Главная страница
Контакты

    Басты бет


1сандық ҚҰрылғылардың математикалық негіздері 2 1 Санау жүйесі 2

жүктеу 0.91 Mb.



жүктеу 0.91 Mb.
бет14/14
Дата30.03.2017
өлшемі0.91 Mb.

1сандық ҚҰрылғылардың математикалық негіздері 2 1 Санау жүйесі 2


1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

5. САНАҒЫШТАР




5.1 Жалпы түсініктеме

Санағыш дегеніміз- бұл функционалды тізбектес құрылғы. Оның шығысындағы сигналдар комбинациясы С санау кірісіне импульстің активті ауысуы келіп түскенде белгілі бір заңдылықпен өзгереді. Шығыс сигналдарының өзгеру заңдылығы санағыштың ішкі күйін кодтаудың таңдалған әдісімен анықталады. Басқалардан қарағанда екілік, екілік-ондық, унитарлы кодтар жиі қолданылады. Осы кодтарды қолданатын санағыштар интегралды орындауда шығарылады және, сәйкесінше, екілік, екілік-ондық, сақиналық деп аталады. Санау кірісінен басқа санағышта оның мүмкіндіктерін кеңейтетін басқа да кірістері болуы мүмкін (бастапқы күйге құру, жұмысты шешу және т.б.).




Конструкторлық документацияның бірыңғай жүйесі (ЕСКД) С санау кірісін белгілеудің (және жалпы динамикалық ИМС кірістерін) бірнеше нұсқаларын ұсынады. Бұл нұсқалар 7.1-суретте көрсетілген : а) 0-ден 1-ге ауысу бойынша басқару (оң ауысу бойынша, фронт бойынша), және 7.1 б) суретінде- 1-ден 0-ге ауысу бойынша басқару теріс ауысу бойынша ( қайту (спад) бойынша ). Форма 1 суреті ең қолайлы болып табылады.
Санағыштың бастапқы күйін және пайдаланатын кодты біле тұра, шығыс сигналдарының комбинациясы бойынша оның санау кірісіне дәл сол мезетте келіп түскен импульстердің санын анықтауға болады. Сондықтан санағыштарды импульстерді санау үшін де қолдануға болады.

Санағыштың тұрақты күйінің (шығыстағы сигналдар комбинациясы) саны санаудың модулі немесе коэффициенті деп аталады. Санау модулі М деп белгіленеді және ол М модулі бойынша санағыш деп аталады. Санағышпен есептелуі мүмкін импульстердің максимал саны ( санағыш сыйымдылығы ) М-1 – ге тең.

Сыйымдылық (Емкость; capacity) - 1) компьютер жадына, сақтау құрылғыларына жазуға болатын мәліметтердің ең көп мөлшері (өлшем бірліктері: бит, байт, сөз немесе таңба). Биттермен, байттармен (Кб, Мб, Гб), символдармен немесе сөздермен өлшенеді; 2) байланыс арнасында - мәліметтер жеткізу (өткізу) мүмкіндігі (бір секундта өткізілетін мәліметтер көлемі); 3) машиналық сөздің немесе регистрдің ұзыңдығы.

Санау кірісіне кезекті М-1 – ден кейінгі импульстің активті ауысуы келіп түскенде, санағыш бастапқы күйге ауысады. Мұндай жағдай санағыштың толып кетуі деп аталады.

Санағыштың модулі қолданатын кодқа және санағыш шығысының санына байланысты. Шығыс саны «n» болғанда, санаудың максимал модулі екілік үшін « 2n» , ал сақиналық санағыш үшін «n» (шығыс саны разряд санына тең) тең. Екілік-ондық санағышта бір ондық разряд үшін төрт шығыс (декадалар) қажет және мұндай декадалардың максимал санау модулі – 10.

Егер санағыштың кірісіне f жиілікті импульстар тізімі берілсе, санағыштың толып кетуіне периодты түрде f/M жиілігімен пайда болады. Бұл қасиет жиілікті бөлу үшін қолданылады. Мұндай жағдайда шығыс сигналы соңғы разрядтан немесе толып кетуден қалыптасатын импульсі бар арнайы шығыстан түсіндіріледі. Сондықтан тек қана жиілікті бөлу үшін арналған санағыштарда бір негізгі шығысы болады және олар санағыш-бөлгіштер немесе сандық таймерлер деп аталады.

