Узлы и устройства, элементы памяти для цифровых СУ ЭП
Логические узлы предназначены для осуществления различных логических операций над дискретными электрическими сигналами. К ним относятся
распределители импульсов, шифраторы, дешифраторы и мультиплексоры.
Распределитель импульсов представляет собой цифровой узел, который обеспечивает распределение одноканальной последовательности импульсов по нескольким выходам, при этом единичный сигнал Yt на п-м выходе появляется при исчезновении сигнала Y., на предыдущем (п - 1)-м выходе распределителя, а снимается сигнал Y. входным (тактовым) импульсом. В качестве распределителей импульсов обычно используют регистры сдвига а также асинхронные и синхронные счѐтные схемы. Пример реализации распределителя на четырех D-триггерах приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Распределитель импульсов
Предположим, что в исходном положении на выходе первого триггера имеется единичный сигнал У, = 1. Приход на вход С первого входного (тактового) импульса Хс (см.рисунок 2) приведет к исчезновению сигнала с выхода первого триггера (У1 = 0) и появлению сигнала на выходе второго (У2= 1). При поступлении следующего импульса сигнал У2 станет равен нулю, а сигнал У3,- единице и т.д. С выхода четвертого триггера сигнал по цепи обратной связи поступит на вход первого триггера и цикл повторится. Отметим, что частота распределения импульсов по каждому выходу распределителя У1,... У4 определяется соотношением
f = fjn,
где п - число триггеров распределителя; fjn т - частота тактовых импульсов.
Временные диаграммы работы распределителя импульсов представлены на рисунке 2
Рисунок 2 - Временные диаграммы работы распределителя импульсов
Дешифратор (декодер) осуществляет такое преобразование сигнала на п входах, при котором на одном его выходе вырабатывается сигнал, равный единице, а на всех остальных сохраняются сигналы, равные нулю. Обратную операцию выполняет шифратор, преобразующий единичный сигнал на одном из входов в двоичное число на нескольких выходах.
Мультиплексор - это цифровой узел, обеспечивающий передачу сигналов с нескольких входных линий на одну выходную. Выбор входной линии производится с помощью управляющего импульсного сигнала (кода), подаваемого на управляющие входы мультиплексора.
К вычислительным устройствам относятся счетчики, сумматоры и компараторы (устройства сравнения).
Сумматор - это цифровой узел, выполняющий операцию сложения двух чисел. Схема одноразрядного сумматора, приведенная на рисунке 1, а, осуществляет сложение двух одноразрядных чисел а и b по двоичной системе:
| 0 + 0 = | 0, | S = 0, | Р = о, |
| 0 + 1 = | 1, | S = 1, | Р = о, |
| 1+0 = | 1, | S = 1, | р = о, |
| 1 +1 = | 10, | S = 0, | р = 1. |
Здесь при сложении двух единиц результат представляется в двухразрядной форме: S = 0 - в данном разряде и Р = 1 - перенос в следующий, более старший, разряд. Таким образом, для произвольного п-го разряда суммирование должно производиться с учетом трех слагаемых –А, В и Р -являющегося результатом переноса из предыдущего разряда. Для примера на рисунке 1,6 приведена схема четырехразрядного сумматора.
Рисунок 1
Сумматоры позволяют осуществлять и операцию вычитания, заменяя ее операцией сложения уменьшаемого с поразрядным дополнением вычитаемого.
Компаратор - это цифровой узел, выполняющий функцию сравнения двух чисел Ап и Вп. В результате этого сравнения определяется истинность одного из соотношений: Ап - Вп; Ап > Вп; Ап < Вп, каждое из которых фиксируется единичным сигналом на соответствующем выходе. Принцип действия одноразрядного компаратора при сравнении двух одноразрядных чисел а и b поясняет таблица 1.
Сравнение разрядных чисел производится поразрядно, после чего с помощью дополнительной логической схемы осуществляется анализ результатов сравнения, начиная со старшего разряда.
Таблица 1
| а | в | Y,(a = в) | Y (а > в) | Y {а < в) |
Устройства памяти предназначены для запоминания, хранения и выдачи информации. К ним относятся регистры, матрицы-накопители и запоминающие устройства.
Регистр предназначен для записи, запоминания и выдачи многоразрядного двоичного числа и выполнения над ним некоторых несложных логических операций.
Матрица-накопитель представляет собой узел памяти с более высоким объемом запоминаемой информации по сравнению с регистром. Основу матрицы составляют триггеры, способные запомнить 1 бит информации (одноразрядное двоичное число). Многоразрядная матрица состоит из одноразрядных матриц, соединенных параллельно. Ввод и вывод информации осуществляется через внутренние шины данных (ШД), соединяющие все ячейки матрицы, при подаче соответствующих сигналов на запись или считывание. Эти сигналы подаются на ячейки по шинам управления (ШУ) от специального коммутирующего устройства.
Разновидностью матрицы-накопителя более высокого функционального уровня является программируемая логическая матрица (ПЛМ). Ее назначение состоит в формировании требуемой логической функции управления ЭП. На вход ПЛМ через соответствующие блоки согласования подается информация от внешних устройств управления, защиты и блокировок ЭП - кнопок управления, реле, конечных выключателей и др. В соответствии с требуемой программой, реализуемой схемой соединения логических и диодных элементов, ПЛМ преобразует получаемую информацию в логический сигнал управления, подаваемый через блоки согласования на исполнительные элементы ЭП.
Запоминающее устройство (ЗУ) предназначено для хранения больших объемов информации. ЗУ, обеспечивающие многократные запись и считывание информации, получили название оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Особенность ОЗУ состоит в том, что оно хранит информацию только при наличии питания, а при его исчезновении информация теряется.
ЗУ, предназначенные для постоянного хранения записанной информации, получили название постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Эти устройства способны сохранять записанную в них информацию и при потере питания. Для ПЗУ характерны большой объем хранимой информации, более простые по сравнению с ОЗУ схемы и меньшее энергопотребление.
Вопросы для самоконтроля
1.Что относится к логическим цифровым узлам
2. Что понимается под распределителем импульсов?
3.От каких параметров зависит частота распределения импульсов
4.Что понимается под декодером
5.Что понимается под мультиплексором
6.Что относится к устройствам памяти
7. Разновидности запоминающих устройств
8. Назначение ПЛМ
9. Что относится к вычислительным устройствам
10.Какую функцию выполняет компаратор
11.Из каких логических элементов реализован одноразрядный сумматор