wyklad9.pdf

WYKŁAD 9

Inne rodzaje bramek cyfrowych.

Bramka Schmidta.

Bramka Schmidta (74132) jest niestandardową bramką cyfrową. Służy do

wprowadzania sygnałów zewnętrznych do elektroniki cyfrowej. Jej charakterystyka zawiera

U WY

0.9 V

1 .7 V

U WE

pętlę histerezy:

Za pomocą bramki Schmidta można także budować najprostsze generatory

przebiegów prostokątnych

Bramki z otwartym kolektorem.

W bardziej złożonych układach logicznych

istnieje potrzeba równoległego łączenia wyjść bramek

cyfrowych. W związku z tym opracowano bramki TTL

tzw. „z otwartym kolektorem”, dla których ta

przeszkoda nie istnieje. Zwykle są one oznaczane na

schematach literą „O”. Bramki te wymagają

dołączenia do wyjścia zasilania przez odpowiedni

rezystor . W układzie przedstawionym obok jedynka

logiczna na wyjściu uzyskiwana jest wtedy, gdy wyjścia

wszystkich bramek są w wysokim stanie logicznym.

Często bramki typu „open collector” wykonuje się z

wysokonapięciowymi lub wysokoprądowymi

tranzystorami wyjściowymi jako wzmacniacze (drivery) do wyprowadzania

niestandardowych sygnałów logicznych, sterowania wyświetlaczami itd., a także do

ZASILANIE (+ 5 V)

WYJŒCIE

modu³ I

modu³ II

modu³ N

kontroler

magistrali

magistrala

współpracy z magistralami.

Bramki trójstanowe.

Trójstanowe bramki logiczne również służą do

równoległego łączenia wyjść systemów logicznych. Jeżeli

na wejściu sterującym „B” tej bramki jest jedynka logiczna,

bramka wykonuje swoją pracę zgodnie z założoną tabelą

prawdy. Jeżeli B=0 wyjście bramki znajduje się w stanie

odcięcia.

B=1

Bramki trójstanowe pozwalają budować tzw .

bufory, jedno- i dwukierunkowe służące do łączenia

podukładów cyfrowych z magistralami.

B=0

„A”

„B”

STEROWANIE

STEROWANIE B-A

STEROWANIE A-B

Do komunikacji z magistralą wykorzystuje się także przerzutniki zatrzaskowe

(latch). Jeżeli wejście G tego przerzutnika znajduje się w stanie logicznym „1” , sygnały z

wejścia D przechodzą do wyjścia Q. W pozostałym przypadku praca przerzutnika ulega

zamrożeniu. Dzięki temu można budować bufory zatrzaskowe trójstanowe , które mogą

przyjąć słowo logiczne utworzone przez dany moduł cyfrowy, zapamiętać je, a w

odpowiedniej chwili przesłać do magistrali. Pozwala to budować wielomodułowe urządzenia

logiczne, których moduły mogą pracować autonomicznie.

ZAPIS

PRZES£ANIE

Układy ECL.

Najszybszą rodziną elektroniki cyfrowej, charakteryzującą się subnanosekundowym

czasem propagacji przez bramkę i dopuszczalną częstotliwością zegara dla przerzutników

~1 GHz, jest ECL (Emiter Coupled

Logic). Rodzina ta charakteryzuje

się napięciami zasilania V CC = 0 V i

V EE = -5.2 V i poziomami

logicznymi „1” = -0.9 V i

„0” = -1.75 V. Podstawowymi

bramkami logicznymi są OR i

NOR. Zastosowanie tych układów

wymaga zaawansowanej techniki

projektowania i montażu

elektronicznego, gdyż komunikacja

między poszczególnymi układami logicznymi musi odbywać się z zachowaniem reguł

dopasowania falowego, by uniknąć zniekształceń sygnałów. Z tego powodu układy ECL

używa się zwykle we wstępnych stopniach elektroniki cyfrowej, przyjmujących z zewnątrz

do przetworzenia szybkie sygnały logiczne. Gdy to jest tylko możliwe, sygnały ECL za

pomocą konwerterów zamienia się na sygnały TTL i poddaje dalszemu przetwarzaniu za

pomocą tej techniki. Układy ECL powszechnie stosuje się w elektronice w laboratoriach

fizycznych. Wykorzystuje się je np. do szybkiego przetwarzania sygnałów z detektorów

promieniowania.

linia transmisyjna

impedancja Z 0

1.6 Z 0

2.6 Z 0

-5.2

Pamięci.

Pamięci służą do przechowywania

informacji cyfrowej. Dzielą się na pamięci o

dostępie przypadkowym RAM (Random Acces

Memory) i pamięci ze stałym zapisem,

przeznaczone do odczytu ROM (Read Only

Memory). Zazwyczaj w pamięci RAM informacja

jest tracona po wyłączeniu zasilania. Pamięci

ROM mogą ja przechowywać mimo braku

zasilania.

Każda komórka pamięci ma swój adres.

Podanie tego adresu (zwykle adresu całego słowa

logicznego) powoduje że zawarte w tych

komórkach słowo logiczne pojawia się na wyjściach pamięci. W układach RAM po

uzyskaniu zezwolenia za pośrednictwem tych samych wejść/wyjść można dokonać zapisu

informacji.

