтар. Фиксатор бір-бірімен "айқасу" бойынша біреуінің шығысы екіншісінің кірісімен байланысқан екі индикатордан тұрады. Мұндай қосылу екі тұрақты күйлі тізбек береді ( 7.1 суретті қара). Егер инвертор 1 шығысында логикалық нөл болса, онда ол инвертор 2 шығысында логикалық бірді тудырады және керісінше болады.  7.1 сурет – Асинхрондық RS-триггерінің сызбасы Орнатылған сигналдар 7.1 суретте үзік сызықтармен көрсетілген. Латын алфавитінің R әрпімен ( Reset дегеннен ) триггерді 0-ге қою (ауытқу) сигналы белгіленген, ал S әрпімен ( Set дегеннен) – 1-ге қою логикалық күй сигналы белгіленген . Триггер күйі Q сияқты болып белгіленетін тура шығыс мәні бойынша немесе екінші шығысты  инверсерлік сигналымен есептеледі. RS-триггері үшін НЕМЕСЕ-НЕ таңдалған сигналы 1 болып табылады, себебі тек қана ол логикалық элементті 0-ге элементтің басқа шығыстарындағы сигналдардан тәуелсіз келтіреді ( 7.1, а суретті қара). RS-триггер үшін элементтердегі ЖӘНЕ-НЕ таңдалған сигналы нөлдік болып табылады ( 7.1, б суретті қара).7.1.1 Триггерлерді кластарға бөлу. Триггерлер логикалық құрылу принциптері мен ақпаратты жазу тәсілдеріне байланысты бірнеше түрге бөлінеді. Логикалық құрылу принциптеріне қарай триггерлерді RS, D, T, JK және т.б. түрлерге бөледі. Сонымен қатар, бір уақытта бірнеше типтер орын алатын аралас триггерлер және күрделі кірісті логикалы триггерлер (кіріс топтарымен, бір-бірімен өзара логикалық тәуелділікте болатын) қолданылады. RS түріндегі триггердің екі кірісі болады – бірге орнату (S) және нөлге орнату (R). S орнату және R лақтыру сигналдарын біруақытта беруге рұқсат етілмейді (сигналдардың бұл комбинациясы тиым салынған деп аталады). D түріндегі триггер ( Delay сөзінен алынған - ұстау) бір кірісті болып келеді. Оның күйі кіріс сигналын қайталайды, бірақ тактілік сигналымен кешігу анықталады. Т түріндегі триггер әрбір кіріс сигналы түскен сайын өзінің күйін өзгертіп отырады. Бір кірісі бар триггер есептегіш кірісті немесе есептегіш триггерлер деп аталады. JK түріндегі триггер (J) орнату кірістері және RS триггерінің кірістеріне ұқсас (К) лақтыру кірістері бар универсалды триггерлер болып келеді. Соңғылардың айырмашылығы бірден екі кіріске (J = К = 1) сигналдарды беру мүмкіндігіне ие болып табылады. Бұл режимде үшінші (тактілі) кіріске қатысты есептегіш триггер ретінде жұмыс істейді. Аралас триггерлерде бірнеше режим қатар жұмыс жасайды. Мысалы, RST түріндегі есептегіш триггері, сондай-ақ оның орнату және лақтыру кірістері де бар . Мысал ретінде, күрделі кірісті логикалы триггер ретінде J1J2J3 және К1К2К3, топтық кірістері коньюкциялық операциямен қосылған JK-триггерін алуға болады:  .Триггерлер ақпаратты жазу тәсіліне байланысты асинхрондық (тактілік емес) және синхрондық (тактілік) болып екіге бөлінедіі. Тактілік емес асинхрондық триггерлерде жаңа күйге өту кіріс ақпараттық сигналдарының тікелей өзгеруі арқылы шақырылады. Арнайы кірісі С (Clock сөзінен шыққан) бар, тактіленетіндерде осы кіріске тактілік сигналдарды беру арқылы өту жүреді. Тактілік сигналдар, сондай-ақ синхрондалған, орындалған, командалық және т.