Екiлiк сумматорлар және сандық компараторлар

Пән: Математика, Геометрия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Электроника - бұл төмендегi бөлiмдердi меңгеретiн ғылым және техника саласы:
1. электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың физикалық құрылымын;
2. электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың электрлiк сипаттамалары және параметрлерiн;
3. электровакуумдық және жартылай өткiзгiштi аспаптардың қолданылуына негiзделген жүйе мен қондырғылардың қасиетiн.
Жартылай өткiзгiштi интегралды микросхема - Элементтер мен жалғағыш өткiзгiштер бiр технологиялық циклмен дайындалатын жартылай өткiзгiш материал көлемiнде,герметикалық қабықшасы бар микроминиатюрлi функционалды электроннды аппаратура түйiн.
Электронды-кемтiктi ауысу - бiреуiнде электронды,ал екiншiсiнде кемтiктi электр өткiзгiштiктi екi жартылай өткiзгiштiң шекара аймағы.
Жартылай өткiзгiштi диод - ауысу қасиетi қолданылатын, бiр p-n-ауысулы және екi шығысы бар жартылай өткiзгiштi аспап.
Аналогты микросұлбалар - аналогты дабалды түрлендiрiп және өңдейтiн микросұлба.
Цифрлы микросұлба - цифрлы код түрiнде берiлген ақпаратты өңдеу үшiн арналған микросұлба.
Демультиплексор - цифрл дабылды бiр кiрiстен бiрнеше шығысқа тарататын цифрлы микросұлба.
Мультиплексор - дабылдарды бiрнеше кiрiстен бiр шығысқа коммутациялау үшiн арналған цифрлы микросұлба.
Цифрлы компаратор - сандардың n-разрядты екiлiк немесе екiлiк-ондық кодтарын салыстыру нәтижесiн тiркейтiн құрылғы.
Екiлiк сумматор - n-разрядты екiлiк сандардың арифметикалық қосындысын формалау үшiн арналған цифрлы микросұлба.
Есте сақтау құрылғысы - ақпаратты жазу, сақтау және оқу үшiн арналған құрылғы.
Триггер - бiр бит мәлiметтi сақтай алатын қабiлетi бар логилық құрылғы.
Санауыш - циклдi түрде бiр күйден екiншi күйге дабылдың әсерiнен ауысатын цифрлы құрылғы.
Биполярлы транзистор - қуатты күшейту үшiн, электрөткiзгiштiгi қайталанып тұратын үш аймақтан тұратын электротүрлендiргiштi аспап.

Сандық интегралдық микросұлбалардың негізгі параметрлері және шартты белгілену жүйесі, классификациясы

Функционалдық белгісі бойынша интегралды микросұлбаның (операционды күшейткіштер, кернеу компараторлары, таймерлер, тұрақты кернеу стабилизаторы) анлогты сигналдарды өдейді және түрлендіреді. Мұндай сигналдарда ақпаратты тасушы амплитуда немесе импульс ұзақтығы, амплитуда, жиілік немесе синусоидалы кернеу фазасы, тұрақты кернеу деңгейі болып табылады. Цифрлық микросұлбалар цифрлы код түріндегі ақпараттарды өңдеу үшін арналған. Мұндай микросұлбалардың кез-келген кіріс немесе шығысында тек екі кернеу деңгейі: логикалық нөл және логкалық бірлік. Цифрлық аналогтық (ЦАТ) және анлогтық - цифрлық түрлендіргіштерге (АЦТ) арналған микросұлбаларды аналогтық қатарына жатқызады.
Сандақ электронды термометр функционалдық сұлбасында (температура диапазоны 20-дан 400оС дейн) құрылғының аналогтық бөлігіне тұрақты тоқ күшейткіші (ТТК) және 12-разрядты АЦТ жатқызады, сандық бөлігіне - екілік кодты екілік ондық кодқа түрлендіргішін (XY) және бұл кодты төрт сандық жетісегментті индикаторлы басқарушы кодқа түрлендіргіш DC дешифраторы

