Компараторы, сумматоры
К
омпаратор
(англ. comparator
- сравнивающее устройство) — электронная
схема, принимающая на свои входы два
сигнала и выдающая логический «0» или
«1», в зависимости от того, какой из
сигналов больше.
Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель.
Несколько реже применяются компараторы на основе логических элементов, охваченных обратной связью (например, триггер Шмитта — не компаратор по своей природе, но устройство с очень схожей областью применения).
Сумматор — логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение кодов двух чисел. При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учёт знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых и тому подобное. Указанные операции выполняются в арифметическо-логических устройствах (АЛУ) или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.
В зависимости от системы счисления различают:
• двоичные;
• двоично-десятичные (в общем случае двоично-кодированные);
• десятичные;
• прочие (например, амплитудные).
По количеству одновременно обрабатываемых разрядов складываемых чисел:
• одноразрядные,
• многоразрядные.
Таблица истинности четвертьсумматора |
||
a |
b |
S |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
ростейшим
двоичным суммирующим элементом является
четвертьсумматор. Происхождение названия
этого элемента следует из того, что он
имеет в два раза меньше выходов и в два
раза меньше строк в таблице истинности
по сравнению с полным двоичным
одноразрядным сумматором. Наиболее
известны для данной схемы названия:
элемент “сумма по модулю 2” и элемент
“исключающее ИЛИ”. Схема имеет два
входа а и b
для двух слагаемых и один выход S
для суммы. Работу её отражает таблица
истинности, а соответствующее уравнение
имеет вид
Таблица истинности полусумматора |
|||
a |
b |
S |
Р |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
олусумматор
имеет два входа a
и b
для двух слагаемых и два выхода: S
— сумма, P
— перенос. Обозначением полусумматора
служат буквы HS
(half
sum
— полусумма). Работу его отражает таблица
истинности, а соответствующие уравнения
имеют вид:
Для сложения двух многоразрядных двоичных чисел используют многоразрядные сумматоры, представляющие собой в простейшем виде последовательное соединение одноразрядных сумматоров
Раздел 4. Триггерные элементы цифровых устройств Классификация триггеров и их общие характеристики. Асинхронный rs-триггер и его разновидности
Триггер - устройство, предназначенное для хранения значения одной логической переменной (или значения одноразрядного двоичного числа, при хранении многоразрядных двоичных чисел для запоминания значения каждого разряда числа используется отдельный триггер). В соответствии с этим триггер имеет два состояния: одно из них обозначается как состояние лог. 0, другое - состояние лог. 1.
Воздействуя на входы триггера, его устанавливают в нужное состояние.
Триггер
имеет два выхода: прямой Q
и инверсный
.
Уровнями напряжения на этих выходах
определяется состояние, в котором
находится триггер: если напряжение на
выходе Q
соответствует уровню лог. 0 (Q
= 0), то принимается, что триггер находится
в состоянии лог. 0, при Q
= 1 триггер находится в состоянии лог.
1. Логический уровень на инверсном выходе
представляет
собой инверсию состояния триггера (в
состоянии 0 Q
= 1 и наоборот).
Триггеры имеют различные типы входов. Приведем обозначение и назначение входов триггеров:
R (от английского RESET) - раздельный вход установки в состояние 0;
S (от английского SET) - раздельный вход установки в состояние 1;
K - вход установки универсального триггера в состояние 0;
J - вход установки универсального триггера в состояние 1;
T - счетный вход;
D (от английского DELAY) - информационный вход установки триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе;
C - управляющий (синхронизирующий) вход.
Наименование триггера определяется типами его входов. Например, RS-триггер - триггер, имеющий входы типов R и S.
По характеру реакции на входные сигналы триггеры делятся на два типа: асинхронные и синхронные. Асинхронный триггер характеризуется тем, что входные сигналы действуют на состояние триггера непосредственно с момента их подачи на входы, в синхронных триггерах - только при подаче синхронизирующего сигнала на управляющий вход С.
Рассмотрим общие характеристики основных типов триггеров. Каждый тип триггера характеризует таблица переходов (табл.1).
Таблица 1 |
||||||||||
а) |
|
б) |
||||||||
S |
R |
Q |
J |
K |
Q |
|||||
0 |
0 |
Q0 |
0 |
0 |
Q0 |
|||||
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|||||
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|||||
1 |
1 |
* |
1 |
1 |
0 |
|||||
в) |
|
г) |
||||||||
D |
Q |
T |
Q |
|||||||
0 |
1 |
0 |
Q0 |
|||||||
1 |
1 |
1 |
0 |
|||||||
Таблица 1,б является таблицей переходов JK-триггера. Этот тип триггера отличается от RS-триггера отсутствием запрещенной комбинации входных сигналов, при J = K = 1 триггер устанавливается в состояние, противоположное текущему состоянию Q0.
Таблица 1,в является таблицей переходов D-триггера. Триггер устанавливается в состояние, соответствующее уровню сигнала на входе 0.
Таблица 1,г определяет работу Т-триггера. При входном сигнале Т = 0 триггер сохраняет текущее состояние Q0, при входном сигнале Т = 1 триггер переключается в состояние, противоположное текущему.
Асинхронные триггеры. RS-триггер с прямыми входами.
Логическая структура триггера представлена на рис. 1,а. Триггер построен на двух логических элементах ИЛИ-НЕ, связанных таким образом, что выход каждого элемента подключен к одному из входов другого. Такое соединение элементов в устройстве обеспечивает два устойчивых состояния, в чем легко убедиться.
Существуют разновидности RS-триггера, носящие название Е-, R- и S-триггеров, для которых сочетание S=1 и R=1 не является запрещенным.