б деп аталады. Тактілік сигналдарды қабылдау тәсіліне қарай - деңгеймен басқарылатын және фронтпен басқарылатын болып бөлінеді. Деңгеймен басқарылу деген, тактілік сигналдың бір деңгейінде триггер кіріс сигналдарын қабылдайды және оларға ықпал етеді, басқасында қабылдамайды және өзгермейтін күйде қалады. Фронтпен басқарған кезде ауысуға тактілік сигналдың түсу мезетінде (оның фронтында немесе түсуінде) рұқсат етіледі. Фронтпен басқарылатын триггерлерді, сондай-ақ динамикалық басқарулы триггерлер деп те атайды. Динамикалық кіріс тура немесе инверсілік болуы мүмкін. Тура динамикалық басқару тактілік сигнал нөлдік мәнінен бірлікке ауысуына рұқсат беруді көрсетсе, инверстілік- тактілік сигналдың бірлік мәнінен нөлдік мәнге өзгеруінде қайта қосуға рұқсат береді. 7.1.2 Триггерлердің сызбатехникасы. Бір жағынан RS мен D триггерлері мен екінші жағынан Т, JK триггерлерінің арасында айтарлықтай айырмашылық бар. RS, D-триггерлер ажыратылған құрылымды болып келсе, ал Т, JK-триггерлері кері байланысты тұйықталған құрылымды, яғни шығыс сигналдарын өздерінің кірістеріне әсер ету үшін қолданады. D-триггер RS триггерінен алынады, егер S кірісіне D мәнін берсе, ал R кірісіне оның инверсиясын аламыз (7.5,а суретті қара). Ақпараттық сигнал тек С синхроимпульсті мезетінде есте сақталады (7.5,б суретті қара).  7.5 сурет – D-триггер сызбасы (а) және уақыттық диаграмма (б) Т-триггер RS триггері негізінде құрылады (7.6,а суретті қара). Бұл жағдайда есептегіш кіріс ролін С тактілеу кірісі атқарады.  7.6 сурет – Т-триггер сызбасы Тактілеу кірісі бойынша ақпаратты қабылдаудың әрбір рұқсат етілуінде СТ – триггер кері байланыстар бойынша қарама-қарсы күйді қабылдайды, яғни қайта қосылады. Т-триггерін осыған ұқсас әдіспен D-триггерінің негізінде де алуға болады (7.6,б суретті қара). Есептегіш Т-триггердің жұмыс қабілеттілігі қарастырылған құрылымда мөлдір емес триггерді (екісатылы немесе динамикалық басқарымды) немесе ішкі кешігулердің қолданылуымен қамтамасыз етіледі. JK-триггер сызбасы (7.7 суретті қара) 7.1 кестесіне тәуелді.  7.7 сурет – JK-триггер сызбасы 7.1 кесте – JK-триггер ақиқаттылығының кестесі
Генерация режимін болдырмау үшін, есептегіш Т-триггерлері үшін де, бұл жерде екісатылық типті және динамикалық басқарымды RS-триггерін қолдану қажет. 7.2 Регистрлер 7.2.1 Регистрлерді кластарға бөлу. Регистрлер көптеген байланысқан сөз құрайтын айнымалылармен жұмыс істейді. Сөздермен бірнеше операция: қабылдау, беру, сақтау, разрядтық торға ығысу, разрядты логикалық операциялар орындалады. Регистрлер триггерлер мен логикалық элементтері бар разрядтық сызбалардан тұрады. Айнымалыларды жеткізу сызықтарының санына байланысты регистрлер бір фазалы және жұпфазалы, синхрондау жүйесіне байланысты біртактілік, екітактілік және көптактілік болып бөлінеді. Бірақ ең басты жіктеу белгісі мәліметтерді қабылдау және беру әдісі болып табылады. Осы белгісіне байланысты регистрлер параллель (статикалық), тізбекті (жылжымалы) және параллель-тізбекті болып бөлінеді. Параллель регистрлерде сөзді қабылдау және жіберу барлық разрядтар бойынша біруақытта жүреді. Оларда разрядтық логикалық түрлендіруге ұшыраған сөздер сақталуы мүмкін. Тізбектік регистрлерде сөз разрядтан разрядқа қабылданады және бөлінеді. Оларды ығыстырушы деп атайды, себебі сөздерді кірістіргенде және шығарғанда тактілейтін сигналдар оларды разрядтық тор бойынша жылжытады. Жылжытушы регистр екі бағытты емес (бірбағытты ығысумен) немесе (екі бағытты ығысу мүмкіндігімен) екі бағытты болуы мүмкін. Тізбектік-параллель регистрлер біруақытта