Навигация
6.1. Параллельные регистры
В параллельных регистрах запись двоичного числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Их функции сводятся к приему, хранению и передаче информации (двоичного числа). В связи с этим параллельные регистры часто называют регистрами памяти.
Параллельный N – разрядный регистр состоит из N – триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствующее количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняется на два и три входа. Запись цифровой информации осуществляется по цепи управления регистром. Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется структурной схемой на рис. 21 при одном канале четырехразрядной цифровой информа-ции. ДS1 – триггер младшего разряда, ДS4 – триггер старшего разряда; ДД1- ДД4 – логические элементы, предназначенные для управления записью информации в регистр; ДД5-ДД8 – элементы служащие для управления считыванием информации из регистра.
Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в состояние ''0'' подачей импульса по входу ''Установка 0''. Для записи в регистр входной информации подают импульс записи, открывающий входные элементы И. Код входного числа записывается в регистр. Если, например, на входе присутствует код 1011, соответствующий числу 11, то это же число будет записано в регистр.
По окончании операции записи информация, записанная в регистр сохраняется, несмотря на то что входная информация (число) может изменяться.
Для считывания информации подают импульс по входу ''Считыва-ние''. На выходные шины регистра передается код числа, записанного в регистр. При этом число, записанное в регистр, сохраняется. Для получения новой информации описанные операции повторяются.
Рис. 21
6.2. Последовательные регистры
Последовательные регистры (регистры сдвига) характеризуются записью числа последовательным кодом. Регистр состоит из последователь-но соединенных двоичных ячеек памяти, состояние которых передается (сдвигается) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов. Тактовые импульсы управляют работой регистра. Управление может осу-ществляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называют однотактными.
Частота следования тактовых импульсов обычно неизменна. На рис. 22, а показана структурная схема сдвигающего регистра для четырех разрядов. Первая ячейка регистра относится к младшему разряду, а четвертая – к старшему.
а
б
Рис. 22
При таком расположении разрядов запись числа в регистр производит-ся, начиная с его старшего разряда. При обратном расположении разрядов в регистре запись числа должна начинаться с младшего разряда.
Тактовые импульсы подаются на все триггеры ячеек одновременно. Их воздействие направлено на переключение триггеров из состояния ''1'' в состояние ''0'' с записью единицы в триггер следующей ячейки. На рис. 22, б приведены временные диаграммы, поясняющие процесс записи информации в регистр. В качестве примера взят код 1011, соответствующий числу 11. Перед записью информации регистр устанавливают в состояние ''0''. Для этого в отсутствие сигнала на входе подается серия тактовых импульсов с числом импульсов, равным количеству разрядов в регистре. При записи информации одновременно с поступлением кода числа подаются тактовые импульсы. Тактовыми импульсами осуществляется продвижение информа-ции от младшего разряда регистра к старшему. В результате после четверто-го тактового импульса ячейки регистра принимают состояния, соответ-ствующие коду принятого четырехразрядного числа.
Операция считывания информации из последовательного регистра может быть проведена в параллельном или последовательном коде. Для передачи информации в параллельном коде используют выходы разрядов регистра. Таким образом, последовательный регистр позволяет осуществить операцию преобразования последовательного кода в параллельный. Считывание информации в последовательном коде реализуется подачей серии тактовых импульсов.
В последовательном регистре записанное число может быть сдвинуто тактовыми импульсами на один или несколько (К) разрядов. Операции сдви-га соответствует умножение числа на 2 . Например, сдвиг кода 0010 (число 2) на один разряд дает код 0100 (число 4), на два разряда – код 1000 (8).
Регистры, выпускаемые промышленностью в виде отдельных микро-схем, имеют условное обозначение в электронных схемах в виде прямоугольника рис. 23.
