Аралас сандық қондырғылар

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
1 Негізгі бөлім.Сандық қондырғылар туралы жалпы түсінік
1.1. Сандық қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
1.2. Сандық қондырғылар функциялары.Негізгі функциялары ... ... ... ... .10
2 Бөлім. Комбинациялық сандық қондырғылар
2.1.Жадылық құрылғылардың басты параметрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
2.2.Аралас сандық қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27

Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28

Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29

КІРІСПЕ

Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе – қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады.
Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі. Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі қарастырылып отырған жүйе аналогтық (үздіксіз) сигналдармен (сүзгілер, күшейткіштер, күштік электрондық құрылғылар) және цифрлық сигналдармен (микропроцессор, компьютер) жұмыс істейтін электрондық құрылғылардан,сондай-ақ.
Сандық құрылғылар түсінігі қазір күнделікті өмірде жиі кездеседі; олар радиоқабылдағыштар, компьютерлер,теледидар,компьютерлер,олардың бәрі де микросхемалардан тұрады. Сандық құрылғылардын сипаттамалары оларды құратын элементтердің көрсеткіштерімен анықталады.
Электрониканың қазіргі кездегі рөлі микропроцессорлық техниканы, компьютерлік технологияны қолдануда, ақпараттықсигналдарды өндеуде жәнеэлектр энаргиясын түрлендіруге арналған күштік шалаөткізгіш аспаптарды пайдалануда өте күшейіп отыр

Пайдалынылған әдебиеттер:

1.- Ғ. Айғараева, Қ. Асанов, Н. Нысанов «Сандық қондырғылар және микропроцессорлық жүйелкр» 55-71 бет, 44-47 бет.

2.- Ғ. Айғараева «Радиоэлектроника» 116-119 бет.

3.- «Цифровые устройства и микропроцессоры» К. Асанавғ Н. Нысанов 23- 27бет.
1.
4.-Шило В. Л. Популярные цифровые микрохемы: справочник. – м.: Радио и связьВычислительные машины, системы и сети: Учебник/А.П. Пятибратов, С.Н.
Беляев, Г.М. Козырева и др.; Под ред. проф. А.П. Пятибратова. - М.:
Финансы и статистика, 1991. - 400 с.
2. Черняк Н.Г. и др. Архитектура вычислительных систем и сетей: Учеб.
пособие / Н.Г. Черняк, И.Н. Буравцева, Н.М. Пушкина. - 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1986. - 318 с.
3. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя, 2-е изд., перераб и доп. - М.:
Финансы и статистика, Компьютер Пресс, 1991. - 288 с.
4. Вычислительные машины, системы и сети: Учебник/А.П. Пятибратов, С.Н.
Беляев, Г.М. Козырева и др.; Под ред. проф. А.П. Пятибратова. - М.:
Финансы и статистика, 1991. - 400 с.
5. Овечкин Ю.А. Микроэлектроника: Учебник для техникумов. - М.: Радио и
связь, 1982 - 288 с.
6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб. пособие
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1995. -
552 с.
7. Микропроцессоры: Учеб. Пособие В 5 кн./под ред. В.А. Шахнова. кн. 3
Организация микропроцессорных систем/ О.Е. Вершинин. - М.: Высш. шк.,
1988. - 144 с.

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 27 бет
Таңдаулыға:

Экономика және ақпараттық технологиялар колледжі.

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Тақырып:Аралас сандық қондырғылар

Орындаған: 9-522 топ студенті
Мирзаев Т.М

Тексерген: Арнайы пән оқытушысы
Кудайбергенов М.Ф

Орал - 2014
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1 Негізгі бөлім.Сандық қондырғылар туралы жалпы түсінік
1.1. Сандық қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
1.2. Сандық қондырғылар функциялары.Негізгі функциялары ... ... ... ... .10
2 Бөлім. Комбинациялық сандық қондырғылар
2.1.Жадылық құрылғылардың басты параметрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..22
2.2.Аралас сандық қондырғылар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .27

Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28

Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29

КІРІСПЕ

Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе - қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады.
Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі. Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі қарастырылып отырған жүйе аналогтық (үздіксіз) сигналдармен (сүзгілер, күшейткіштер, күштік электрондық құрылғылар) және цифрлық сигналдармен (микропроцессор, компьютер) жұмыс істейтін электрондық құрылғылардан,сондай-ақ.
Сандық құрылғылар түсінігі қазір күнделікті өмірде жиі кездеседі; олар радиоқабылдағыштар, компьютерлер,теледидар,компьютерлер ,олардың бәрі де микросхемалардан тұрады. Сандық құрылғылардын сипаттамалары оларды құратын элементтердің көрсеткіштерімен анықталады.
Электрониканың қазіргі кездегі рөлі микропроцессорлық техниканы, компьютерлік технологияны қолдануда, ақпараттықсигналдарды өндеуде жәнеэлектр энаргиясын түрлендіруге арналған күштік шалаөткізгіш аспаптарды пайдалануда өте күшейіп отыр