тізбекті және параллельді түрлі кіріс шығыстары болуы мүмкін. Тізбекті кірісі және параллель шығысы бар (SIPO, Serial Input - Parallel Output), параллель кірісі және тізбекті шығысы бар (PISO) варианттары болуы мүмкін. Параллель (статикалық) регистрлерде разрядтар сызбалары мәліметтермен өзара алмаспайды. Разрядтар үшін жалпы болып тактілеу тізбектері, ауытқу/қою, шығыс және қабылдау ажыратулары, яғни басқару тізбектері табылады. Тура динамикалық кірістерімен Д-триггерлерде қарастырылған, R ауытқу шығыстары және EZ сигналдарымен басқарылатын үшінші күйлі шығыстары болатын статикалық регистр сызбалары 7.8 суретте көрсетілген. Қазіргі схема техникасы үшін регистрлерді Д-триггерлерде қарастырған сипатты болып отыр. Көптерінен үшінші күйлі шығыстары бар, кейбір регистрлер буферліктер қатарына жатады, яғни үлкен сыйымдылықты немесе төменомдық активті жүктемелермен жұмыс істеуге есептелген. Бұл олардың тікелей магистралда жұмыс жасауын қамтамасыз етеді (қосымша интерфейс схемаларынсыз).  7.8 сурет – Статикалық регистр сызбасы (а) және оның шартты белгіленуі (б) 7.2.2 Ығыстырушы регистрлер. Тізбектік (ығыстырғыш) регистрлер тасымалдау тізбектерімен байланысқан разрядтық сызбалар тізбегі болып келеді. Бір разрядқа оңға ығысулы біртактілі регисторда (7.9, а суретті қара) сөз синхросигнал түскен кезде ығысады. Кіріс және шығыс тізбекті (DSR- Data Serial Right). 7.9,б суретте солға қарай ығысулы регистр сызбасы көрсетілген (DSL - Data Serial Left кіріс мәндері).  7.9 сурет – Регистрдің оңға (а) және солға (б) ығысу сызбалары 7.10 суретте реверсирленген регистрдің құрылу сызбасы келтірілген, оларда екі көрші разрядтармен триггерлер байланыстары бар, бірақ сәйкес сигналдармен жұмыс жасауға осы байланыстардың тек біреуімен ғана рұқсат етіледі.  7.10 сурет – Реверсивті регистр сызбасы 8 Дәріс. Екілік есептегіштер Есептегіштерге кіріс импульстары әсерінен бір күйден екінші күйге көшкенде оларға түсетін импульстарда сол немесе басқа кодта тіркейтін автоматтарды жатқызады. Негізгі операциясы есептегіш құрамын бірге өзгерту болып табылады. Мұндай бірлікті қосу – инкрементация (INR) операциясына, ал алу - декрементация ( DCR) азайту операциясына сәйкес келеді. Есептегіштер М есептеу модулімен сипатталады, олар мүмкін күйлер санын анықтайды. Есептегішке М кіріс сигналдары түскеннен кейін алдыңғыны қайталайтын жаңа цикл басталады. 8.1 Есептегіштерді кластарға бөлу Ішкі күйлерін кодтау тәсілдеріне қарай екілік есептеуіштер , Джонсон есептеуіштері, «N-нан 1» коды бар есептеуіштерді және басқаларды айтамыз. Есептеу бағытына қарай есептегіштер: қосушы (тура есептеу), азайтушы (кері есептеу) және реверсивті (есептеу бағытын өзгерту) болып бөлінеді. Автоматтардың сол және басқа кластарға жатқызуларына байланысты синхрондық және асинхрондық есептегіштер туралы айтылады. Есептегіштер разрядаралық байланыстары бар разрядтық сызбалардан құрылады. Сәйкесінше осы байланыстардың құрылуына қарай оларды тізбекті, параллель және аралас тасымалдаулары бар есептегіштер деп бөледі. Есептегіш жұмысының мүмкін режимдері. - Есептегішке келіп түскен сигналдар санын тіркеу. - Жиіліктерді бөлу. Бірінші режимдегі нәтиже – шығыс сигналдарының екінші режимдегі есептегіштегі құрамы есептегіш импульстарының толып кетуі болып табылады. Есептегіштің тез әсерлігі ондағы жаңа күйдің орнау уақытымен (бірінші режимі), сондай-ақ кіріс сигналдарының максимал жиілігімен fmax сипатталады. Кез-келген автомат сияқты, есептегішті кез-келген типті триггерлерде құрастыруға болады, бірақ бұл үшін Т- типті (есептегіш) және J = К = 1 болғанда есептеу режимінде болатын JK типті триггерлерді пайдаланған ыңғайлы. Есептегіш күйі разрядты сызбалардың шығыстары бойынша Qn-1Qn-2…Qo, сөзі сияқты кіріс сигналдары есептегіштің кіші разрядына келіп түседі. 8.2 Екілік есептегіштер 8.2.1 тізбекті және параллельді есептегіштер Екілік есептегіш М = 2n модуліне ие болатын есептегіш, мұндағы n – бүтін сан. Есептегіш триггер кіріс импульстарының жиілігін екіге бөледі. Сондықтан есептегіш тізбектей жалғанған есептегіш триггерлердің тізбегі түрінде құрылуы мүмкін (8.1,а суретті қара). Есептегішті Т-триггерлер тізбегі ретінде көрсету қосу, сол сияқты азайту варианттары үшін де дұрыс, себебі разрядтарды ауыстыру жиілігіне қатысты заңдылық кестені жоғарыдан төмен (тура есеп), сол сияқты төменнен жоғары (кері есеп) қараған кезде де сақталады. Бұл кездегі айырмашылық келесі ауыстыруды шақыратын алдыңғы разрядты ауыстыру бағытында болып отыр. Тура есептеу кезінде келесі разряд алдыңғы 1-0 бағытта өткенде, ал кері болғанда 0-1 бағытта өткенде қайта қосылады.  8.1 сурет – Тізбекті есептегіш құрылымы (а) және оның тура динамикалық басқару триггерлердегі іске асуы (б) Сонымен варианттар арасындағы айырмашылық триггерлер кірістерін алдыңғылардың шығыстарына әртүрлі қосуда болып отыр. Егер тура динамикалық басқарулы есептегіш триггерлерде тұрғызылса, онда қосылу сипаты келесі триггерлердің алдыңғыға қосылу сипаты тура және кері есептеу есептегіштерін алу үшін 8.1,б суреттегі сызбаға сәйкес келуі керек. Тура және кері есептеу варианттарының айырмашылығынан реверсивті есептегішті құру тәсілі шығады, басқарушы сигнал әсерінен сигналды алу нүктесін триггерден қарама-қарсы шығысқа ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ-НЕ , ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ суретте көрсетілген элементі арқылы көшіру. Максималды тез әрекетке паралельді тасымалдауышы бар синхронды есептегіштер ие. Фронтпен басқарумен триггерлерде ұйымдастырылған параллельді тасымалдауышы бар соммалық синхронды есептегіштің құрылымы (8.3 суретті қара).  8.3 сурет – Тура есептеу параллель есептегішінің сызбасы 8.2.2 Топты құрылымдық есептегіштер. Үлкен разрядты параллель есептегіштерді құрастыруға шектеулерге байланысты топты құрылымдық есептегіштер кең өріс алып отыр, онда есептегіш топаралық тасымал тізбектерімен байланысқан топтарға бөлінеді (8.4 суретті қара).  8.4 сурет – Топты құрылымдық есептегіш сызбасы Топтың барлық триггерлерінің бірлік бұл жағдай кіріс сигналын келесі топқа тура жіберуге топаралық коньюктор даярлайды. Егер топ разрядтылығын кемітіп және синхронды Т-тиггерлерін пайдаланса, онда тізбекті тасымалды синхронды есептегіш сызбасы алынады (8.5 суретті қара).  8.5 сурет – Тізбекті тасымалды есептегіш сызбасы Сызба синхрондықтар қатарына жатады, себебі барлық триггерлер бір кіріс сигналы әсерінен біруақытта жұмыс істейді. Осы сызбаның кіріс сигналына тез реакциясы көрініс табады: ол параллель тасымалды есептегіштегі сияқты болады. Бірақ кіріс сигналдарының ең үлкен жиілігі бойынша бұл сызба параллель тасымалды сызбадан едәуір нашар болып түседі. |