Fundamentele circuitelor
câte cipuri multiplexer din seria standard. În seria domestică, multiplexoarele au un cod de tip de microcircuit KP. Pe diagrame, microcircuitele multiplexor sunt notate cu literele MS.
Orez. 16. Exemple de cipuri multiplexer
Pentru multiplexoarele produse sub formă de circuite integrate, numărul de intrări de informații nu depășește șaisprezece. Mai multe intrări sunt furnizate prin scalare. Pe fig. 17, a) prezintă simbolul multiplexorului K155KP1 pentru 16 intrări. Pe fig. 17b) prezintă un circuit multiplexor cu 32 de intrări construit pe două microcircuite K155KP1.
Orez. 17. Multiplexor K155KP1 a) și multiplexor b)
În cursul multor operații de calcul, este necesar să se schimbe configurația dată a codului binar cu una sau mai multe cifre. De obicei, acest lucru se face folosind registre de deplasare. În acest caz, pentru un ciclu există o deplasare cu un bit. Dezavantajul procedurii este necesitatea de a-și controla cursul pentru a încărca mai întâi configurația în registrul de deplasare și apoi a o deplasa cu un anumit număr de biți.
Aceeași operațiune este implementată fără ajutorul controlului ciclic, dacă folosim circuitul multiplexoarelor (Fig. 18). Un astfel de registru de deplasare este numit și registru de deplasare combinațional sau asincron.
Fig.18. Registrul de deplasare asincron pe multiplexoare
Tabelul 3. Tabelul de adevăr al registrului de deplasare asincron
Pentru a nu pierde biții înalți, circuite identice sunt conectate în serie conform modelului din Fig. 19. În exemplul nostru cu N = 4, metoda descrisă vă permite să mutați numărul X cu maximum trei cifre fără a pierde informațiile care apar în acest caz la ieșirile de la y 3 la y 7 .
Orez. 19. Extinderea asincronuluiRegistrul de deplasare
Schema din fig. 19 poate fi convertit cu ușurință într-un registru de deplasare inel dacă intrările de extensie c to sunt conectate la intrările x 1 la x 3 așa cum se arată în fig. 20.
Orez. 20. Registrul de deplasare a inelului asincron
Comparatoarele sunt circuite pentru compararea a două numere. Cele mai importante criterii de comparație sunt condițiile A = B , A > B și A B . În primul rând, avem nevoie de comparatori care pot stabili egalitatea unei perechi de numere binare. Criteriul pentru egalitatea a două numere este coincidența pe biți a acestor numere. La ieșirea comparatorului, ar trebui să apară o unitate logică dacă perechea de numere este egală, iar un zero logic în caz contrar. În cea mai simplă situație, se compară numere de o cifră. Apoi elementul logic XOR-NOT poate servi drept comparator. Două numere sunt comparate bit cu bit folosind circuite XOR-NOT, iar ieșirile lor sunt combinate printr-un circuit logic AND (Fig. 21).
Orez. 21. Comparator de egalitate a două numere
Comparatorii care pot determina nu numai egalitatea numerelor, ci și cel mai mare dintre ele, sunt considerați universali. Astfel de circuite se numesc comparatoare de magnitudine. Pentru a compara numerele după mărime, trebuie să știți cum sunt codificate. Mai departe, vom pleca de la faptul că numerele sunt reprezentate în dublu
în cod binar, prin urmare: În cel mai simplu caz, se compară două numere binare de un bit.
La compilarea funcţiilor logice se va proceda de la tabelul de adevăr (Tabelul 4), din care urmează direct circuitul prezentat în Fig. 1. 22.
Tabelul 4. Tabelul de adevăr al unui comparator de un bit pentru compararea numerelor după mărime
Orez. 22. Comparator pe un bit pentru compararea numerelor după mărime
Codul de tip al microcircuitului comparator de cod în seria domestică este SP. Pe diagrame, comparatoare de codsunt notate cu două simboluri egale: "==". Un exemplu de astfel de microcircuit este SP1 - un comparator de cod pe 4 biți care compară valorile codurilor și oferă informații despre codul care este mai mare sau despre egalitatea codurilor (Fig. 23).
Orez. 23. comparator de biți al codurilor SP1 (două variante de desemnare)
În plus față de opt intrări pentru codurile comparate (două coduri de biți, notate cu A0. A3 și B0. B3), comparatorul SP1 are trei intrări de control pentru creșterea adâncimii de biți (A> B, A B, A "," A și B, sunt posibile următoarele cazuri:
0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1+ 1 = 10.
Dacă A și B sunt amândoi 1, rezultatul adunării apare și în următorul bit cel mai înalt, astfel încât sumatorul trebuie să aibă două ieșiri: una pentru suma componentelor din acel bit și una pentru transportarea la următorul bit. Pentru a construi un tabel de adevăr, să notăm numerele A și B cu variabilele logice a 0 și b 0 . Componenta de purtare se notează cu variabila c 1 iar suma cu variabila s 0 .
Compunând forma normală disjunctivă, se obține funcții booleene: c 1 = a 0 b 0
și Astfel, semnalul de transport este implementat de circuitul logic AND și suma
– circuit logic SAU exclusiv. Un circuit care implementează ambele funcții se numește semisumator (Fig. 24). Tabelul de adevăr al semisumătorului este prezentat în Tabelul 5.
Orez. 24 - Circuitul semi-adunator
Tabelul 5. Tabelul de adevăr al semisumătorului
Când se adaugă numere binare pe mai mulți biți, jumătatea sumatorului poate gestiona doar biții mai puțin semnificativi. În toate celelalte cifre, este necesar să adăugați nu doi, ci trei biți, deoarece se adaugă o purtare de la cea mai apropiată cifră inferioară. Astfel, în general, fiecare bit necesită un circuit logic cu trei intrări a i , b i și c i și două ieșiri s i și c i +1 .O astfel de schemă
numit sumator complet, implementat folosind două semi-asumătoare (Fig. 25); tabelul de adevăr al sumatorului complet este prezentat în tabel. 6.
Orez. 25. Adder complet;
Tabelul 6. Tabelul de adevăr complet al sumătorului
Când se adaugă numere binare pe mai mulți biți, este necesar un adunator complet pentru fiecare bit. În bitul cel mai puțin semnificativ, o jumătate de sumatori este suficient. Pe fig. 26 prezintă un circuit pentru adăugarea unei perechi de numere A și B. Circuite similare sunt disponibile în design integrat. Un agregator complet este, de asemenea, utilizat în ele pentru bitul cel mai puțin semnificativ, ceea ce vă permite să creșteți în mod arbitrar circuitul.
Orez. 26. adaos cu purtare secvenţială
Logica de transfer paralel
Adunatorul prezentat în fig. 3 efectuează operații de calcul mult mai lungi decât cascadele sale, deoarece transportul c 4 este capabil să ia o valoare de încredere numai după ce apare pe c 3 . Acest lucru este valabil și pentru pre-
Scăderea a două numere se reduce la adunare, deoarece
La reprezentarea numerelor într-un cod suplimentar pentru o lungime de cuvânt dată N, are loc o relație simplă: – B N = B 2 N ,
de unde diferenţa D N = A N + B 2 N .
Prin urmare, pentru a calcula diferența, este necesar să se formeze un cod suplimentar B N și să-l adauge la A N . Pentru a face acest lucru, este necesar să inversați toți biții B N (efectuați adăugarea pe biți) și să adăugați unul. Adăugarea lui A N și a unuia poate fi efectuată de același sumator folosind intrarea de transport. Apoi obținem circuitul prezentat în Fig. 27. Pentru a obține diferența D N în codul suplimentar corect, numerele A N și B N trebuie să fie în același format, adică cel mai semnificativ bit de numere pozitive trebuie să fie 0.
Orez. 27. Scăderea complementului a doi D = A– B
În diagrame, sumatorii sunt notați cu literele SM. În seria domestică, codul care denotă cip-ul de adunare este IM. Sumatoarele sunt formate din o singură cifră (pentru însumarea a două numere dintr-o singură cifră), biți (sumarea numerelor de biți) și biți (sumarea numerelor de biți). Cel mai adesea, se folosesc viperă. Pe fig. 28 prezintă, de exemplu, adaoare. Cipul IM6 diferă de IM3 doar prin viteza crescută și numărul de pini de microcircuit utilizați, funcția este aceeași.
Pe lângă biții de ieșire ai sumei și ai ieșirii transferului, sumatorii au o intrare de extensie C (un alt nume este intrarea de transfer) pentru combinarea mai multor sumatori pentru a crește capacitatea. Dacă vine această intrare
unu, atunci suma ieșirii este mărită cu unu, dacă vine zero, atunci suma ieșirii nu crește. Dacă se folosește un cip de adunare, atunci zero trebuie aplicat intrării sale de extensie C. Pentru un sumator pe doi biți, codul de ieșire (P, S1, S0) este egal cu suma codurilor de intrare pe 2 biți (A1, A0) și (B1, B0), precum și cu semnalul C. Zero biți sunt cei de jos, primii biți sunt cei mai înalți.