Сурет 1.1
Сандық микросұлбаларды комбинационды және сатылы деп бөлуге болады. Комбинационды сандық құрылғының шығыс сигналының мәні уақыттың кез-келген мәнінде кіріс сигналының сол уақыт мәнәмен анықталады. Оларға логикалық элементтер, сумматорлар, код компараторлары, дешифраторлар, мультиплексорлар, код түрлендіргіштері жатқызылады. Сатылы сандық құрылғыларда есте сақтау жадылар болады. Олардың ағымдағы тактідегі шығыс сигналдары, осы тактідегі немесе алдыңғылардығы кіріс сигналдарының мәнімен анықталады. Сандық құрылғының жұмыс тактісі деп сандық кодтаудың уақыт бойынша да және деңгей бойынша да дискретизацияланады деп есептелінетін, әр бір сигнал деңгейіне берілетін соңғы уақыт қимасы. Сатылы сандық құрылғының қатарына триггерлер, регистрлер, санауыштар, оперативті есте сақтау құрылғысы, микропроцессорлар және микроконтроллер жатқызылады.
Сандық микросұлбаның белгіленуі, функционалдық белгісі бойынша мысалға, К555ЛА3 серия нөмірі (К555), топтама (Л-логикалық элемент) және түрі (А-элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС). Серияның бірінші саны конструкторлық-технологиялық белгісін сипаттайды. Кең қолданылатын сандық микросұлбалар жартылай өткізгішті технология бойынша орындалады, яғни кремнийлі кристалдың көлемін және беттігін фотолитография әдісімен.
Сандық микросұлбаларды өндіру үшін келесі логикалық базистар қолданылады:
* ТТЛ (К155, К133) - транзистор-транзисторлық логика;
* ТТЛШ (К555, К1533) - ТТЛ Шоттки диодымен;
* КМОП (К564, К1830) - комплементарлық МОЖ-технология;
* n-МОП (К580, К1816) - n-каналды МОЖ-технология;
* ЭСЛ (К100, К500) - эмиттерлік-байланысқан логика.
Анықтамаларда сандық құрылғының әр бір сериясы үшін логикалық 0 және 1 деңгейлері, орташа ұстамдылық, қолданылатын қуаты,жүктемелік қабілеті келтіріледі. Экономикалық тиімді микро-сұлбалар қатарына КМОЖ технология бойынша жасалынғандар жатқызылады. Жылдамдығы бойынша бірінші орында ЭСЛ-микросұлбалар, одан кейін ТТТЛШ.

Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі.

Сандық құрылғыда ақпаратты өңдеу ереже бойынша есептелудің екілік жүйесінде жүзеге асырылады. Ондық санды екілікке ауыстыру бөлу әдісі арқылы орындауға болады. Ізделініп отырған сан бөлінгеннен кейінгі қалған қалдық түрінде, соңғысынан бастап жазылады. Мысалға:

Ақпараттың кіріс және шығыс құрылғысында, жазу үшін кез-келген ондық санның төрт екілік разряд берілетін, ондық сандардың екілік-ондық түрлері кеңінен қолданылады:
4710 =0100 01112-10
Екілік ақпараттың жазылуын қысқарту үшін микропроцессорлық техникада оның оналтылық берілуі қолднылады. Бір оналтылық символға екілік тетрада сай келеді.
Сандардың әр түрлі санау жүйесіндегі сәйкестігі
Ондық сан
Оналтылық сан
Екілік сан
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Сегіз еклік разряд (бит) бір байты құрайды. Микропрцессорлық құрылғысының жадысы әдетте байттік ұйымдастық болады.
Байт көмегі бойынша мәндердің әртүрлі ақпаратын беруге болады:
1. Ешқандай белгісі толық сан (0 ден 255 дейін);
2. 0 ден 99 дейінгі сан екілік-ондық кодта;
3. Микропроцессорлық командалардың кодтық берілуі;
4. Сегіз датчиктің күйі;
5. Көрсету үшін жеті кіші разряд қолданылатын Х кодтағы тура,кері және қосымша белгісі бар екілік, Х-сан модулі (0-ден 127-дейін) Сегізінші разряд - белгісі бар (0 - тұрақты сандар үшін, 1 - айнымалылар үшін).
Ассемблер тілінде сандарды жазу үшін В, Q, H суффикстары қолданылады:
Оқытылған тақырып бойынша келесілерді есте сақтаған пайдалы:
1. тұрақты сандардың тура, кері және қосымша кодтары сәйкес келеді;
2. айнымалы санның қосымша кодын алу үшін тұрақты сан кодын терістеп және бірді қосу керек;
3. Санның қосымша кодын тураға түрлендіру үшін,сол ереже бойынша жүзеге асырылады, яғни тура кодты қосымша кодқа;
4. оналтылық сан A-F әріптерінен басталады, ассемблер тілінде жазылу кезінде сол жақтан нөлмен толықтырылады.

