1) Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и устройств
Цифровыми называются устройства, в которых обрабатываемая информация имеет вид электрических сигналов с ограниченным множеством дискретных значений. В настоящее время в цифровых системах наибольшее распространение получили цифровые устройства, работающие с двоичным кодированием информации. Электрические сигналы в таких системах обычно имеют вид прямоугольных импульсов, характеризуемых двумя значениями уровней, высоким и низким. Элементы, используемые для обработки цифровых cигналов, называют логическими элементами. Различают логические элементы, работающие в положительной и отрицательной логиках. К положительной логике относятся логические элементы, работающие с цифровыми сигналами, у которых максимальный потенциальный уровень соответствует логической 1, а минимальный потенциальный уровень логическому 0. К отрицательной логике относят элементы, у которых максимальный потенциальный уровень соответствует логическому 0, а минимальный потенциальный уровень - логической 1. Современные логические элементы и цифровые устройства выполняютcя на основе интегральных микросхем и обычно используют положительную логику. Teopетической основой проектирования цифровых систем является алгебра логики или булева алгебра (по имени ее основоположника Д. Буля). В алгебре логики переменные величины и функции oт них могут принимать только два значения 0 и 1 и называются логическими переменными и логическими функциями. Устройства, реализующие логические функции, называются логическими, или цифровыми. Цифровые устройства имеют принципиальные схемотехнические отличия от аналоговых ycтройств, обусловленные следующими факторами: менее жесткими требованиями к точности, стабильности параметров и характеристик элементов; возможностью синтеза систем любой сложности с помощью ограниченного набора базовых логических элементов и элементов памяти; возможностью сопряжения функциональных узлов без специальных согласующих элементов (благодаря использованию гальванической связи между функциональными узлами); простотой расширения функциональных возможностей путем набора требуемых сочетаний интегральных микросхем. Различают два основных класса цифровых устройств; комбинационные и последовательностные автоматы. В комбинационных автоматах определенному сочетанию входных сигналов (набору) соответствует определенный выходной сигал. Они, как правило, не обладают памятью. В последовательностных автоматах такая однозначность отсутствует. В них выходной сигнал зависит от сово- купности входных сигналов как в текущий, так и в предыдущие моменты времени. Эти автоматы обладают памятью. В комбинационнных автоматах наиболее широкое применение находят такие цифровые устройства, как сумматоры, дешифраторы и преобразователе кодов. В последовательностных автоматах широко используются цифровые устройства с двумя устойчивыми состояниями— триггеры. На их основе строят регистры, счетчики, схемы памяти
2) Цифровые компараторы
Цифровой компаратор или компаратор амплитуд является электронным устройством берущим два числа в двоичном виде и определяющим является ли первое число меньшим, большим или равным второму числу.
Компараторы используются в центральных процессорах и микроконтроллерах. Примерами цифровых компараторов являются КМОП — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74682-89.
Аналоговым эквивалентом цифрового компаратора является компаратор напряжений. Некоторые микроконтроллеры имеют аналоговые компараторы на некоторых своих входах, которые могут быть считаны или включать прерывание.
3) Функциональные узлы комбинационного типа. Функциональные узлы последовательного типа.
1. Функциональные узлы комбинационного типа:
Основные из них: дешифраторы и шифраторы; мультиплексоры и демультиплексоры; двоичные сумматоры; цифровые компараторы; преобразователи кодов и др.
2. Функциональные узлы последовательного типа:
Это счетчики
Счетчиком называется устройство, предназначенное для подсчета числа входных сигналов и хранения в определенном двоичном коде этого числа.
Счетчики - это цифровые автоматы, внутренние состояния которых определяются только количеством сигналов "1", пришедших на вход. Сигналы "0" не изменяют их внутренние состояния.
4. Триггеры – простейшие скоростные логические элементы, являющиеся конечными цифровыми автоматами и обладающие памятью. Триггеры разделяются :
По способу записи информации на синхронные и асинхронные
По способу синхронизации: синхронные со статическим управлением записи; синхронные двухступенчатые, синхронные с динамическим управлением записи.
Триггеры, разделяемые по функциональному признаку на 4 группы:
С двумя установочными входами (RS триггер)
Триггеры задержки с одним входом (D триггер)
С одним счётным входом (T триггер)
Универсальный триггер с несколькими входами
П
ростейшая
ячейка триггера выполнена на 2 инверторах
с отсутствием входов управления:
П
ростейшая
схема триггера:
Триггера характеризуются свойствами:
Возможное число внутренних состояний
Число выходных переменных
Число входных переменных
5. Регистры – устройство, осущ-ее приём, хранение, преобразование и выдачу двоичных чисел в определённом коде. Регистро-я ячеёка – элемент временного хранения информации для схем элементов RAM. В отличии от ЗУ в рег-ах инф-ия хранится или перемещается в течении действия нескольких тактов. Запоминающими эл-ми в RG служат триггера, число которых равно числу разрядов хранимых чисел.
И
нформация
может вв/выв в прямом и инверсном коде.
Однотактный сдвиговый регистр на триггерах
6) Виды, типы и функциональное устройство счетчиков и делителей.
Счётчик — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.
Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).
Счётчики используются для управления АЛУ, а также в логических автоматах для последовательного выполнения команд, подсчёта числа циклов, выполненных операций и образования адреса многоразрядного пространства для обращения к ЗУ.
Всякий счетчик способен выполнять функции деления частоты.
Каскадное соединение счетных триггеров (Q выход каждого предыдущего триггера подключён к тактовому входу последующего) и даёт делитель.
Классификация счетчиков
Счётчики классифицируют:
по числу устойчивых состояний триггеров
на двоичных триггерах
на троичных триггерах[1]
на n-ичных триггерах
по модулю счёта:
двоично-десятичные (декада);
двоичные;
с произвольным постоянным модулем счёта;
с переменным модулем счёта;
по направлению счёта:
суммирующие;
вычитающие;
реверсивные;
по способу формирования внутренних связей:
с последовательным переносом;
с ускоренным переносом;
с параллельным ускоренным переносом;
со сквозным ускоренным переносом;
с комбинированным переносом;
кольцевые;
по способу переключения триггера:
синхронные;
асинхронные;
Счётчик Джонсона
Счетчики разделяют: с естественным и произвольным порядком счёта. Счетчик с произвольным порядком счета формирует выходной сигнал только после подачи на вход определенной суммы импульсов.
Кол-во триггеров необходимых для реализации счетчика m=log2*Kсчёта.