Pamięci RAM o małej pojemności (kilka bajtów-kilka kilobajtów) buduje się z

przerzutników. Charakteryzują się one niewielkim czasem dostępu (~1 ns). Służą one w

wyspecjalizowanych układach scalonych do krótkoczasowego przechowywania informacji

pojawiającej się np. w układach pomiarowych (tzw. pamięci FIFO - First In., First Out). Są

to pamięci statyczne, nie podlegające skasowaniu przy odczycie.

Pamięci o wielkiej pojemności - do

kilkudziesięciu megabajtów w układzie scalonym

- buduje się z tranzystorów polowych. Informacja

jest przechowywana w postaci mikroładunków w

pojemnościach utworzonych między bramkami i

zezwolenie na zapis

wejœcia adresowe

linia bitu

linia

s³owa

podłożami tranzystorów polowych. Drugi tranzystor służy jako przełącznik, łączący komórkę

pamięci z linią informacyjną. Odczyt stanu komórki polega na pobraniu ładunku, w związku z

czym pamięć ta jest kasowana przy odczycie. Poza tym miniaturowe pojemności (10 -12 - 10 -14

F) tracą ładunek w wyniku upływności, wymagają więc kilkakrotnie w ciągu mikrosekundy

doładowania. Pamięci te nazywa się dlatego dynamicznymi.

Pamięci ROM służą do przechowywania stałych programów. Starsze typy tych

pamięci miały programy kodowane w procesie wytwarzania. Obecnie używa się pamięci

PROM (Programable ROM), w których użytkownik umieszcza programy sam, za pomocą

odpowiedniego programatora. Inne pamięci EPROM (Erasable-Programable ROM) mogą po

zaprogramowaniu być skasowane np. za pomocą promieniowania ultrafioletowego Proces

kasowania dotyczy całości informacji. Inne wreszcie pamięci EEPROM (Electrically

Erasable PROM) można kasować za pomocą sygnału elektrycznego. W tym przypadku

możliwe jest selektywne kasowanie wybranych słów logicznych.

Mikroprocesory

Procesor jest jednostką arytmetyczno-

logiczną maszyny cyfrowej. W skład jego

wchodzi zwykle zespół rejestrów i układ

sterujący z zegarem. Podstawowym zadaniem

procesora jest wykonywanie rozkazów

według zadanego programu. Po uruchomieniu

zegara kolejne jego impulsy zliczane są w

liczniku, który generuje kolejne adresy

operacji. W celu wykonania operacji dane są

pobierane z bufora.

Współczesny mikroprocesor jest

zwykle zawarty w jednym układzie scalonym.

Pozwala to na stosowanie częstości zegara

rzędu setek megaherców. Operują zwykle na

słowach 32-bitowych. Mikroprocesory - jak

się wydaje - wpłynęły najsilniej na obraz współczesnej elektroniki i pozwoliły na budowę

urządzeń „inteligentnych” - dokonujących operacji zgodnie z wysoko złożonym programem.

magistrala

b ufor

( zespó³

r ejestrów)

uk³ad

steruj¹cy

jednostka arytmetyczno-

Komparator analogowy.

Komparator jest układem

pośredniczącym między elektroniką

analogową i cyfrową. Jest to specyficzny

rodzaj wzmacniacza porównującego dwa

napięcia : V + (na wejściu nieodwracającym

fazę ) i V - (na wejściu odwracającym fazę ).

Komparator odpowiada na pytanie : czy

zachodzi relacja: V + > V - ? W przypadku

pozytywnym odpowiedzią jest jedynka logiczna (w standardzie danej techniki cyfrowej ) na

wyjściu komparatora. Komparator analogowy 1 ) służy do porównywania napięć

analogowych.

„1” gdy

U WE > E

1 Komparatora analogowego nie należy mylić z komparatorem cyfrowym, który służy do

porównywania słów logicznych.

Przetwornik cyfrowo-analogowy.

Przetwornik analogowo-cyfrowy (DAC - Digital - Analog Converter) służy do

wytwarzania napięcia (lub prądu) o wartości proporcjonalnej do wartości (w danym kodzie

cyfrowym ) słowa logicznego podanego na jego wejście. Istnieje wiele konstrukcji

przetworników analogowo -cyfrowych.

Działanie

najprostszych (2-4 -

bitowych) opiera się na

zasadzie dzielnika

napięcia. Wartości

poszczególnych bitów

zadawane są przez

załączanie kluczy (1 -

klucz zamknięty).

Dzięki temu do

rezystora R WY jest

dostarczany prąd o

wartości odwrotnie proporcjonalnej do oporu gałęzi załączanej danym kluczem. W rezultacie

spadek napięcia na wyjściu komparatora jest proporcjonalny do wartości zadanego słowa

logicznego w kodzie dwójkowym naturalnym.

Przetwornik taki jest bardzo niedokładny, ze względu na nieliniowe działanie

dzielnika napięcia i bezwzględną niedokładność oporów, której wpływ zwiększa się w miarę

wzrostu liczby bitów.

Wielobitowe (do 18 bitów) przetworniki cyfrowo-analogowe buduje się w oparciu o

drabinki rezystorów zasilane za pomocą wysokostabilnych źródeł prądowych.

4 R

8 R

R WY <<R

U WY

Stosując inny rozkład wartości rezystorów w drabince można budować przetworniki

działające w innym kodzie dwójkowym, np. w kodzie BCD

Przetworniki cyfrowo - analogowe wykorzystuje się szeroko w budowie

programowalnych generatorów, sterowników, itd.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: