И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Возможности применения триггеров RS, D, JK и др. в цифровой технике весьма велики. Одним из типичных применений являются запоминающие регистры и регистры сдвига. Регистры сдвига используются для преобразования последовательной информации в виде последовательности импульсов в информацию, закодированную параллельно (или наоборот), а также для сдвига или задержки последовательной информации. Пример регистра такого типа, собранного из триггеров D, представлен на рис. 12.33. а, б с временными диаграммами.

Рис. 12.23. Схема (а) и временные диаграммы (б) регистра сдвига на триггерах D

На вход Т подается тактовый сигнал. Запись и сдвиг информации слева направо происходят в моменты изменения с Т = 0 на Т = 1 и основываются на том, что в триггер А записывается входной сигнал х, представляющий, например, последовательные биты двоичного числа, а в каждый последующий триггер Б, В… записывается состояние предыдущего триггера. Иначе говоря, после каждого тактового импульса происходит сдвиг информации на одно место вправо. Выходы А, Б, В дают информацию, закодированную параллельно, а выход всего регистра — информацию, называемую последовательной задержанной.

Существуют также регистры с соединенными входом и выходом, называемые кольцевыми регистрами, в которых записанная информация может циркулировать.

Другим важным примером применения триггеров являются счетчики.

Свойство триггеров, основанное на том, что они могут находиться в определенном устойчивом состоянии, изменяющемся только при подаче тактового импульса, используется также для создания счетчиков. Эти счетчики используются для деления частоты и разных арифметических действий, в том числе для счета импульсов.

В гл. 10 обсуждалось применение триггеров в схемах делителей частоты. Теперь рассмотрим с точки зрения цифровой техники схему, используемую в качестве счетчика.

На рис. 12.24, а представлена схема двоичного счетчика, построенного из четырех триггеров Т или JK, соединенных последовательно.

Рас. 12.24. Схема двоичного счетчика, состоящего из четырех триггеров Т (а), и его временные диаграммы (б)

Предположим, что в начальном состоянии перед счетом все триггеры находятся в состоянии 0. Первый импульс, появляющийся на тактовом входе первого триггера А, вызывает своим отрицательным фронтом изменение состояния его выхода с 0 на 1. Состояние второго триггера Б в это время не подвергается изменению, поскольку, для того чтобы вызывать его изменение, необходимо появление на его тактовом входе отрицательного фронта. Триггеры С и D также остаются в состоянии 0. При втором импульсе на входе триггера А произойдет изменение состояния триггера А, а возникающий при этом отрицательный фронт изменит состояние триггера Б с 0 на 1. Триггеры В и Г пока остаются в состоянии 0. Изменения состояний триггеров при очередных импульсах на тактовом входе триггера А лучше всего можно проследить на временных диаграммах счетчика, представленных на рис. 12.24, б. Их также можно свести в следующую таблицу состоянии (табл. 12.8)

Можно легко заметить, что состояния триггеров, записанные в последовательности Г — В — Б — А, представляют число входных импульсов, записанных в двоичном коде 8-4-2-1. Временные зависимости для рассматриваемого счетчика представлены на рис. 12.24, б.

Обсуждаемая схема частот входит в качестве типовой в состав более крупных счетных систем. Применяются также и другие схемы счетчиков, в том числе с большим числом триггеров, считывающие импульсы в различных кодах. Для сигнализации о состоянии счетчика используются соответствующие дешифрирующие схемы (например, в виде матричной схемы), обеспечивающие сигналы, которые приводят в действие схемы индикаторов состояния счетчиков (например, на лампах тлеющего разряда или на электролюминесцентных диодах). Счетчики находят широкое применение, в частности, во многих электронных приборах, например в частотомерах.

Это схемы, выполняющие операцию сложения двух чисел в двоичной системе. Поскольку другие арифметические операции можно также заменить сложением, например

35 — 25 = 35 + (— 25);

35·3 = 35 + 35 + 35,

то сумматоры используются для выполнения таких действий, как сложение, вычитание, деление, умножение. Сумматоры находят широкое применение в калькуляторах и цифровых электронных машинах. На практике сумматоры реализуются из простых логических элементов, таких как И — НЕ, ИЛИ — НЕ, и более сложных, например регистров сдвига, построенных из триггеров, которые в свою очередь выполняют из простых элементов чаще всего типа И — НЕ и ИЛИ — НЕ. Наиболее часто сумматоры собирают на интегральных микросхемах, изготовленных по технологии ТТЛ-схем.

Это схемы, служащие для хранения (запоминания) цифровой информации, закодированной в двоичном коде, и позволяющие воспроизводить эту информацию. Разработан большой набор интегральных микросхем, выполняющих функции запоминающих устройств.

Наипростейшими запоминающими устройствами обычно являются триггеры с двумя устойчивыми состояниями, которые образуют однобитовую ячейку памяти. Большую емкость памяти можно получить путем соединения друг с другом нескольких триггеров. Типичные интегральные микросхемы по технологии ТТЛ имеют емкость памяти 16 бит, а по технологии МОП — до 64 бит.

Существуют также и другие запоминающие устройства, например ферритовые, в которых информация запоминается в небольшом ферритовом сердечнике. Емкость ферритового запоминающего устройства зависит при этом от количества используемых сердечников.

Преобразователи ЦАП (цифро-аналоговые) заменяют цифровой сигнал аналоговым. В общем можно говорить, что их работа основана на суммировании выходных напряжений усилителей, управляемых цифровым сигналом. Преобразователи АЦП (аналого-цифровые) служат для замены аналогового сигнала цифровым. Схемы этих преобразователей и принципы их действия достаточно сложны.

В электронике используют много различных измерительных приборов. Большинство из них составляют электронные измерительные приборы, построенные на интегральных микросхемах, лампах, транзисторах, диодах, резисторах, конденсаторах и т. п. Используемые методы измерений тесно связаны с методами и процессами, применяемыми в электронике и радиоэлектронике, например с генерацией колебаний, детектированием, модуляцией, преобразованием, цифровой и вычислительной техникой и т. п. Измерительная техника развивается вместе с электроникой и является наилучшим отражением современного состояния развития. Выпускаемые в настоящее время электронные измерительные приборы характеризуются высокой точностью, стабильностью и надежностью.

Трудно выполнить однозначное разделение измерительных приборов на группы, поскольку критериев деления может быть очень много. Возможно разделение по частотным диапазонам, например приборы для измерения в области низких, средних, высоких и сверхвысоких частот.

Имеются некоторые основные группы измерительных приборов, используемых в каждой области техники и, в частности, в электронике. К ним относятся измерительные генераторы, частотомеры, вольтметры и осциллографы. Эти наиболее характерные для электроники измерительные приборы и будут рассмотрены ниже.

Измерительный генератор — это генератор синусоидальных колебаний с калиброванной частотой и уровнем мощности. Измерительный генератор обычно обеспечивает плавную перестройку частоты и входного напряжения. Исходя из назначения и диапазона частот различают измерительные генераторы звуковых частот, широкополосные (видеочастотные), а также высокочастотные и сверхвысокочастотные[29].

Генератор звуковых частот позволяет получать синусоидальные сигналы с частотами в пределах 20 Гц — 20 кГц. В более совершенных генераторах диапазон частот расширен в область как более низких (до нескольких герц), так и более высоких частот (до нескольких сотен килогерц). В генераторе с расширенным диапазоном частот, как правило, весь диапазон разбивается на несколько поддиапазонов, которые выбираются с помощью переключателя.