Orez. 28. Exemple de cipuri de adunare
De asemenea, sumatorii pot fi utilizați pentru a adăuga numere în logică negativă (atunci când un zero electric corespunde unei unități logice și invers, o unitate electrică corespunde unui zero logic). Dar, în acest caz, semnalul de intrare C devine, de asemenea, inversat, așa că atunci când se folosește un singur cip de adunare, la intrarea C trebuie aplicată o unitate electrică (nivel de înaltă tensiune). Semnalul de ieșire de transfer P devine și invers, un nivel scăzut de tensiune pe acesta (zero electric) corespunde prezenței transferului. Adică, sumatorul funcționează exact în același mod ca și culogica pozitiva si negativa.
Chips-uri de convertoare de cod (convertor englez) sunt folosite pentru a converti codurile binare de intrare în cele de ieșire și invers - codurile de intrare în codurile binare de ieșire. Ele sunt rareori utilizate, deoarece utilizarea codurilor este destul de limitată, de exemplu, schemele de afișare zecimală cu mai multe cifre. Conversia BCD în binar este și mai rară. Pe diagrame, microcircuitele convertor sunt indicate prin literele X / Y. În seriile interne, convertoarele sunt desemnate PR.
Seria standard include două cipuri de conversie a codului: PR6 pentru conversia codului în binar și PR7 pentru conversia codului binar în (Fig. 29). Ambele microcircuite au ieșiri OK. Ambele microcircuite au, de asemenea, o intrare de activare a ieșirii atunci când este necesar.
nivelul din stânga la care toate ieșirile sunt active, iar la un singur nivel trec în starea unuia.
Orez. 29. Chip-uri ale convertoarelor de cod
Vibratoare și generatoare simple
Vibratoarele și generatoarele unice nu pot fi atribuite microcircuitelor combinate. Ele ocupă o poziție intermediară între microcircuite combinaționale și microcircuite cu memorie internă. Semnalele lor de ieșire nu sunt determinate în mod unic de semnalele de intrare, ca în cazul microcircuitelor combinate. Dar, în același timp, nu stochează informații pentru o lungă perioadă de timp.
Vibratoarele unice („multivibratoare în așteptare”, denumirea engleză „Monostable Multivibrator”) sunt microcircuite care, ca răspuns la un semnal de intrare (nivel logic sau margine), formează un impuls de ieșire cu o durată dată. Durata este determinată de rezistențele și condensatorii externi de sincronizare. Adică, putem presupune că vibratoarele individuale au o memorie internă, dar această memorie stochează informații despre semnalul de intrare pentru un timp strict specificat,si apoi informatia dispare. În diagrame, vibratoarele unice sunt notate cu literele G1.
Seria standard de microcircuite include vibratoare unice de două tipuri principale (denumirea internă a funcției de microcircuit este AG):
Vibratoare simple fără repornire (AG1 -
singur, AG4 - doi în caz);
Vibratoare simple cu repornire (AG3 -
Diferența dintre aceste două tipuri este ilustrată în Fig. 30. Un singur vibrator fără repornire nu răspunde la un semnal de intrare până la sfârșitul impulsului său de ieșire. O singură lovitură repornibilă pornește un nou timp de așteptare T cu fiecare nou semnal de intrare, indiferent dacă timpul de așteptare anterior a expirat. În cazul în care perioada de repetare a semnalelor de intrare este mai mică decât timpul de expunere T, impulsul de ieșire al one-shot cu repornire nu este întrerupt. Dacă perioada de repetare a impulsurilor de declanșare de intrare este mai mare decât timpul de expunere a one-shot T, atunci ambele tipuri de one-shot funcționează în același mod.
Orez. 30. Principiul de funcționare a vibratoarelor simple fără repornire și cu repornire
Pe fig. 31 prezintă denumirile așchiilor vibratoarelor individuale din seria standard. Chipurile AG3 și AG4 diferă unul de celălalt doar prin faptul că AG3 funcționează cu o repornire, iar AG4 nu repornește.
Orez. 31. Microcircuite ale vibratoarelor simple
Microcircuitele au intrări de declanșare combinate prin AND și SAU, ieșiri directe și inverse, precum și ieșiri pentru conectarea circuitelor de temporizare externe (rezistoare și condensatoare). Funcționarea tuturor vibratoarelor individuale este începută de-a lungul marginii semnalului de intrare rezultat. Logica utilizată de combinare a intrărilor microcircuitelor vă permite să porniți toate vibratoarele individuale atât pe marginea pozitivă, cât și pe cea negativă a semnalului de intrare (Fig. 32 și 33).
Orez. 32. Opțiuni pentru pornirea unui singur vibrator AG1
Peintrări neutilizate în acest caz, este necesar să se dea semnale de un zero logic sau o unitate logică. De asemenea, puteți utiliza intrările rămase pentru a activa sau dezactiva un declanșator de intrare.
Orez. 33. Opțiuni pentru lansarea vibratoarelor unice AG3 și AG4