1 Бөлім.Сандық қондырғылар туралы жалпы түсінік.
1.2 Сандық қондырғылар

Сандық өлшеушінің құрылғының (ЦӨҚ) - өлшет- тәсілінің, өлшеушінің ақпаратының белгілерін цифрлық пішінде автоматша шығамын. цифрлық өлшеушінің аспабында артықшылықтың қатары алдым аналогты аспаптармен : өлшет- аумақтың мағынасының отсчитывания жайлылығы, өлшет- үдерісінің толық автоматтандыруының мүмкіндігі, тірке- өлшет- нәтижесінің мен көмек цифропечатающих құрылым және перфораторды иеленеді. Неғұрлым өлшет- нәтижесі ара ЦӨА цифрлық кодта білдір-, өлшеушінің ақпаратының цифрлық эвм деген кіргізу болады. Ара ЦӨА толассыз өлшет- аумақтың өзгерісі цифрлық кодқа болып жатады. Осы үдеріс мен көмек өлшеушінің ақпаратының белгісі дискретизацияға, квантталуға және кодалауға душар бол- аналогты-цифрлық түрлендіргіштің(АЦТ) жүзеге асатын. Дискретизация,өлшеушінің ақпаратының толассыз белгісінің өзгерісінің үдерісі дискреттіге, как ша уақыт, олай және ша деңгейге жүзеге асу біледі. Дискретизация уақытқа уақыттың тағайындалған кездеріне өз жолымен X(t) белгісінің есебімен - орындалады. Ақырында, өлшеушінің ақпаратының белгісінен ғана жеке мағынаның құрамы сақталады. Уақыттың арасын дискретизацияның екі кезінің арасында дискретизацияның адымының атайды. Әншейін есептер кездері уақыттың кіндігінде біркелкі шығады, е т. дискретизацияның адымы түпкілікті.
Өлшеушінің белгісінің мағынасының дискретизациясы деңгейге квантталудың атауын тасиды. Квантталудың операциясы, не толассыз ша уақытқа және амплитуде аумақ ең жақын тіркелген мағынамен ша дискретті деңгейдің тағайынды шәкіліне ана деген түйіледі жаңартылады. Осы дискретті(адал) деңгейлер мен көмек шаралардың ша тағайынды заңға білімді. Айырымды екі адал деңгейлердің арасында квантталудың ара қашықтығының(адыммен немесе сатымен) атайды. Квантталудың ара қашықтығы мүмкін түпкілікті, және де ауысымды. Өлшеушінің белгісінің мезгілдіктің дискретизациясында мағына имеет, қашан оның аумағы уақытта өзгереді. Өлшеушінің белгісі түпкілікті, жасау баршылық квантталу. Айрықша уақиғамен уақыттың(мезгілдіктің ара қашықтығының) өлшет- болып табылады. Дискретизацияның үдерісі мында мағынаны жоғалтады, қарамастан және өзінің уақытының квантталуы жүзеге асады. Өлшеушінің белгісінің келесі өзгерісімен, кодалау болып табылады. Цифрлық кодпен тағайынды заңға бағын- цифрдың немесе белгінің тізбектілігі аталатын, мен көмек нешінші аумақтың сандық мағынасының шартты тамашасы жүзеге асады

1.3. Сандық қондырғылардың логикалық функциялары
Негізгі функциялары

Цифрлық қондырғылардың кірістері мен шығыстарындағы кернеу мәндері логикалық 0 немесе логикалық 1 деп аталатын екі түрлі деңгейде болады. Логикалық құрылғылардың бұл ерекшелігі оларды жобалау үшін немесе осындай дайын құрылғылардың жұмысын талдау үшін логика алгебрасының (немесе Буль алгебрасының) қағидаларын пайдалануға мүмкіндік береді.
Цифрлық құрылғылардың атқарар қызметі сәйкесті логикалық функциялар арқылы сипатталады. Күрделілігі әртүрлі кез келген логикалық функцияны негізгі логикалық функциялар деп аталатын үш функция арқылы суреттеуге болады, олар - ЕМЕС, НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ функциялары. Олардың атқарар қызметін кесте түрінде (ол ақиқаттық кестесі деп аталады) немесе сәйкесті логикалық өрнек арқылы суреттеуге болады.
ЕМЕС функциясы - аргументіне қарсы мәнді шығаратын, бір аргументті функция ,сондықтан бұл функция инверсия (inversion - терістеу) деп те аталады. Оның аргументі Х деп белгіленген болса, онда бұл функция Y= өрнегімен суреттеледі.

