Краткий обзор устройств цифровой электроники

Все элементы цифровой электроники делятся на две группы: комбинационные и последовательные.

Первичными являются элементы комбинационной логики. Базовыми элементами являются «И», «НЕ», «ИЛИ». В современном мире используется КМОП-цифровая электроника. На базовых элементах строятся следующие элементы комбинационной логики: шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, цифровые компараторы, простейшие сумматоры и др.

Для измерительных приборов с цифровым отображением информации наиболее актуальными являются мультиплексоры - демультиплексоры, например, дешифрация кода «2-10» в семисегментный код одной декады прибора.

Рис. 8. Пример дешифратора кода «2-10» в код одной декады семисегментного кода.

Мультиплексор – это прибор с несколькими входами, один из которых в зависимости от комбинационного (двоичный код) сигнала управления подключается на один выход.

Рис.9. Пример мультиплексирования цифрового сигнала.

Примечание: существуют и аналоговые мультиплексоры с аналоговыми ключами сигнала.

Демультиплексор - это прибор с одним входом, который подключается на множество выходов. Демультиплексация используется, например, при реализации динамической индикации многодекадного цифрового дисплея.

Рис.10. Реализация динамической индикации многодекадного цифрового дисплея.

Зачем использовать 4-6 дешифраторов на одну декаду? Для работы одного дешифратора на множество декад может использоваться принцип «разделения во времени» («shape of time») – динамическая индикация. Каждая декада подключается к питанию последовательно во времени по стробирующему тактовому импульсу (декады засвечиваются). По этому же импульсу на дешифратор подается код «2-10» соответствующей декады.

СЗР			СМР

Рис. 11. Принцип построения динамического идентификатора на цифровом дисплее: 0001 – на 1 – g

0000 – на 2 – с

1001 – на 3 – е и т.д.

Вывод: подключение индикаторов к питанию – функция мультиплексора. Подключение кода «2-10» к источнику всего кода является также функцией мультиплексора.

К базовым устройствам последовательной логики относятся триггеры. Строятся они на элементах «И», «ИЛИ», «НЕ». Например, простейший элемент «НЕ» представляет собой два транзистора (комплиментарных, полевых), а более сложное «НЕ» - это 4-8 транзисторов.

Для работы триггеров имеет место принцип «сохранения информации во времени».

Разновидностей триггеров множество:

- простейшие триггеры – RS;

- сложные триггеры – D;

- универсальные триггеры – jk и др.

jk-триггер можно рассматривать как ячейку памяти в 1 Бит или как сложное устройство последовательной логики – счетчики и регистры.

Рис.12.

В примитивном варианте рассмотрения и счетчики и регистры представляют собой последовательно соединенные триггеры, например, четырехразрядный счетчик или регистр – это четыре последовательно соединенных триггера. Специфику работы определят тип задействованных триггеров и наличие схем управления с использованием различных логических устройств.

Счетчики в простейшем случае предназначены для последовательного перевода тактовых импульсов в параллельный код «2-10».

Рис.13. Простейший вариант управления счетчиком.

Работу счетчика можно рассматривать как деление частоты:

Регистры в примитивном варианте рассмотрения можно представить как последовательность ячеек памяти для хранения параллельного кода. Например, микросхема SRAMM представляет собой матрицу ячеек памяти (см. рис.14).

Рис.14. Матрица ячеек памяти.

В любом процессоре, контроллере, микроконтроллере имеют место и счетчики и регистры. Регистры в отличие от счетчиков можно использовать не для последовательного перебора всех операций, а для операции сдвига. Операция сдвига более быстрая, чем последовательный перебор (аналогия со стэком). Они используются в картах оперативной памяти при выборе нужной ячейки в матрице (ОЗУ).

Дата добавления: 2014-01-04