Комбинациялық сандық құрылғының синтезi.

Мысал .К155 сериялы микросұлбасында үшфазалы желi жиiлiгiн үшеселегiшiн жобалау. Әр бiр фаза кернеуi нөл-компаратор көмегiмен ТТЛ деңгейiне келтiрiлген.
Құрылғының жұмыс iстеу алгоритмi желiлiк кернеудiң бiр периоды үшiн кiрiс жiне шығыс сигналының уақыттық диаграммасында неғұрлым айқын кескiнделедi. Бiрлiк және нөлдiк F сигнал тактiсi үшiн Карно картасын толтырамыз. Екi терiмде функция анықталмаған. Нөл бойынша блокты ұйымдастыра отырып, мынаны аламыз.
Сурет 1.2
Бұл функцияны ең қарапайым түрде К155ЛР3 микросұлбасы жүзеге асырады. Қолдынылмайтын ЖӘНЕ элементiнiң кiрiстерiнiң бiреуiне логикалық нөлдi беру керек.
Мысал. Үш қабатты үйде сатылы дәлiз жалғыз жалпы лампочкамен жарықтандырылады. Әр бiр этажда : S1, S2, S3 ажыратып қосқыштар бар. Қалғандарына тәуелсiз, кез-келген ажыратып қосқыжпен ажыратып қосу құрылғысын жобалау.
Айталық А, В және С - құрылғының логикалық бөлiмнiң кiрiсiндегi сигналдар (Ажыратып қосқыштың тұйықталған жанаспасына логикалық 0 деңгейi сәйкес,ал тұйықталмағанға - логикалық 1 деңгейi), F - құрылғының логикалық бөлiмнiң шығысындағы сигнал (F=0, лампа жанып тұрғанда). Осы айнымалыларды бiрiктiретiн ақиқат кестесiн толтырамыз. Шығыс функциясын ЖДҚФ-да жазып және оны қарпайым түрлендiру жасау арқылы минимизация жасауға тырысамыз:

Сурет 1.3
Құрылғының логикалық бөлiмi DD1 (К155ЛП5) микросұлбасымен жүргiзiледi. Бұл микросұлба корпусында төрт "Ерекше НЕМЕСЕ " элементi орналастырылған.
Мысалы. Бір период үшін уақыттық диаграммасы 1.3 а. сур. көрсетілген F сигналын формаға келтіру.
Шығысында A, B, C, D сигналдары тұзілетін екілік-ондық санауыш және шығысындағы жиілігі 1 кГц (t=1 мс) импульс генераторын қолданамыз.
Онда есебіміз функционалдық сұлбада сұрақ белгісімен көрсетілген, құрылғының комбинационды бөлігін жобалауға әкеледі
Әр бір Т период кезінде екілік- ондық санауыш, әрқайсысына төртразрядты екілік код сигналдары A, B, C, D сәйкес келетін 10 жағдайд өтеді.

Сурет 1.4
Жалпы жағдайда төрт айнымалының логикалық функциясы, кіріс айнымалыларының 16 теріміне анықталған. Берілген мысалда 10 ғана қолданылады.

Сурет 1.5

Дешифраторлар және мультиплексорлар.

Дешифратор деп - екілік кодты унитарлыға түрлендіргішті айтады. Мысалға 3-разрядты санның екілік унитарлы коды сегіз разрядты болып табылады, оның ішінде біреуі активті деңгейлі болады.
Екі кірісінде толық дешифраторда адресі А және В кірісінің екілік сигнал теріміне сәйкес келетін шығысында логикалық бірлік түзіледі. Бұндай дешифратордың унитарлы кодының "төрттен бірі" деген атауы бар.

Сурет 1.6
Рұқсат ететін Е кірісі болғанда (сур.1.6) дешифраторды бір кірістен бірнеше шығысқа сигнал демультиплексор - коммутаторы ретінде қолдануға болады. Е кірісіне берілетін сигнал, адресі А және В кірісіне берілген Yi шығысында қайталанады. Е=0 болғанда дешифратор жұмысы рұқсат етілмейді (құрылғының барлық шығысында логикалық 0).

