Непрерывный (аналоговый) способ представления информации

Непрерывный (аналоговый) способ представления информации - представление информации, в котором сигнал на выходе датчика будет меняться вслед за изменениями соответствующей физической величины.

Примеры непрерывной информации:

Примером непрерывного сообщения служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной; параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника - человеческого уха.

Аналоговый способ представления информации имеет недостатки:

Точность представления информации определяется точностью измерительного прибора (например, точность числа отображающего напряжение в электрической цепи, зависит от точности вольтметра).

Наличие помех может сильно исказить представляемую информацию.

Дискретность (от лат. discretus - разделенный, прерывистый) - прерывность; противопоставляется непрерывности. Напр., дискретное изменение к.-л. величины во времени - это изменение, происходящее через определенные промежутки времени (скачками); система целых (в противоположность системе действительных чисел) является дискретной.

Дискретный сигнал - сигнал, параметр которого принимает последовательное во времени конечное число значений (при этом все они могут быть пронумерованы).

Сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов - дискретным сообщением. Информация передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной информацией.

№15 Основные типы триггеров , применяемых в цифровых устройствах

!

Триггер

RS-Триггер
(R1, R2 = 1 kΩ, R3, R4 = 10 kΩ).

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) одинразряд числа, записанного в двоичном коде.

Триггер (бистабильный мультивибратор^[4]) — это цифровой автомат, имеющий несколько входов и 2 выхода.

Триггер — это устройство последовательностного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Триггерами называют^[5] такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

Триггер — один из базовых (основных) элементов цифровой техники^[6]. Некоторые исследователи^[7] включают триггер в 100 великих изобретений.

Триггер не является логическим элементом первого уровня, а сам состоит из логических элементов первого уровня — инверторов илилогических вентилей. По отношению к логическим элементам первого уровня триггер является логическим устройством второго уровня.

Триггер — элементарная ячейка оперативной памяти.

Триггер — простейшее устройство, выполняющее логическую функцию с обратной связью, то есть простейшее устройствокибернетики.

N-ичный триггер — устройство (элементарная переключаемая ячейка памяти, переключатель с N устойчивыми положениями), которое имеет N устойчивых состояний и возможность переключения из любого состояния в любое другое состояние.

Триггер — это логическое устройство с двумя устойчивыми состояниями 0 и 1, имеющие несколько входов и два выхода,один прямой, а другой инверсный.

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3).

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Статические (потенциальные) триггеры, в свою очередь, подразделяются на две неравные по практическому значению группы — симметричные и несимметричные триггеры. Оба класса реализуются на двухкаскадном двухинверторном усилителе с положительной обратной связью, а названием своим они обязаны способам организации внутренних электрических связей между элементами схемы.

Симметричные триггеры отличает симметрия схемы и по структуре, и по параметрам элементов обоих плеч. Для несимметричных триггеров характерна неидентичность параметров элементов отдельных каскадов, а также и связей между ними.

Симметричные статические триггеры составляют основную массу триггеров, используемых в современной радиоэлектронной аппаратуре. Схемы симметричных триггеров в простейшей реализации (2х2ИЛИНЕ) показаны на рис. 4.

Основной и наиболее общий классификационный признак — функциональный — позволяет систематизировать статические симметричные триггеры по способу организации логических связей между входами и выходами триггера в определённые дискретные моменты времени до и после появления входных сигналов. По этой классификации триггеры характеризуются числом логических входов и их функциональным назначением (рис. 5).

Вторая классификационная схема, независимая от функциональной, характеризует триггеры по способу ввода информации и оценивает их по времени обновления выходной информации относительно момента смены информации на входах (рис. 6).

Каждая из систем классификации характеризует триггеры по разным показателям и поэтому дополняет одна другую. К примеру, триггеры RS-типа могут быть в синхронном и асинхронном исполнении.

Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала(ов), с некоторой задержкой равной сумме задержек на элементах, составляющих данный триггер.

Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.

Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Триггеры с динамическим управлением воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). Также встречается название «триггер управляемый фронтом».

Одноступенчатые триггеры (latch, защёлки) состоят из одной ступени представляющей собой элемент памяти и схему управления, бывают, как правило, со статическим управлением. Одноступенчатые триггеры с динамическим управлением применяются в первой ступени двухступенчатых триггеров с динамическим управлением. Одноступенчатый триггер на УГО обозначают одной буквой - Т.

Двухступенчатые триггеры (flip-flop, шлёпающие) делятся на триггеры со статическим управлением и триггеры с динамическим управлением. При одном уровне сигнала на входе С информация, в соответствии с логикой работы триггера, записывается в первую ступень (вторая ступень заблокирована для записи). При другом уровне этого сигнала происходит копирование состояния первой ступени во вторую (первая ступень заблокирована для записи), выходной сигнал появляется в этот момент времени с задержкой равной задержке срабатывания ступени. Обычно двухступенчатые триггеры применяются в схемах, где логические функции входов триггера зависят от его выходов, во избежание временны́х гонок. Двухступенчатый триггер на УГО обозначают двумя буквами - ТТ.

Триггеры со сложной логикой бывают также одно- и двухступенчатые. В этих триггерах наряду с синхронными сигналами присутствуют и асинхронные. Такой триггер изображён на рис. 1, верхний (S) и нижний (R) входные сигналы являются асинхронными.

Базовые понятия[править | править вики-текст]

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть лог. 0 или лог. 1.

Входы триггеров разделяются на информационные (R, S, T и др.) и управляющие (С, V). Информационные входы предназначены для приема сигналов запоминаемой информации. Названия входных сигналов отождествляют с названиями входов триггера. Управляющие входы служат для управления записью информации. В триггерах может быть два вида управляющих сигналов:

· синхронизирующий (тактовый) сигнал С, поступающий на С-вход (тактовый вход);

· разрешающий сигнал V, поступающий на V-вход.

На V-входы триггера поступают сигналы, которые разрешают (V=1) или запрещают (V=0) запись информации. В синхронных триггерах с V-входом запись информации возможна при совпадении сигналов на управляющих С и V-входах.

Работа триггеров описывается с помощью таблицы переключений, являющейся аналогом таблицы истинности для комбинационной логики. Выходное состояние триггера обычно обозначают буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t) либо (t-1) или после подачи сигнала (t+1) или (t). В триггерах с парафазным (двухфазным) выходом имеется второй (инверсный) выход, который обозначают как Q, /Q или Q'.

Кроме табличного определения работы триггера существует формульное задание функции триггера в секвенциальной логике. Например, функцию RS-триггера в секвенциальной логике представляет формула . Аналитическая запись SR-триггера выглядит так: .

Типы триггеров[править | править вики-текст]

RS-триггеры[править | править вики-текст]

RS-триггер асинхронный[править | править вики-текст]

Асинхронный RS-триггер с инверсными входами

RS-триггер^[10][11], или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы.

При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю. Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы не определено и зависит от реализации, например в триггере на элементах «или-не» оба выхода переходят в состояние логического «0», которое является неустойчивым и переходит в одно из устойчивых состояний при снятии управляющего сигнала с одного из входов.

RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами, отдельно управляемыми посредством стробов, разнесённых во времени. Также RS-триггеры часто используются для исключения так называемого явления дребезга контактов.

RS-триггеры иногда называют RS-фиксаторами^[12].

·

Условное графическое обозначение асинхронного RS-триггера.

·

Асинхронный RS-триггер на элементах 2И–НЕ.

·

Граф (математика)переходов асинхронного RS-триггера.

·

Карта Карноасинхронного RS-триггера.

·

Асинхронный RS-триггер на элементах 2ИЛИ-НЕ.

·

Условное графическое обозначение синхронного RS-триггера.

·

Схема синхронного RS-триггера на элементах 2И-НЕ.

·

Граф переходов синхронного RS-триггера.

·

Карта Карно синхронного RS-триггера.

RS-триггер двухступенчатый со сложной логикой[править | править вики-текст]

Рис. 1 Схема RS-триггера двухступенчатого со сложной логикой на элементах 2И-НЕ и 3И-НЕ

УГО данного триггера изображено на рис.1. Следует отметить, что на данном рисунке неправильно подается тактовый сигнал (На второй каскад тактовый сигнал должен подаваться с инверсией).

D-триггеры[править | править вики-текст]

D-триггеры также называют триггерами задержки(от англ. Delay).

D-триггер синхронный[править | править вики-текст]

Пример условного графического обозначения (УГО) D-триггера с динамическим синхронным входом С и с дополнительными асинхронными инверсными входами S и R

D-триггер (D от англ. delay — задержка^[13][14][15] либо от data^[16] - данные) — запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D и синхронизации С. После прихода активного фронта импульса синхронизации на вход С D-триггер открывается. Сохранение информации в D-триггерах происходит после спада импульса синхронизации С. Так как информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой. Рассуждая чисто теоретически, парафазный (двухфазный) D-триггер можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимноинверсные сигналы.

D-триггер в основном используется для реализации защёлки. Так, например, для снятия 32 бит информации с параллельной шины, берут 32 D-триггера и объединяют их входы синхронизации для управления записью информации в защёлку, а 32 D входа подсоединяют к шине.

В одноступенчатых D-триггерах во время прозрачности все изменения информации на входе D передаются на выход Q. Там, где это нежелательно, нужно применять двухступенчатые (двухтактные, Master-Slave, MS) D-триггеры.