| Буквы RG на рисунке означают регистр; на входы D1 – Dn подается код числа для записи, C3 – вход команды записи; CЧ1, СЧ2 – входы для команды считывания; R – установка регистра в нулевое поло- жение; Q1, Qn – выходы. Рис. 23 МИКРОПРОЦЕССОРЫ Микропроцессором (МП) называют программно управляемое микро-электронное устройство, осуществляющее обработку цифровой информации. Микропроцессор содержит одну или несколько больших интегральных схем. В случае использования нескольких больших интегральных схем они должны быть совместимы, т.е. предназначены для совместного применения с общими источниками питания, иметь единую систему логических сигналов, одинаковую разрядность и быстродействие. Микропроцессор реализует такие функции, как выборку в предписан-ной программной последовательности, декодирование и управление выпол-нением команд, а также выполнение операций тестирования и преобразова-ния данных. Таким образом, он осуществляет заданную в виде программы последовательность действий – процесс, откуда и название – процессор. МП оперирует информацией в двоичной системе счисления. Каждый разряд двоичного числа называется битом. Информация, которую обраба-тывает микропроцессор, представляется группой битов, которые составляют слово. Количество битов в слове зависит от типа МП и может быть 4, 8, 12, 16 и т.д. Количество битов в слове, предназначенное для передачи данных, равно числу проводников и образует так называемую шину данных. Группа, состоящая их восьми битов называется байтом. Деление слова на байты позволяет упростить представление двоичного кода, применив шестнадцатиричную форму записи. Представление двоичного слова в шестнадцатиричном коде позволяет уменьшить вероятность появле-ния ошибок при составлении программы работы микропроцессора. МП представляет собой СБИС – тонкую пластину кристаллического кремния в форме прямоугольника со сторонами размером от 3 до 7 мм. Пластина монтируется в пластмассовый или металлический корпус шириной 10 – 15 мм и длиной 20 – 70 мм. Вдоль длинных сторон корпуса распола-гаются выводы в количестве 16 – 60 для соединения МП с другими устройст-вами. Первый МП появился в 1971 году, содержал 2250 транзисторов из четырех кристаллов, с кристаллом ОЗУ емкостью 32 бита. Уже в 1974 г. был разработан МП К580, содержащий 5 тыс. транзисторов с памятью 64 Кбайта (1 Кбайт =1024 =2 ), а в 1984 г. был разработан МП типа К1810, содержащий 29 тыс. транзисторов с памятью в 1 Мбайт (2²°). Применение микропроцессорных модулей: 80% МП – это встраи-ваемые устройства в различные автоматизированные системы управления и 20% - используются для построения ЭВМ. По прогнозам к 2000 г. число выпускаемых МП превысит число электрических ламп и составит 5 – 10 млрд. штук. Упрощенная структурная схема микропроцессора серии К580 МК 80 А представлена на рис. 24. Рис. 24 МП состоит из схем, реализующих арифметические и логические операции над данными различных регистров, служащих для временного хранения и преобразования данных и команд, а также устройств управления и связи с внешними блоками. МП применяют совместно с запоминающим устройством программы (ЗУП), с запоминающим устройством данных (ЗУД), а также с устройством ввода-вывода (УВВ). Система, состоящая из микропроцессора и указанных устройств, получила название микропроцессорной системы, или микроЭВМ (рис. 25). Рис. 25 Функционирование всех узлов и блоков микропроцессорной системы осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов. Регистр команд PpК предназначен для хранения в МП команды, считанной из ЗУП, на период ее выполнения. Выполнение команды осуществляется блоком управления БУ, который связан с общими регистрами МП. Аккумулятор АК представляет собой основной регистр, предназначенный для ввода данных в МП и вывода их из него. В аккумулятор поступает операнд (числа) из ЗУД перед проведением соответствующей операции в арифметико-логическом устройстве. В аккумулятор же вводится результат проведенной в АЛУ операции. Арифметическо-логическое устройство АЛУ осуществляет операции сложения, вычитания, сравнения, а также операции И, ИЛИ над двумя числами (операндами) с выдачей результата по одному выходу. Вид операции задается командным кодом, содержащимся в регистре команд. Регистр временного хранения РрВXр предназначен для хранения данных перед проведением операций в АЛУ. Если, например, требуется провести операцию арифметического сложения двух чисел, то одно число предварительно хранится в аккумуляторе, а второе – в одном из регистров временного хранения. Счетчик команд СК содержит адрес команды выбираемой PpК из ЗУП в текущий момент времени. Он представляет собой суммирующий счетчик, содержание которого увеличивается на единицу к концу выполнения текущей команды. Если МП работает с подпрограммами, то в СК записывается предварительное число, соответствующее адресу первой команды подпрограммы, а по завершении последней команды в подпрограмме счетчик устанавливается на адрес команды основной программы. SP – стековый регистр – производит операции записи и извлечения чисел. Содержимое SP автоматически уменьшается на 2 после каждой записи и увеличивается на 2 после каждого извлечения. Необходимость работы стекового регистра возникает при обращении к подпрограммам для записи адреса возврата из подпрограммы. Рр Пр – регистр признаков. В разрядах Рр Пр записывается информация в двоичном коде о разрядах переноса, знака, признаках четности и нуля. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высш. шк., 1982.- 496с. 2. Основы промышленной электроники: Учеб. для неэлектротехничес- ких спец. вузов / В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высш. шк.,- 1986. - 336 с. 3. Электротехнический справочник: В 3тт. Т.2. Электротехнические изделия и устройства.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 712 с. 4. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие / Ю.П. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н. Никитина и др.; Под ред. Г.Д. Петрухина.- М.: Изд-во МАИ, 1993.- 416 с. 5. Барков В.А. Электроника робототехнических систем. Усилительно-преобразовательные устройства.: Учеб. пособие.- СПб.: СПбГТУ, 1993.- 144 с. 6. Хоровиц П., Хилл У. Искуство схемотехники: В 3 тт.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. Т.1. 598 с. 7. Фишер Дж., Гетланд Х.Б. Электроника – от теории к практике: Пер. с англ.- М.: Энергия, 1980.- 400 с. |
8. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.- М.: Радио и связь, 1990.- 496 с.
9. Алексеенко А.Г. Основы микросхемотехники. Элементы морфологии микроэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е перераб. и доп.- М.: Сов. радио, 1977.- 405 с.
10. Алексеенко А.Г. Современная микросхемотехника.- М.: Энергия.- 1979.- 112 с.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………...……...……3
1. ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ……………….4
2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ……………………………………….8
3. СХЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ……….11
3.1. Ключевой режим работы биполярного транзистора………11
3.2. Транзисторно-транзисторная логика……………………….13
3.3. Логические элементы на основе полевых транзисторов….14
3.3.1. МОП-транзисторная логика на ключах одного типа про-
водимости…………………………………………………….14
3.3.2. МОП-транзисторная логика на комплиментарных транзисто-
рах (КМОП-логика)………………………………………….15
3.4. Эмиттерно-связанная логика………………………………...16
3.5. Интегральная инжекционная логика (И²Л-логика)………..18
4. ТРИГГЕРЫ………………………………………………………….22
4.1. RS-триггер……………………………………………………22
4.2. Д-триггер……………………………………………………..24
4.3. Т-триггер……………………………………………………..25
4.4. JK-триггер……………………………………………………27
5. ЦИФРОВЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ……………………….30
6. РЕГИСТРЫ…………………………………………………………32
6.1. Параллельные регистры……………………………………32
6.2. Последовательные регистры……………………………….33
7. МИКРОПРОЦЕССОРЫ………………………...…………………36
Список литературы……………………….…………………..……39
| Евстигнеев Анатолий Николаевич |
Кузьмина Татьяна Георгиевна
Новотельнова Анна Владимировна
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Методические указания
для самостоятельного изучения дисциплины
''Электротехника и электроника''
для студентов всех специальностей
Редактор Корректор
ЛР №020414 от 12.02.97
Подписано в печать Формат 60x80 1/16. Бум.
Печать офсетная. Усл. печ. л. Печ. л. Уч.- изд. л.
Тираж 500 экз. Заказ № . С
СПбГАХПТ 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
ИПЦ СПбГАХПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Похожие работы
... электротехнических и электронных устройств, в которых используется явление резонанса напряжения. Литература 1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.53 - 58. 2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.73 - 77. Лабораторная работа №5 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Цель работы. Ознакомление с методом повышения ...
... и электрические измерения * * * 4.2. Содержание разделов дисциплины Введение Электрическая энергия, особенности ее производства, распределения и области применения. Роль электротехники и электроники в развитии автоматизации производственных процессов и систем управления. Значение электротехнической подготовки для бакалавров и инженеров неэлектротехнических направлений. Связь со ...
ния и тока Uнср Iн ср. 2. Среднюю мощность нагрузочного устройства Рн ср. 3. Амплитуду основной гармоники выпрямленного напряжения U ОСН m. 4. Коэффициент пульсаций р выпрямленного напряжения. 5. Действующее значение тока нагрузки I. 6. Полную мощность S источника питания. 7. Активную мощность Р в сопротивлении нагрузки. 8. Коэффициент мощности выпрямителя. Дано: U=40 В, ...
... Теоретические основы электротехники. Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич. и электротехнич. специальностей техникумов. М. «Высш. Школа», 1975. 496 с. с ил.3. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники Уч. Пособие для студентов неэлектрических специальностей, средн. специальных уч. Заведений изд. 3-е.-М.: «Высш. Школа», 1998. 752 с. ил.4. Китунович Ф.Г. ...
0 комментариев