Сурет 1.7
Мультиплексор деп - бірнеше кірістен бір шығысқа сигнал комутаторын айтады. Төрт кірісті Хi, бір Y шығысына коммутаторы үшін шығыс сигналы кіріс сигналының қатынасына байланысты.

Рұқсат ететін Е(Е=1) кірісіне берілетін сигнал, А және В адрестік кірістеріне берілген код кіріс ақпаратын шығысы қайталайды Е=0 болғанда коммутатор жабық (Y=0 Хi кіріс сигналдарынан тәуелсіз).

Сурет 1.8
Дешифратор мен мультиплексорлардың интегралды микросұлбалары инверсті шығыстары жиі болады, сонымен қатар ЖӘНЕ логикасымен біріктірілген (тура және инверсті) рұқсат етілетін кіріс топтары болады.

Сурет 1.9
К155ИД10 микросұлбасының ашық коллекторлық шығысына (15 В, 80 мА) реле орамын қосуға болады. (70 В, 7 мА) сандық газоразрядты индикаторды басқаруға арналған К155ИД1 микросұлбада тура сондай функционалдық сұлба болады. ОЕ кірісіндегі логикалық бірлікте К555КП15 микросұлбасы тұйықталмаған шығыс жағдайында болады.
Кез- келген төрт айнымалылы бульдік функцияны сегізканалды мультиплексор көмегімен жүзеге асыруға болады. Ол үшін

К155КП7 мультиплексорының адрестік кірістеріне А,В,С сигналдарын береміз, ал Х0-Х7 кірістерін күйге келтіруші ретінде қолданамыз. F функциясы үшін теңдеуін мультиплексордың логикалық теңдеуімен салыстыра отырып.

Эквиваленттілік шартын аламыз:

Құрылғының сұлбасы осы шартқа сәйкес құрылған. 1 кОм номиналды резистор арқылы +5 В қорек көзінен логикалық бірлік деңгейі беріледі. Оған 20-ға жуық микросұлба кірісін қосуға болады. сигналын алу үшін К155ЛН1 инверторын қолданамыз.

Сурет 2.1
Аналогты екі бағытты кілт негізінде орындалған мультиплексорлар, демультиплексорлар ретінде қолданылуы мүмкін. Көпканалды коммутатор құру кезінде мұндай микросұлбалардың шығыстарын біріктіруге болады ("монтажды НЕМЕСЕ").

Екiлiк сумматорлар және сандық компараторлар.

Екілік сумматор А және В n-разрядты екілік сандарының арифметикалық суммасын түзу үшін қызмет етеді (сур.6.1,б).

Сурет 2.2
Қосу нәтижесі болып қосындының бесінші разряды деп қарастыруға болатын S төртразрядты қосындысы және Р ауысу болып табылады. Кіші разрядты биттерді өңдеу кезінде жарты сумматорлар қолданылады.
Жартылай сумматорларды ЖӘНЕ және "Ерекше НЕМЕСЕ" логикалық элементтерінде жүзеге асыруға болады.

Сурет 2.3
Екі жартылай сумматордан және НЕМЕСЕ логикалық элементінен толық бірразрядты сумматор құруға болады (сур.2.4).

Сурет 2.4
К155ИМ3 микросұлбасының корпусында төрт толық бірразрядты сумматор, төртразрядты сумматор сұлбасына біріктірілген.
Микросұлбаның қосымша полесінде сумматордың кіріс және шығысының салмақтық коэфициенттері көрсетілген.
Ұяшықтар қоймасында сандық индикаторда санның (0-ден 9-ға дейін) детальдарын көрсететін құрылғыны жобалайық.

Сурет 2.5
Есеп сумматор көмегімен жеңіл шешіледі (сур.2.5). Бір разрядты (К555ИМ5), екіразрядты (К555ИМ2) және төрт разрядты (К555ИМ3) сумматорлар микросұлбалары іске қосылған, S1-S9 ажыратып қосқышының тең салмақпен тоғыз сигналын қосындылау керек. К514ИД1 дешифраторы арқылы қосынды сан жерлендірілген АЛС324А сандық жарықдиодты индикаторына беріледі .
Кәдімгі сумматор қосымша код белгісімен берілген сандарды қосу үшін қолданылады. Шығысында қосымша қосынды коды пайда болады. ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.