·

Условное графическое обозначение D-триггера со статическим входом синхронизации С

D-триггер двухступенчатый[править | править вики-текст]

В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, при этом, в состоянии записи триггер "прозрачен", т.е. все изменения на входе триггера повторяются на выходе триггера, что может привести к ложным срабатываниям устройств стоящих после триггера. В двухступенчатом триггере две ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, все изменения на входе триггера во вторую ступень до сигнала перезаписи не попадают, затем, после перехода D-триггера первой ступени в режим хранения, информация переписывается во вторую ступень и появляется на выходе, что позволяет избежать состояния "прозрачности". Двухступенчатый триггер обозначают ТТ. Если первая ступень двухступенчатого D-триггера выполнена на статическом D-триггере, то двухступенчатый D-триггер называют двухступенчатым D-триггером со статическим управлением, а если на динамическом D-триггере, то двухступенчатый D-триггер называют двухступенчатым D-триггером с динамическим управлением. Общая схема двухступенчатого триггера

T-триггеры[править | править вики-текст]

Т-триггер (от англ. Toggle - переключатель) часто называют счётным триггером, так как он является простейшим счётчиком до 2.

Т-триггер асинхронный[править | править вики-текст]

Асинхронный Т-триггер не имеет входа разрешения счёта - Т и переключается по каждому тактовому импульсу на входе С.

T-триггер синхронный[править | править вики-текст]

Условное графическое обозначение (УГО) синхронного T-триггера с динамическим входом синхронизации С на схемах.

Синхронный Т-триггер^[17], при единице на входе Т, по каждому такту на входе С изменяет своё логическое состояние на противоположное, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер можно построить на JK-триггере, на двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере и на двух одноступенчатых D-триггерах и инверторе.

Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К.

В двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере инверсный выход Q соединяется со входом D, а на вход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение Q, то есть будет переключаться в противоположное состояние.

Работа схемы асинхронного двухступенчатого T-триггера с парафазным входом на двух парафазных D-триггерах на восьмилогических вентилях 2И-НЕ. Слева — входы, справа — выходы. Синий цвет соответствует 0, красный — 1

Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена на 2.

T-триггер двухступенчатый со сложной логикой[править | править вики-текст]

TV-триггер двухступенчатый со сложной логикой[править | править вики-текст]

JK-триггер[править | править вики-текст]

JK-триггер с дополнительными асинхронными инверсными входами S и R

JK-триггер^[18][19] работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — отключение) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход Kвыходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход Jвыходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.

На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К^[20].

Алгоритм функционирования JK-триггера можно представить формулой

·

Условное графическое обозначение JK-триггера со статическим входом С

·

Граф переходов JK-триггера

·

№16 Основные устройства цифровой техники: счетчики импульсов, сумматоры, регистры. Схемы, принцип работы.

Принцип действия

Цифровой счетчик импульсов - это цифровой узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов. Результат счета формируется счетчиком в заданном коде и может храниться требуемое время. Счетчики строятся на триггерах, при этом количество импульсов, которое может подсчитать счетчик определяется из выражения N = 2ⁿ - 1, где n - число триггеров, а минус один, потому что в цифровой технике за начало отсчета принимается 0. Счетчики бывают суммирующие, когда счет идет на увеличение, и вычитающие - счет на уменьшение. Если счетчик может переключаться в процессе работы с суммирования на вычитание и наоборот, то он называется реверсивным.

Счетчиками называют устройства для подсчёта числа поступивших на их вход импульсов (команд), запоминания и хранения результата счёта и выдачи этого результата. Основным параметром счётчика является модуль счёта(емкость) Kс. Эта величина равна числу устойчивых состояний счётчика. После поступления импульсов Kс счётчик возвращается в исходное состояние. Для двоичных счётчиков Kс = 2 m, где m – число разрядов счётчика.

Кроме Kс важными характеристиками счётчика являются максимальная частота счёта fmax и время установления tуст, которые характеризуют быстродействие счётчика.

Tуст – длительность переходного процесса переключения счётчика в новое состояние: tуст = mtтр, где m – число разрядов, а tтр – время переключения триггера.

Fmax – максимальная частота входных импульсов, при которой не происходит потери импульсов.

По типу функционирования:

- Суммирующие;

- Вычитающие;

- Реверсивные.

В суммирующем счётчике приход каждого входного импульса увеличивает результат счёта на единицу, в вычитающем – уменьшает на единицу; в реверсивных счётчиках может происходить как суммирование, так и вычитание.

По структурной организации:

- последовательными;

- параллельными;

- последовательно-параллельными.

В последовательном счётчике входной импульс подаётся только на вход первого разряда, на входы каждого последующего разряда подаётся выходной импульс предшествующего ему разряда.

В параллельном счётчике с приходом очередного счётного импульса переключение триггеров при переходе в новое состояние происходит одновременно.

Последовательно-параллельная схема включает в себя оба предыдущих варианта.

По порядку изменения состояний:

- с естественным порядком счёта;

- с произвольным порядком счёта.

По модулю счёта:

- двоичные;

- недвоичные.