Электроника и микропроцессорная техника

Схема последовательного регистра приведена на рис.2.7.

При записи информации в последовательный регистр двоичный код последовательно, разряд за разрядом, подаётся на вход. Первым подаётся старший разряд, последним -- младший. Выход триггера предыдущего разряда соединяется со входом триггера последующего разряда. Поэтому по каждому синхронизирующему импульсу информация с предыдущего разряда записывается в последующий разряд, т.е. происходит сдвиг информации.

Работа регистра (пример записи входного кода 101):

1. Исходное состояние: Q1=0, Q2=0, Q3=0.

2. Входы: T1=1, T2=0, T3=0.

3. СИ1: Q1=1, Q2=0, Q3=0.

4. Входы:T1=0, T2=Q1=1, T3=Q2=0.

5. СИ2: Q1=0, Q2=1, Q3=0.

6. Входы: T1=1, T2=Q1=0, T3=Q2=1.

7. СИ3: Q1=0, Q2=0, Q3=1.

Особенности работы регистра:

1. Запись n-разрядного кода происходит за n синхронизирующих импульсов.

2. При работе регистра происходит сдвиг информации слева направо, поэтому такой регистр называют регистром сдвига.

3. Информация с регистра может быть считана как в параллельном, так и в последовательном коде. Для снятия информации в последовательном коде необходимо подключить приёмник к выходу триггера старшего разряда и подать синхронизирующий импульс. Регистр позволяет преобразовать последовательный код в параллельный.

Существуют регистры сдвига, сдвигающие информацию слева направо, справа налево, а также реверсивные регистры, которые позволяют делать и то и другое.

2.4 Счётчики

Счётчиком называется устройство, предназначенное для подсчёта количества поданных импульсов.

Классификация счетчиков:

1. Счётчики на сложение.

2. Счётчики на вычитание.

3. Реверсивные счётчики. В соответствии с управляющим сигналом могут работать как на сложение, так и на вычитание.

Различают счётчики с модулем счёта k: , ( -- число разрядов счётчика).

2.4.1 Трёхразрядный двоичный счётчик на сложение

В каждый момент времени в разрядах счётчика записан код числа поданных импульсов.

Таблица состояний счётчика.

2.4.2 Трёхразрядный двоичный счётчик на вычитание

Таблица состояний счётчика.

При подаче импульса на вход Т+ к ранее записанному коду прибавляется 1. При подаче импульса на вход Т- из ранее записанного кода вычитается 1.

2.4.3 Десятичные счётчики

Относятся к счётчикам с модулем счёта . Различают счётчики с естественным ходом счёта и с принудительным насчётом.

Десятичный счётчик с принудительным насчётом:

За счёт обратной связи единица с триггера Т4 записывается в триггеры Т2 и Т3.

Таблица состояний счётчика.

При подаче восьмого импульса триггер Т4 устанавливается в “1”. Через обратные связи он устанавливает в “1” также триггеры Т2 и Т3. Таким образом, после восьмого импульса записывается код 1110. Девятый импульс запишет код 1111. Десятый импульс сбросит счётчик в нулевое состояние. Таким образом, счётчик считает до десяти.

2.5 Цифро - аналоговый преобразователь (цап)

ЦАП необходим при управлении технологическими процессами с помощью микропроцессорной техники, например, при управлении скоростью вращения двигателя. Предназначен для преобразования двоичного кода в непрерывно изменяющийся электрический сигнал (как правило, в напряжение).

Пусть есть 4-разрядный код: . Преобразование кода в напряжение происходит по закону:

.

В общем виде закон преобразования кода в напряжение выглядит:

, где

-- масштабный коэффициент (вес младшего разряда кода в вольтах).

-- число разрядов кода.

-- соответствующий разряд кода.

На рис.2.8 представлена зависимость .

Пример. Преобразуется код 1111, тогда

.

ЦАП на суммирующем усилителе (рис.2.9). Для суммирующего усилителя имели:

,

На каждый вход подаётся напряжение, соответствующее разряду преобразуемого кода. При этом равно E, если значение разряда кода “1”, или нулю, если значение разряда кода “0”. Пусть преобразуемый код 1111, тогда:

;

;,

т.е. получается в соответствии с законом преобразования кода в напряжение.

Для выполнения суммирующим усилителем роли ЦАП, необходимо, чтобы входные сопротивления составляли ряд R, 2R, 4R, 8R, 16R, … Старший разряд кода подаётся на вход с сопротивлением , младший разряд - на вход с наибольшим сопротивлением.

2.6 Аналого-цифровой преобразователь (ацп)

Необходим для цифровой обработки информации от аналоговых датчиков (давления, температуры и т. д.). Предназначен для преобразования непрерывно изменяющегося сигнала в двоичный код. Блок-схема АЦП представлена на рис.2.10, где

- напряжение, преобразуемое в код;

ГТИ - генератор тактовых импульсов;

CR - реверсивный счётчик;

ЦАП - преобразует код счётчика в изменяющееся напряжение ;

К - компаратор, сравнивает сигналы и .

Если , то счётчик работает на сложение, если , - на вычитание.

Рассмотрим работу АЦП в различные моменты времени:

: код счётчика

.

(суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

2. : (суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

3. : код счётчика: 0101,

(вычитание тактовых импульсов), уменьшается.

4. (суммирование тактовых импульсов), увеличивается.

5. рассмотреть самостоятельно.

Данная система является системой автоматического регулирования, которая поддерживает равенство между сигналами и (). Поскольку каждому значению соответствует свой код на входе ЦАП, то этот же код соответствует и напряжению .

Особенности АЦП:

1. ЦАП работает с некоторым запаздыванием (отрезок на рис.2.11).

2. Точность преобразования сигнала зависит от разрядности счётчика и величины масштабного коэффициента ЦАП.

2.7 Комбинационные устройства

Комбинационным называется устройство, выходная функция которого однозначно определяется сочетанием входных сигналов в данный момент времени.

Рассмотрим некоторые комбинационные устройства (дешифратор, мультиплексор, сумматор и цифровой компаратор (схема сравнения)).

2.7.1 Дешифратор

Дешифратором называется устройство, у которого каждой комбинации сигналов на входе соответствует сигнал на одном выходе или нескольких выходах. Рассмотрим дешифратор, преобразующий двоичный код в десятичный: - входы; - выходы.

Каждой комбинации входных сигналов в диапазоне соответствует сигнал на одном из выходов.

Таблица истинности

2.7.2 Мультиплексор

Мультиплексор -- это устройство, у которого выход соединяется с одним из входов в соответствии с кодом адреса.

Логическая функция мультиплексора:

.

2.7.3 Сумматор

Сумматор -- это устройство, предназначенное для суммирования двух чисел в двоичном коде. Пусть есть два четырёхразрядных кода: . При сложении двух разрядови получается сумма и возможно появление единицы переноса в следующий разряд . При этом, если , то необходимо учитывать возможность появления единицы переноса из предыдущего разряда .

Таблица истинности одноразрядного сумматора

Из одноразрядных сумматоров можно построить многорядный.

Ниже приводится условное обозначение и блок-схема трехразрядного сумматора.

2.7.4 Цифровая схема сравнения (компаратор)

Компаратор предназначен для сравнения двух кодов . Если , т.е. , то .

Компаратор можно сделать на основе сумматора, учитывая, что если , то . На рис.2.12 представлена блок-схема цифрового компаратора.

Схема реализована на сумматоре, в котором производится поразрядное сложение кодов . Если коды равны, то и . Таким образом, если , то .

2.8 Арифметико-логическое устройство (алу)

Предназначено для выполнения арифметических и логических операций над двумя -разрядными кодами и :

.

Арифметические операции: +, -, сдвиг, пересылка числа с входа на выход и др.

Логические операции: и т. д. (всего 16 логических операций).

-- код операции.

Особенности АЛУ:

Невозможность проведения операций умножения и деления.

Невозможность проведения операций над тремя и более операндами.

2.9 Микропроцессор

Предназначен для проведения математических и логических операций над операндами в соответствии с заданной программой. Блок-схема микропроцессора (рис.2.14) включает:

РОН -- регистры общего назначения (сверхоперативная память);

УУ -- устройство управления для выдачи сигналов управления по заданной программе;

БРА, БРВ -- буферные регистры для кратковременного хранения операндов.

Один из регистров РОНа -- аккумулятор. Предназначен для кратковременного хранения результатов операций.

Рассмотрим работу микропроцессора при сложении трех кодов: А+В+С.

1. БРА. Пересылка кода А в БРА.

2. БРВ. Пересылка кода В в БРВ.

3. . Сложение кодов А и В.

4. аккумулятор р. Засылка суммы в аккумулятор.

5. аккумулятор р БРА. Пересылка содержимого аккумулятора в БРА.

6. БРВ. Пересылка кода С в БРВ.

7. БРА+БРВ . Суммирование.

8. Записать в аккумулятор. Результат пересылается в аккумулятор.

2.10 Микроэвм

МикроЭВМ, кроме микропроцессора, содержит память и устройства ввода-вывода. Если с помощью микроЭВМ необходимо управлять технологическим процессом, то система должна комплектоваться датчиками, АЦП, ЦАП и исполнительными механизмами. Такая система называется микропроцессорной системой.

Упрощенная блок-схема микроЭВМ представлена на рис.2.15, где

УВвод -- устройство ввода, для ввода информации в ЭВМ: клавиатура, дискета, сканер, стример, CD-ROM и т. п.;

Порт ввода -- для подключения устройства ввода и кратковременного хранения информации;

ГТИ -- генератор тактовых импульсов. Вырабатывает систему синхронизирующих сигналов;

МП -- микропроцессор;

Память -- запоминающее устройство, предназначено для хранения информации;

ОЗУ -- оперативное запоминающее устройство (информация может обновляться);

ПЗУ -- постоянное запоминающее устройство (записывается один раз);

Порт вывода -- предназначен для подключения устройства вывода и кратковременного хранения информации;

Увыв. -- устройство вывода: монитор, принтер, дискета, плоттер, и т. д.

Размещено на Allbest.ru