Аналого – цифровые интегральные схемы.

Лекция Регистры

Регистр - функциональный узел накапливающего типа, предназна­ченный для приема, хранения, осуществления простых преобразований и выдачи двоичного кода.

Основой регистра являются триггеры.

Простейший регистр для параллельного приема, хранения и выдачи двоичного слова может быть построен на D-триггерах со статическим управлением:

Для построения регистра принимающего последовательный двоичный код, хранящего его и преобразующего в параллельный, необходимы D-триггеры с динамическим управлением (2-х ступенчатые):

последователь-

ный код, начи-

ная с младшего

разряда

Регистры, способные поразрядно сдвигать двоичное слово в сторону старших разрядов или в сторону младших, называют сдвигающими.

Реверсивный сдвигающий регистр способен сдвигать информацию как влево, так и вправо (в сторону младших или в сторону старших разрядов). Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный, и параллельного в последовательный, а так же при построении арифметико-логического устройства. Эти регистры сочетают в себе свойства обоих рассмотренных ранее регистров. Для организации параллельного или последовательного режимов записи информации, на входы триггеров включают комбинационные схемы, а переключение режимов осуществляется специальными управляющими цепями.

Характерным примером регистра, сдвигающего информацию вправо с возможностью ее параллельного или последовательного приема, является 4-х разрядный регистр 155ИР1:

Этот регистр содержит четыре тактируемых фронтом D-триггера, соединенных последовательно с помощью ячеек И—ИЛИ. Если на вход V (вывод 6) регистра подан потенциал «нуль», то выход каждого предыдущего триггера оказывается соединенным через ячейку И—ИЛИ со входом D последующего. При этом импульсы, приходящие на тактовый вход С₂, будут каждый раз устанавливать последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Таким образом осуществляется сдвиг информации вправо. Вход I регистра, связанный со входом D первого триггера, служит для приема информации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. После приема четырех разрядов последовательного кода соответствующий параллельный код может быть получен с выходов триггеров Q1—Q4. Запись параллельного кода в регистр идет по входам D1—D4 при подаче потенциала «1» на вход V и тактового импульса на вход С1. Устанавливая затем V=0 и подавая тактовые импульсы на вход С2, мы обеспечим сдвиг записанного кода. При этом с выхода Q4 последнего триггера снимается последовательный выходной код.

Промышленностью выпускаются регистры, которые могут сдвигать информацию, как влево, так и вправо, например 155ИР13 (8 разрядов).

На базе регистров строятся накапливающие сумматоры:

Под действием управляющего сигнала УС к содержимому регистра РСМ подсуммируется слово А, поступающее в сумматор СМ. Такой накапливающий сумматор может реализовывать операцию двоичного умножения и сложения.

Счетчики

Счетчик- функциональный узел накапливающего типа, предназначенный в основном для подсчета числа поступающих на вход импульсов.

В зависимости от выполняемой арифметической операции различают суммирующие, вычитающие и реверсивные (т.е. и суммирующие и вычитающие) счетчики.

В зависимости от коэффициента пересчета различают счетчики двоичные, десятичные, двоично- десятичные и др.

Счетчики различают также по способу организации цепей переноса.

Основой для построения счетчиков являются асинхронные или синхронные Т- триггеры, реализованные на D- триггерах с динамическим управлением или на JK- триггерах. Простейшие счетчики (суммирующий и вычитающий) с последовательным переносом имеют следующий вид:

Суммирующий.

Приведенные схемы обладают низким быстродействием, т.к. код на выходе формируется постепенно по мере переключения цепочки триггеров. Для увеличения быстродействия применяют схемы со сквозным или параллельным переносом.

Промышленностью выпускаются счетчики которые могут как суммировать, так и вычитать (реверсивные). Причем счет может быть начат с любого числа, для чего в счетчике имеются соответствующие цепи параллельной загрузки в триггеры. Например, счетчик 155ИЕ7:

Выпускаются также счетчики с пересчетом на 10 (двоично- десятичные), 12 и 6 (для часов).

В основном все счетчики выпускаются на 4 разряда, но есть и 5- разрядные (164ИЕ2). Выпускаются также счетчики реализующие счет в специальных кодах, например счетчик Джонсона. Счетчик Джонсона строится на основе 10- разрядного регистра сдвига замкнутого в кольцо через дополнительный триггер. В такой счетчик записана одна единица, которая переходит из разряда в разряд. Номер разряда, в котором находится «1», соответствует определенной десятичной цифре.

Аналого – цифровые интегральные схемы.

Аналоговые интегральные схемы (ИС) оперируют с непрерывными сигналами, а цифровые ИС – с дискретными. Существуют также аналого – цифровые ИС, предназначенные для работы, как с непрерывными, так и с дискретными сигналами.

Такие ИС применяются практически в любом функционально законченном устройстве обработки информации, где при вводе и выводе используется аналоговое представление информации.

Типичным представителем аналого – цифровых ИС являются компараторы – простейшие преобразователи непрерывного сигнала в дискретный. Напряжение на выходе компаратора может находиться на одном из 2–х фиксированных уровней:

· На верхнем, если U на его неинвертирующем входе > U на инвертирующем входе;

· На нижнем, при противоположном соотношении этих напряжений.

Обычный операционный усилитель может быть использован в качестве компаратора. Для этого достаточно падать на дифференцируемый каскад смещение, при котором рабочий участок линейной характеристики будет на краю рабочего диапазона и ООС:

Uопоры

Чтобы получился компаратор необходимо чтобы - вне линейного участка.

Однако компараторы, специально разработанные для преобразования непрерывных сигналов в дискретные, имеют ряд преимуществ в сравнении с обычными операционными усилителями. Прежде всего, компаратор переключается гораздо быстрее чем операционный усилитель. Выходной сигнал компаратора изменяется только в пределах, необходимых для управления логической ИС. Компараторы могут иметь дополнительные стробирующие выходы, изменяя потенциал которых, можно включать и выключать компаратор в работу. Схемы компаратора проще, чем операционного усилителя, они дешевле.

Применяются компараторы как по прямому назначению – для сравнения 2 –х напряжений, так и в различных схемах с ПОС: формирователях релаксационных генераторах и так далее.

Аналоговые ключи

Аналоговые ключи представляют собой одну из простейших разновидностей аналого – цифровых схем. Управляются такие ключи дискретными сигналами, а переключают непрерывные сигналы. Выполнены интегральные аналоговые ключи, как правило, на основе МОП – транзисторов. МОП – транзисторы удобны тем, что, во – первых, в открытом состоянии могут пропускать ток в обоих направлениях (сопротивление канала в обоих направлениях одинаково). А во- вторых в канале отсутствуют паразитные источники напряжения (канал изолирован от затвора).

Основными параметрами ключа являются: коммутируемый ток, коммутирующее напряжение, сопротивление ключа в открытом состоянии, время переключения, уровень напряжения по управляющему входу.

Условное обозначение ключа и пример его физической реализации:

Для получения переключающегося ключа соединяют параллельно МОП транзисторы разной проводимости.