Х1

0
1
1
0

НЕМЕСЕ функциясы - аргументтерінің барлығы да 0 кезінде ғана 0 шығаратын, ал қалған жағдайда (яғни, аргументтерінің кем дегенде біреуінің мәні 1 болғанда) 1 шығаратын, бірнеше аргументті функция.Бұл функция дизъюнкция (disjunction) немесе логикалық қосу (logical addition) деп те атала береді. Оның логикалық өрнегі Х1Х0 түрінде суреттеледі.

Х1
Х0
Х1Х0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

ЖӘНЕ функциясы - аргументтерінің барлығы да 1 кезінде ғана 1 шығаратын, ал қалған жағдайда (яғни, аргументтерінің кем дегенде біреуінің мәні 0 болғанда) 0 шығаратын бірнеше аргументті функция. Бұл функция конъюнкция (conjunction) немесе логикалық көбейту (logical multiplication) деп те атала береді. Оның логикалық өрнегі Х1Х0 (немесе Х1Х0) түрінде суреттеледі.

Х1
Х0
Х1Х0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1

Суреттелген ЕМЕС, НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ функциялары арқылы кез келген күрделі функцияны суреттеуге болады, сондықтан, олар логикалық функциялардың түпнегіздік жинағын (core set) құрады.
Әмбебап функциялар.Қарастырылған үш функциядан басқа, әмбебап функциялар деп аталатын екі функция бар, олар - НЕМЕСЕ-ЕМЕС және ЖӘНЕ-ЕМЕС функциялары. НЕМЕСЕ-ЕМЕС функциясы Пирс функциясы деп, ал ЖӘНЕ-ЕМЕС фукциясы Шеффер функциясы деп те атала береді. Олардың сәйкесті логикалық өрнектері және түрінде суреттеледі, ал атқарар қызметі кестеде келтірілген.

Х1
Х0

0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0

Соңғы қарастырылған екі функцияның әрбіреуінің жеке өзі-ақ түпнегіздік жинақ құрады, яғни олардың негізінде кез келген күрделі логикалық функция құруға болады.
Теңдік және теңсіздік функциялары.Ерекше қызметтерге пайдаланылатын тағы екі функцияны қарастыра кетелік, олар - теңдік (немесе арифметикалық қосу) функциясы мен теңсіздік функциясы. Олардың сәйкесті логикалық өрнектері және түрінде суреттеледі, ал атқарар қызметі кестеде келтірілген.

Х1
Х0

0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1

Цифрлық қондырғылардың схемаларын құру барысында оларды суреттеуші логикалық фунцияларды әртүрлі мақсатқа сай (мысалы, оларды қарапайым түрге келтіру үшін) түрлендіру қажет болады. Бұндай түрлендірімдер логика алгебрасының заңдары мен осы заңдардың жеке жағдайларға тікелей пайдалануға ыңғайландырып шығарылған заңдылықтарының негізінде жүргізіледі.

Заңдар
Коммутативтік (commutativity) немесе алмастырылым заңы
Х1Х0 = Х0Х1
Х1Х0 = Х0Х1
Ассоциативтік (associativity) немесе біріктірілім заңы
Х2(Х1Х0) = (Х2Х1)Х0
Х2 (Х1Х0) = (Х2Х1)Х0
Дистрибутивтік (distributivity) немесе таратылым заңы
Х2Х1Х1Х0 = Х1(Х2Х0)
(Х2Х1)(Х1Х0) = Х1(Х2Х0)
де Морган заңы

Заңдылықтар
X0 = X
X0 = 0
X1 = 1
X1 = X
XX = X
XX = X
X = 1
X = 0
X1X1X0 = X1
X1(X1X0) = X1
X1X0 = X1X0
X1(X0) = X1X0

Бұл заңдар мен заңдылықтар - симметриялы,яғни олардың дизъюнкциялық және конъюнкциялық түрлері болады. Бұл заңдардың кейбірі дәстүрлі алгебрада қалыптасқан заңдар, сондықтан олардың дұрыстығы күмән тудырмайды, ал дәстүрлі алгебраға тән емес, жаңа заңдар мен заңдылықтардың дұрыстығына көз жеткізу (яғни, оларды дәлелдеу) аргументтерінің орындарына олардың сәйкесті мәндерін (0 мен 1) қойып тексеру арқылы жүзеге асырылады.
Күрделі функциялар.Күрделі цифрлық құрылғылардың жұмысы әрине, қарапайым функцияларды нақтылы тәртіппен біріктіру арқылы көрсетілген күрделі функциялармен суреттеледі. Олар да қарапайым функциялар сияқты кесте түрінде немесе сәйкесті логикалық өрнек арқылы суреттеледі. Құрылғының жұмысын сипаттаушы логикалық өрнек арқылы оның схемасы құрылады. Демек, функция жазылымы күрделі болған сайын, оның схемасы да күрделі болады. Сондықтан, оларды мүмкіндігінше қарапайымдылау түрге келтіруге тырысу керек болады. Енді осы мәселелерді толығырақ қарастыруға кіріселік.
Цифрлық құрылғының жұмысы көптеген жағдайда кесте түрінде беріледі. Әрине, оның мәтін түріндегі түсіндірме арқылы да берілуі мүмкін, бұндай жағдайда берілген түсіндірмені кесте түріндегі суреттемеге айналдыру керек болады. Сонымен, әңгімені кестеден басталық, ал құрылғы қызметінің түсіндірме арқылы берілу жағдайы кейінірек қарастырылады. Кесте түрінде сүреттелген функцияның логикалық өрнегін жазудың екі түрлі жолы (тәсілі) бар:
- көбейтінділердің қосылымы түрінде, яғни алдымен ЖӘНЕ функцияларын пайдаланып, сосын олардың нәтижесін НЕМЕСЕ функциясымен біріктіру арқылы жазу;
- қосындылардың көбейтілімі түрінде, яғни алдымен НЕМЕСЕ функцияларын пайдаланып, сосын олардың нәтижесін ЖӘНЕ функциясымен біріктіру арқылы жазу.

X2
X1
X0
Y
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1

Бірінші тәсіл келесі тәртіппен жүзеге асырылады:
- функцияның (Y) 1 мәнін қабылдайтын аргумент жинақтарының логикалық көбейтінділері
жазылады;
- алдыңғы айтылған логикалық көбейтінділерді жазу кезінде 1 мәніндегі аргументтер тура түрінде алынады да, 0 мәніндегі аргументтер теріс түрінде алынады (бұндай жазылымдар конъюнктивті термдер деп аталады);
- жазылған конъюнктивті термдер логикалық қосу функциясы арқылы біріктіріледі.
Кесте түрінде берілген үш аргументті функцияның айтылған тәсілмен жазылған логикалық өрнегі:
Енді логикалық өрнектің жазылымының екінші тәсілін қарастыралық, ол келесі тәртіппен жүзеге асырылады:
- функцияның 0 мәнін қабылдайтын аргумент жинақтарының логикалық қосындылары жазылады;
- логикалық қосындыларды жазу кезінде 0 мәніндегі аргументтер тура түрінде алынады да, 1 мәніндегі аргументтер теріс түрінде алынады (бұндай жазылымдар диъюнктивті термдер деп аталады);
- жазылған диъюнктивті термдер логикалық көбейту функциясы арқылы біріктіріледі
Қиыстырма құрылғылар.Шығыс сигналы (немесе сигналдары) тек қана кіріс сигналдарының кезекті мәндеріне тәуелді болатын құрылғылар қиыстырма құрылғылар деп аталады. Бұндай құрылғылардың қарапайым түріне логикалық элементтер жатады.
Логикалық элементтер.Логикалық элементтер - логикалық функцияларды жүзеге асыруға арналған құрылғылар.Бұрын қарастырылған қарапайым функцияларды жүзеге асырушы сәйкесті логикалық элементтердің шартты сызба белгілемелері келтірілген.
Логикалық элементтердің тез әрекеттілігі.Логикалық элементтердің тез әрекеттілігі олардың бір жағдайынан екінші жағдайына ауысу жылдамдығымен анықталады. ЕМЕС (NOT) элементі арқылы өзгерелі сигналдардың өту нәтижесі көрсетілген.
Бұнда шығыс сигналының өзгерісінің кіріс сигналының өзгерісінен нақтылы уақытқа кідіретіндігі айқын көрініп тұр. Біздің Electronics Workbench моделдеу жүйесінде жүргізген өлшеміміз бойынша ондағы ЕМЕС элементіндегі сигнал кідірісі 10 ns шамасында болады. Әрине, статикалық (яғни, белгілі уақыт аралығында тиянақты мәнін сақтайтын) сигналдармен істейтін құрылғылардың жұмысына бұндай кідірістің байқарлықтай әсері болмайды. Бірақ кейбір жағдайларда (мысалы, тізбектеме құрылғыларда) бұндай кідірістің құрылғының жұмысына байқарлықтай әсер етуі мүмкін. Кідіріс әрекетін суреттеу мақсатында екі ЕМЕС элементінің кірістеріне қатар берілген екі сигналдың осы элементтер арқылы алынған логикалық қосындысын қарастыралық. Схемада көрсетілгендей, бір сигнал екінші элементтің кірісіне екі ЕМЕС элементі арқылы берілген. Идеалды жағдайда (яғни, ЕМЕС элементтерінде ешқандай кідірістің болмауы кезінде) екі элементтің шығыстарындағы сигнал бірдей болар еді. Бұл диаграмма статикалық сигналдарды бақылауға арналған Electronics Workbench моделдеу жүйесіндегі Logic Analyzer аталымды арнайы аспап арқылы алынған. Сезімтал осциллограф арқылы алынған диаграммада екінші элементтің бір кірісіне сигналдың екі ЕМЕС элементінен өтуге кеткен 20 ns кідірісінің әсерінен осы элементтің шығысындағы сигнал құрамына бөгде теріс импульстің қосылғанын көреміз. Сигнал құрамындағы бұндай бөгде импульс осы сигналдың түсетін құрылғысының бағдарланған жұмысын бүлдіруі мүмкін, сондықтан бұндай жағдайдың болмауын қамтамасыз ету керек. Элементтегі сигнал кідірісін ұтымды пайдалануға да болады. Мысалы, түймежинамның жеке түймесі арқылы өте қысқа (ұзақтығы 10 ns шамасындағы) жазу сигналын алу үшін көрсетілген екі элемент арқылы құрылған схеманы пайдалануға болады.
Қиыстырма құрылғыларды құру тәртібі.Қиыстырма құрылғыларды құру келесі тәртіппен жүргізіледі:
- құрылғының сөз-сөйлем түріндегі түсіндірмесінің негізінде оның ақиқаттық кестесі құрылады;
- құрылған кестедегі деректер негізінде құрылғының жұмысын суреттеуші логикалық өрнек жазылады;
- қажетті жағдайда алынған логикалық өрнек минимизацияланады;
- алынған өрнек құрылғыны құруға бағдарланған түпнегіздік жинаққа (core set) сай түрлендіріледі;
- ақырғы алынған өрнек негізінде түпнегіздік жинақтың элементтері арқылы құрылғының схемасы құрылады.
Құрылғыны құру тәртібінің бастапқы үш кезеңі бұрын қарастырылған болатын, сондықтан сонда алынған өрнек негізінде негізгі элементтер жинағының элементтері (ЕМЕС, НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ) арқылы құрылғының схемасын құрамыз (1.9, a-сурет).
Көптеген жағдайда құрылғының схемасын ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтері-нің негізінде құру қажет болады. Бұндай жағдайда өрнек де Морган заңын пайдалану арқылы түрлендіріледі.

2 Бөлім. Комбинациялық сандық қондырғылар
2.2.Аралас сандық қондырғылары

Күрделі цифрлық құрылғылар әдетте, қалыпты қызмет атқарушы, жеке түрде құрылған қалыпты қызмет түйіндері арқылы құрылады. Цифрлық құрылғылардың қызмет буындары жалпы түрде: қиыстырма және тізбектеме түрлеріне бөлінеді. Осы тарауда қиыстырма түріндегі қалыпты қызмет буындарының (шифратор, дешифратор, мультиплексор, демультиплексор) құрылым принциптері мен жұмыс тәртібі қарастырылады.
Шифраторлар.Шифратор (Coder) - сигналға сәйкесті код қалыптастырушы құрылғы. Мысал ретінде сегіз кірісті (X7 ... X0) шифратордың схемасын құру жолын қарастыралық. Кіріс саны сегіз болғандықтан, ол үшразрядты код (C2 ... C0, CODE) қалыптастыру керек және кодтың қалыптасқанын жеке сигнал (O, OUT) арқылы құптауы керек (бұл сигнал қалыптасқан кодты қажетті жады буферіне жазып алуға пайдаланылады). Үлкен құрылымның құрамындағы жеке қызмет буындары әдетте, кезекпен істейді, бұл олардың іске қосу кірісіне сәйкесті деңгейлі сигнал жіберілуі арқылы жүзеге асырылады. Осындай іске қосу кірісі (I, IN) біздің құрастыратын шифраторда да ескерілгені дұрыс. Тағы бір ескеретін мәселе: қалыпты қызмет буындарының іске қосу кірісі мен құптау шығысындағы сигналдың жандандыру деңгейі төменгі (0) мәнінде алынады. Шифратордың информациялық кірістеріне түсетін сигналдардың да жандандыру деңгейі төменгі (0) мәнінде болғаны бұндай құрылғыны іс жүзінде құруға ыңғайлы болады. Шифратордың келтірілген түсіндірме суреттемесі оның ақиқаттық кестесін құруға толық мәлімет береді, келтірілген түсіндірме мәліметтерінің негізінде сол кестені құралық.

I
Xi
C2
C1
C0
O
0
0
0
0
0
0

1
0
0
1
0

2
0
1
0
0

3
0
1
1
0

4
1
0
0
0

5
1
0
1
0

6
1
1
0
0

7
1
1
1
0
1
x
0
0
0
1

Бұл өрнектер алдымен НЕМЕСЕ функциялары арқылы жазылып, сосын де Морган заңын пайдалану арқылы ЖӘНЕ-ЕМЕС функциясымен суреттелген түріне түрлендірілді; оған тағы бір себеп - ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтерінің олардың ішкі құрылымына байланысты тез әрекеттілігі басқа элементтермен салыстырғанда жоғары болады.
Шифратор схемада шартты сызба белгілемесімен көр-сетіледі, ал Electronics Workbench бағдарламасының мүмкін-дігін пайдалану арқылы жүзеге асырылған алдыңғы жиналған схеманың біріктірілген жеке блок (Subcircuit) түріндегі суреттемесі келтірілген (оның сәйкесті шықпалары олардың келтірілген құрылым схемасындағы орналастырылым бағытына сай шығарылған). Құрылған шифратордың айта кететін бір кемшілігі бар, оған екі сигнал қатар жіберілген жағдайда оның шығарған коды шым-шытырық бірдеңеге айналып кетеді. Осындай жағдайды болдырмас үшін шифратордың өндірісте шығарылатын микросхемалары (мысалы, 74148 микросхемасы), әдетте, мәртебелі түрде құрылады. Яғни олар түскен бірнеше сигналдың белгіленген мәртебесі жоғарғысының кодын шығарады да қалғандарына көңіл бөлмейді.
Шифратордың өлшемін ұлғайту.Көптеген жағдайда таңдап алынған шифратор микросхемасының өлшемі (кіріс саны) қойылған талапқа сай келмей, оны ұлғайту қажет болады. Мысалы, 74148 микросхемасы сегіз кірісті мәртебелі шифратор қызметін атқарады. Осындай миросхемалар негізінде (немесе алдыңғы құрылған схеманың жабық түріндегі блогы арқылы) кіріс саны екі есе ұлғайтылған шифратор құруға болады .
Дешифраторлар.Дешифратор (Decoder) - кірістеріне түскен екілік кодқа сәйкесті шығысында сигнал қалыптастырушы құрылғы. Мысал ретінде төрт теріс шығысты (Q3 ... Q0) дешифратордың схемасын құру жолын қарастыралық. Шығыс саны төртеу болғандықтан, оның кірісіне түсетін код екіразрядты (A1A0) болады. Дешифратордың іске қосу кірісіндегі (E, Enable) сигналдың жандандыру деңгейін төменгі (0) мәнінде алалық. Дешифратордың келтірілген түсіндірме суреттемесінің негізінде, оның ақиқаттық кестесін құрайық.

E
A1
A0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
1
1
1
0

0
1
1
1
0
1

1
0
1
0
1
1

1
1
0
1
1
1
1
x
X
1
1
1
1

Дешифратор схемада шартты сызба белгілемесімен көрсетіледі, ал суретте оның жиналған схемасының біріктірілген жеке блок түріндегі суреттемесі келтірілген.
Дешифратор негізінде қиыстырма құрылғы құру.Күрделі логикалық функцияның өрнегінің жазылу тәртібін қарастыру кезінде функцияның

алынған логикалық өрнегіне көз салсақ, ондағы әрбір термнің тура сегіз шығысты дешифратордың сәйкесті шығыстарының адресі екендігін көреміз. Демек, осындай дешифратордың сәйкесті шығыстарын бескірісті НЕМЕСЕ элементінің кірістеріне жалғау арқылы берілген функцияны жүзеге асыруға болады. Егер дешифратор теріс шығысты болса, онда өрнегін де Морган заңы арқылы түрлендіреміз: Алынған өрнектен берілген құрылғының қызметін теріс шығысты дешифратор негізінде жүзеге асыру үшін оның сәйкесті шығыстарына бескірісті ЖӘНЕ-ЕМЕС элементін жалғау жеткілікті екендігі көрініп тұр. Құрылғы құрылғыны дешифратор негізінде құру тәсілі - аса ыңғайлы тәсіл: біріншіден,логикалық өрнекті минимизациялаудың қажеті жоқ (дәлірек айтқанда, өрнектің де қажеті жоқ, қажетті жалғамдар кестеден көрініп тұр), екіншіден, жалғыз дешифратор негізінде бірнеше функцияны қатар жүзеге асыруға болады.
Мультиплексорлар.Мультиплексор кірістерінің біреуін шығысына қосатын ауыстырғыш қызметін атқарады, қажетті кірістің таңдалуы сілтеу сөзімен жүзеге асырылады. Мультиплексордың кірістері екі топқа бөлінеді: дерек кірістері мен сілтеу кірістері.
Мультиплексордың кірісті сілтеуге дешифраторды пайдалану арқылы құрылған схемасы,ал оның шартты сызба белгілемесі келтірілген.Бірнеше мультиплексорды қатар қосу арқылы бірнешеразрядты (мысалы, сегізразрядты) сөздердің біреуін бір арнаға жіберу жұмысын атқаратын мультиплексорлық құрылым құру қиын емес, бұндай құрылымдарды арналы мультиплексор деп атауға болады.
Мультиплексор құрылғы негізінде қиыстырма құру.Дешифраторлар сияқты мультиплексорлар негізінде де қиыстырма құрылғылардың жұмысын жүзеге асыруға болады. Біз оның екі жолын (тәсілін) қарастыралық. Бірінші тәсілде жүзеге асырылуы қажетті функцияның сәйкесті аргументтер жинағындағы мәндері мультиплексордың дерек кірістеріне, ал аргумент мәндері оның адрестік кірістеріне беріледі. Бұл жерде мультиплексордың сілтеу (адрестік) кірістерінің саны функцияның аргументтерінің санымен (n) бірдей болу керек, демек, оның дерек кірістерінің саны 2n болады. 1.10-кестеде берілген функцияның осы тәсілмен, яғни сегізкірісті мультиплексор негізінде жүзеге асырылуы көрсетілген. Бұндағы жеке блок түрінде суреттелген мультиплексордың дерек кірістерінің шықпалары сол жағына, ал сілтеу кірістерінің шықпалары оның үстіңгі жағына орналастырылған.

X2
X1
X0
Y
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0

Екінші тәсіл, функцияның аргументтерінің саны мультиплексордың сілтеу кірістерінің санынан артық болған жағдайда қолданылады. Бұл кезде мультиплексордың сілтеу кірістеріне аргумент сигналдарының бір бөлігі беріледі де қалғаны оның дерек кірістерін реттеуге пайдаланылады. Келтірілген функцияның осы тәсілмен төрткірісті мультиплексор негізінде жүзеге асырылуы келтірілген. Бұнда A2 және A1 аргументтері мультиплексордың сілтеу сигналдары ретінде, ал A0 аргументі оның дерек кірістерін реттеуге пайдаланылған.
Демультиплексорлар.Демультиплексор дерек кірісіндегі сигналды сілтеу коды арқылы анықталған шығысына жіберетін құрылғы.
Демультиплексордың дешифратор арқылы құрылған схемасы суретте, ал оның шартты сызба белгілемесі келтірілген.
Қосуыштар.Қосуыштар - сандарды арифметикалық қосуға арналған құрылғылар. Көпразрядты сандарды қосу бірнеше бірразрядты қосуыштар арқылы жүзеге асырылады. Сондықтан, алдымен сол бірразрядты қосуыштартардың құрылым принциптерін қарастыралық.
Бірразрядты қосуыштар.Екі бірразрядты санды қосу кезінде олардың қосынды нәтижесі (S, Sum) мен келесі разрядқа жіберілетін тасымал (C, Carry) шығарылу керек, демек, оның жұмысын кестемен суреттеуге болады.

A
B
S
C
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1

Кесте деректері негізінде жазылған құрылғы шығыстарының логикалық өрнектері: Осы өрнектердің негізінде құрылған қосуыштың схемасы,ал оның жеке блок түрінде біріктірілген түрі 1.19, b-суретте келтірілген. Бұл қосуыш көпразрядты сандардың бірінші разрядтарын қосуға ғана жарайды (сондықтан ол жартылай қосуыш деп аталады), ал оның қалған разрядтарына жарауы үшін оның алдыңғы разрядтан түскен тасымалды да қосатын мүмкіндігі болу керек. Толық қосуыштың жартылай қосуыштар арқылы құрылған схемасы,ал оның жеке блок түрінде біріктірілген түрі келтірілген..
Тізбектеме құрылғылар.Шығыс сигналы (немесе сигналдары) кіріс сигналдарының кезекті мәндеріне және өзінің алдыңғы (кейде, одан бұрынғы да) жағдайына байланысты анықталатын құрылғылар тізбектеме құрылғылар деп аталады. Демек, бұндай құрылғылардың бұрынғы жағдайын есте сақтайтын мүмкіндігі, яғни оның құрамында жады элементтері болу керек. Сондықтан, алдымен жады элементтерінің (триггерлердің) түрлерімен және олардың құрылымы мен жұмыс принциптерімен танысайық.
Триггерлер.Триггерлер - екі тиянақты жағдайы бар, бірразрядты екілік сан сақтауға арналған құрылғылар. Оның тиянақты жағдайларының біреуі лог.1-ге, екіншісі лог.0-ге сәйкес келеді. Әдетте, триггерлік құрылымның қарама-қарсы деңгейлі (тура және теріс деп аталатын) екі шығысы болады, триггердің жағдайы оның тура шығысындағы сигнал деңгейімен анықталады.
Информацияның енгізілу (жазылу) тәртібіне байланысты триггерлер асинхронды және синхронды болып бөлінеді.
Асинхронды RS-триггерлер.Асинхронды триггерлердің жаңа жағдайға ауысуы тікелей олардың кірісіне берілетін информациялық сигналдардың өзгерісімен ғана анықталады. Оларды НЕМЕСЕ-ЕМЕС немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтерінің негізінде құруға болады.
Бұл құрылымның жұмысын кестедегі жазылым ретімен талқылау арқылы қарастырайық.
Кестенің бірінші жолында - R = 0, S = 0; екі элементтің де бір кірісінде 0 тұр, ал олардың кері байланыстық кірістерінде қарастырылым басында қандай сигнал тұрғаны белгісіз, демек, құрылымның Q және Q' шығыстарындағы сигнал деңгейлері де белгісіз.

R
S
Q
Q'
1
0
0
?
?
2
1

0
1
3
0

1
1
4

1
1
0
5

0
1
0
6
1
1
0
0
7
0
0
???
???

Кестенің екінші жолында - R = 1, S = 0; жоғарғы элементтің бір кірісінде лог.1 тұрғандықтан, бұл элементтің жұмыс логикасына сәйкесті, оның шығысында (Q) лог.0 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы төменгі элементтің екінші кірісіне түседі, нәтижесінде оның шығысында (Q') лог.1 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.0 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 0 жазылады).
Кестенің үшінші жолында - R = 0, S = 0; жоғарғы элементтің R кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен оның екінші кірісінде (құрылымның Q' шығысына жалғанған) лог.1 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.0 деңгейінде қалады, демек триггердің жағдайы өзгермейді.
Кестенің төртінші жолында - R = 0, S = 1; төменгі элементтің бір кірісінде лог.1 тұрғандықтан, оның шығысында (Q') лог.0 деңгейлі сигнал туады да, ол кері байланыс жолы арқылы жоғарғы элементтің екінші кірісіне түседі, нәтижесінде оның шығысында (Q) лог.1 деңгейлі сигнал туады; сонымен, бұл жағдайда триггер лог.1 жағдайына келтіріледі (яғни, оған 1 жазылады). Кестенің бесінші жолында - R = 0, S = 0; төменгі элементтің S кірісіндегі сигнал деңгейі өзгергенмен, оның құрылымның Q шығысына жалғанған кірісінде лог.1 деңгейі тұрғандықтан, бұл элементтің шығысындағы сигнал деңгейі алдыңғы лог.1 деңгейінде қалады, демек, триггердің алдыңғы жағдайы сақталады. Құрылымның қарастырылған жағдайларынан келесі қорытынды шығаруға болады: R = 1, S = 0 берілу жағдайы триггердің 0 жазу режиміне, R = 0, S = 1 жағдайы триггердің 1 жазу режиміне, ал R = 0, S = 0 жағдайы триггердің жазылған санды сақтау режиміне сәйкес келеді. Триггердің кірістеріне R = 1, S = 1 берілген кезде (алтыншы жол) екі элементтің де шығыстарында лог.0 деңгейлі сигнал туады да, триггер сақтау режиміне ауыстырылғанда (жетінші жол), триггердің қай жағдайға тиянақталатындығы - кездейсоқ оқиға. Демек, бұндай жағдайды тудырмас үшін, қарастырылған триггердің кірістеріне R = 1, S = 1 берілмеуі керек; сондықтан, бұл жағдай триггердің тиым салынған режимі деп аталады. Сонымен, қарастырылған триггердің жұмыс режимдерін кесте түрінде суреттеуге болады.

R
S
Q
Q'
Режим
0
0
Q0
Q0'
Сақтау режимі
0
1
1
0
`1' жазу режимі
1
0
0
1
`0' жазу режимі
1
1
-
-
Тиым ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.