Қалпының өзгеру тәртібіне байланысты санағыштар қосып жинақтау (өспелі тәртіпте) және азайту (кемімелі тәртіпте) болады. Мысалы, қосып жинақтайтын екілік санағышта импульстің санау кірісіндегі әрбір активті ауысу осы санағышта жазылған санға бірді қосады, ал азайтатында бірге азайтады. Егер санағыш екі режимде де жұмыс істей алатын болса, онда ол реверсивті деп аталады. Интегралдық орындауда қосып жинақтайтын және реверсивті санағыштар шығарылады. Олардың қосып жинақтау режиміндегі бастапқы комбинациясы нөлдік, азайту режимінде М-1 .

Санағыштар триггерлерден құралады және түрлілігіне байланысты синхронды және асинхронды болып бөлінеді. Құрылымы бойынша асинхронды санағыштар тізбектес неесе параллель ауысуымен болуы мүмкін. Синхрондық санағыштар ең күрделі және жылдам әсер еткіш.

Жылдам әсер еткіштігі маңызды параметр болып табылады. жұмыс кезінде әлі жаңылу болмайтын екі активті ауысу арасындағы минималды уақытпен және активті ауысу пайда болып, жаңа күйдің (құру уақыты) құрау арасындағы уақытпен анықталады. Санаудың максималды жиілігі анықталады.

Көптеген санағыштардың бастапқы күйін қалауымызша өзгертуге болады. Бұл үшін оларда бастапқы күйді құрудың арнайы кірісі бар. Осы кіріске керекті бастапқы күйге сәйкес код комбинациясы және загрузканы басқару кірісі жіберіледі.

Асинхронды загрузкеасы бар санағыштарда ақпарат бастапқы күйді құру кірісінен загрузканы басқару кірісінде сигналдың активті деңгейі пайда бола салысымен-ақ шығысына көшіріледі.

Айтарлықтай барлық санағыштарда нөлдік күйге түсіру кірісі бар. Ол басқа кірістерге қарағанда басты басымдылыққа ие.

Санағыштар, өздік элементтер сияқты , әр түрлі сигналдардың санын есептеуге, жиілікті азайтуға, сондай-ақ түрлі құрылғыларды (сандық фазаайналдырғыштар, жиілік синтезаторы, т.б.) құру кезінде қолданылады.Қазіргі уақытта интегралдық орындауда шығарылатын санағыштар: тікелей байланысы бар асинхронды , параллелдік ауысуы бар асинхронды және синхронды.


5.2 Санағыштарды құру сызбасы.


Құрылымы бойынша ең қарапайым асинхронды екілік санағыштар болып табылады. Ол 7.2-суретінде көрсетілгендей, бір-біріне тізбектей жалғанған асинхронды Т-триггерлерден тұрады.

Б
ір триггердің шығысы екінші триггердің кірісіне жалғанған бұл сызба тікелей байланысы бар сызба деп аталады. Екілік санағыштарда қолданбалы триггерлердің саны разряд санына тең болады.



5.2-сурет. Тікелей байланысы бар санағыш.

5.3-сурет 5.4-сурет
Санағыштың жұмысын уақыттық диаграммамен түсіндірген ыңғайлы. Қарастырылып отырған санағыш үшін мұндай диаграмма 5.4-суретте келтірілген. Санағыштың бастапқы күйі нөлдік. Бірінші триггердің кірісінде 1-ден 0-ге ауысу пайда болғанда ол нөлден бірге аусысады (t1). Бірінші триггердің кірісінде екінші 1-ден 0-ге ауысу пайда болғанда ол

бірден нөлге ауысады, ол екінші триггердің кірісінде 1-ден 0-ге ауысуды тудырады, ол нөлден бірге ауысады (t2). Үшінші 1-ден 0-ге ауысу пайда болғанан кейін бірінші триггер қайтадан ауысады және т.с.с. Диаграммадан байқайтынымыздай, сегізінші импульстан кейін толып кету жүреді де, санағыш қайтадан алдыңғы қалпына құрылады.

Санағыштың кезектес жұмысын сондай-ақ күй кестесінен де (ауысу функциялары) көруге болады. Қарастырылып отырған сызба үшін бұл кесте 5.3-суретте келтірілген. Бірінші бағанда күйдің нөмірі көрсетілген, екіншіде шығыстың импульстің активті ауысуы келіп түскенге дейінгі мәні, үшіншіде - келіп түскеннен кейінгі мәні келтірілген.

Сызбада 5.2-суретте триггерлер бірінші триггердің кірісіндегі активті ауысуға қатысты t=n*t3 уақыт ішінде тізбектей ауысады. Мұндағы n – триггерлер саны, t3 - бір триггердің қайта қосылу уақыты. Бұндай сандардың жылдам әсер етуі разрядтар санына тәуелді және олардың саны ұлғайса, жылдам әсер еткіштігі төмендейді.

Бұл кемшілікке қарамастан, өзінің қарапайымдылығының және жеңіл өсімшілдігінің арқасында мұндай санағыштар кеңінен қолданыста жүреді.

Тікелей байланысты К1533 екілік санағыштың ШГБ-уі және оның құрылым сызбасы 5.5-суретте келтірілген. Санағышта екі С0 мен С1 санау кірісі бар және екі құру R1, R2 кірісі бар. Триггерлерден құрылған (DD2-DD4) құрылған тізбек сегізге санағыш-бөлгішті құрайды, DD1 триггері жекеленген екіге бөлгіш сияқты жұмыс істейді. Егерр барлық триггерлерді тізбектей қосатын болсақ, Q0 шығысы С1 кірісіне қосылғанда, санау модулі 16 болатын санағыш пайда болады.




5.5 - сурет а) ШГБ және б) К1533ИЕ5 санауыштың структуралық сызбасы
Тікелей байланысы бар санауыштардағы шапшаңдылықты жоғарылату үшін параллелді тасымалдауды пайдаланады. Санауышты құру принципі және оны пайдалану 5.6. суретінде көрсетілген.



5.6 сурет. Паралллелді тасымалдайтын санауыш
Мұнда, триггердің шығысы келесі триггердің кірісімен ЖӘНЕ(И) элементі арқылы біріккен, және әрбір келесі ЖӘНЕ(И) элементіне кіші разрядты триггерлермен байланысқан барлық алдыңғы ЖӘНЕ(И) элементінің шығыстары қосылған.

Кіріс импульсінің 1-ден 0-ге ауысуы (перепад) барлық ЖӘНЕ элементіне түседі және тек сол сәтте басқа кірістерінде бірлік мәні бар ЖӘНЕ элементтері арқылы ғана триггерлердің кірісіне бірінші триггер бірмезетті өтеді. Мысалы, санауыш 5.3. суреттегі кестенің 5 жолына сәйкес келетін күйде болсын. Бұл жағдайда бірлік бірінші және үшінші триггерлердің шығыстарында болады. Кірісте 1 пайда болғанда 0-ден 1-ге ауысу (перепад) болады, бірлік тек қана бірінші ЖӘНЕ элементінің кірістеріне орналасады (екінші триггердің шығысында, яғни екінші ЖӘНЕ элементінің шығысында да нөл болады). Сондықтан, кірісте 1 пайда болғанда 1 ден 0 ге ауысу кезінде тек бірінші және екінші триггер ғана ауыстырып қосылады және санауыш 5.3. суреттегі кестенің 6 жолына сәйкес келетін 110-шы күйге ауысады.

Соңғы ЖӘНЕ(И) элементінің шығысында тасымалдау импулсі қалыптасады, ол санауыштардың өсуі үшін қолданылады.

Кіріс импулсіне қатысты соңғы триггердің іске қосылу уақытының кідірісі мұндай сызбада триггерлер санынан тәуелсіз және ол ЖӘНЕ элементіндегі сигналдың уақыт кідірісімен ғана анықталады. Бұл санауыштың кемшілігі тасымалдау сызбасының қиындатылуы мен санауыштың разрядтылығының көбеюінен ЖӘНЕ(И) элементінің шығысындағы жүктеменің өсуі, сонымен қатар, ЖӘНЕ(И) элементімен анықталатын кідіріспен бірге триггерлерлердің ауыстырып қосылуы.

Мұндай санауышқа үлгі ретінде 5.7 суретте көрсетілген К555ИЕ7 санауышы бола алады. Бұл реверсивті төртразрядты екілік санауыш. « 1», «–1» кірістері – қосындылау немесе алып тастау операциясын орындайтын есептеу кірістері. Тактілі импульстің кірісіне « 1» бергенде санауыштың шығыстарында Q1, Q2, Q3, Q4 екілік код 1-2-4-8 пайда болады. Барлық триггерлер бірлік күйінде болғанда келесі он алтыншы тактілі импульс(төменгі деңгейлі сигнал) тасымалдау шығысына өтеді (P ³ 15 қорытынды).

5.7 сурет Параллельді тасымалды санауыш К555ИЕ7
С
инхронды санауыштарда барлық триггерлерді бірмезетті ауыстырып қосуға болады. Оларда синхронды Т және динамикалық D триггерлері пайдаланылады. Мұндай санауыштың структуралық сызбасы 5.8. суретте көрсетілген.

5.8 сурет


Мұнда кіріс импульстері триггерлердің синхронды кірістеріне түседі(беріледі). Информационды кірісте кіріс импулсінің активті ауысуы (перепад) пайда болғанда сигнал деңгейі орнатылады, ол осы триггердің қосылу қосылмауын анықтайды. Кірісте активті ауысу(перепад) пайда болғанда, санауыш элементіндегі өту(ауысу) процесі аяқталу керек және барлық триггерлер бірмезетті ауыстырылып қосылу керек (егер триггерлердің өздерінің ауыстырылып қосылу уақытын ескермесек).

Мысалы, санауыш 5.3 суреттегі 5 жолға сәйкес келетін күйде болсын және СЕ кірісінде бірлік мәні бар. Бұл жағдайда бірлік мәні тек қана бірінші ЖӘНЕ(И) элементінің барлық кірістерінде болады(себебі екінші триггердің шығысында нөл) және бірінші және екінші триггерлердің информационды кірістерінде бірлік мәні орналасады, ал үшінші триггердің кірісінде нөл болады. Осылайша активті ауысу кірісінде 1 пайда болғанда бірінші және екінші триггерлер ауыстырып қосылады және санауыш 110 күйіне өтеді.

СЕ кірісі берілген санауыштың триггерлерін ауыстырып қосуға рұқсат ететін кіріс болып табылады және ол есептеуге рұқсат ету кірісі деп аталады. Барлық триггерлер және СЕ кірісі бірлік күйінде болғанда СР шығысында сигналдың активті деңгейі қалыптасады. Санауыштарды өсіру кезінде СР шығысы келесі санауыштың СЕ кірісіне қосылады және тасымалдау шығысы деп аталады.

Синхронды санауышқа үлгі ретінде 5.9 суретте көрсетілген К555ИЕ7 санауыш бола алады. Бұл реверсивті төрт разрядты екілік-ондық(есептеу модулі 10-ға тең) информацияны синхронды параллелді жазатын синхронды санауыш.


V2 кірісіне логикалық 0 бергенде микросызба Dl – D8 кірістерінен информацияны параллелді жазу тәртібіне ауысады. Жазба синхронды және С кірісіндегі тактілі импульс шебі бойынша болады.

Р2 тасымалдау шығысында логикалық 1 пайда болады, егер санауыш 9 күйінде болса, ал P1 кірісінде логикалық 1 бар болса.




Азайту санауышының құрылу сызбасы 5.10 – суретте көрсетілген. Тасымалдау сигналы әрбір алдыңғы триггердің инверсті шығысынан алынған, қосындылайтын санауыштағы сияқты санауыштың күйі(қалпы) туралы информация триггерлердің тура(тікелей) шығыстарынан алынады.




Бірінші тактілі импульстен кейін бірінші триггер қосылады. Q1 ­шығысында пайда болатын 1/0 ауысу(перепад) екінші триггердің кірісіне түсіп, оны іске қосады. Осыған ұқсас екінші триггерден үшінші триггерге тасымалданады, одан кейін төртінші триггерге, нәтижесінде бірінші импульстен кейін санауыш 1111 (N=15) күйінде болады. Әрбір келесі импульстің келуімен санауыштағы қосынды бір мәнге азайып отырады. 16-шы импульстен кейін санауыш нөлге ие болады. Q4 шығысында тасымалдау сигналы қалыптасады. 5.11-суретте азайту санауышының уақытша жұмыс істеу диаграммасы көрсетілген.
Азайту санауыштары жекелей шығарылмайды, себебі реверсивті санауыштар қосу тәртібінде де, азайту тәртібінде де жұмыс істей алады.


5.11-сурет. Азайту санауышының уақытша жұмыс істеу диаграммасы.

5.3 Есептеу модулі ерікті санауыштар


Интегралды тұрғыда атқарылып шығарылған санауыштар бекітілген есептеу модуліне ие. Бірақ бекітілген модульден басқа модулге қажеттілік жиі туындайды. М модулі бойынша дайын санауышқа ие бола отырып, модулі аз санауышты екі әдіспен алуға болады.

Бірінші әдіс, санауыш толып кетпей тұрып оны бастапқы күйіне босату. Бұл үшін санауыш шығысына күй детекторы қосылады, ол есептеу соңындағы қажетті комбинация пайда болғанда босату сигналын өңдейді. Күй детекторы ретінде дешифраторды, сандық компаратор немесе ЖӘНЕ(И) элементін пайдалануға болады. 5.12 суретте ЖӘНЕ(И) элементін пайдалану сызбасы көрсетілген.



5.12 - сурет 5.13-сурет




1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

  • 5.2 Санағыштарды құру сызбасы.
  • 5.3 Есептеу модулі ерікті санауыштар

  • жүктеу 0.91 Mb.