Комбинационные устройства

Логический элемент НЕ (инвертор) (рис. 1). Инвертор имеет один вход X и один выход Y. Сигнал на его выходе всегда противоположен входному.

Логический элемент И-НЕ (рис. 2). Элемент И-НЕ может иметь два и более входов и один выход. Напряжение низкого уровня (состояние логического нуля) существует на выходе только при напряжениях высокого уровня (состояниях ло­гических единиц) на всех его входах. При наличии на любом входе хотя бы одного напряжения низкого уровня на выходе будет напряжение высокого уровня. Эле­мент И-НЕ часто используется как схема совпадения сигналов. На рис. 3 в ка­честве примера приведена схема совпадения двух сигналов - сигнала шайбы 1)_ш и сигнала игрока и_и при игре в " Хоккей", и временная диаграмма работы схемы совпадения.

Логический элемент И-ИЛИ-НЕ (рис. 4). Элемент И-ИЛИ-НЕ в общем слу­чае состоит из нескольких элементов И, многовходового элемента ИЛИ и инверто­ра. При совпадении положительных сигналов на каком-либо элементе И элемент И — ИЛИ — НЕ переключается в нуль вне зависимости от состояния уровней на ос­тальных входах,

               

Рис. 1. Условное изображение эле­мента НЕ и его таблица истинности

Рис. 2. Условное изображение двух-входового элемента И — НЕ и его таблица истинности

Рис. 3. Пример построения схемы совпадения двух сигналов и временная диаграм­ма ее работы

Рис. 4. Условное изображение элемен­та И — ИЛИ — НЕ и его таблица истин­ности

Рис. 5. Условное изображение, цоколевка и таблица истинности дешифратора К134ИД6

Дешифратор (рис. 5). Дешифратор представляет собой устройство, преобразую­щее совокупность сигналов на входах (входной вход) в импульс на одном из выходов (выводы 16 и 8 не несут логической информации). В частности, для телеви­зионных игр дешифратор преобразует входной параллельный четырехразрядный код в код десятичной системы счисления. Особенность рассматриваемого дешифра­тора заключается в том, что его входы прямые, т.е. для правильной работы на вход необходимо подать положительные сигналы, соответствующие напряжению высо­кого уровня, в то время как сигнал на выходе инверсный, т.е. соответствует на­пряжению низкого уровня.

Рис. 6. Условное изображение, цоколевка и таблица истинности мультиплексора типа К134КП10

Рис. 7. Схема устройства сравнения кодов двух чисел и его таблица истинности

 

Мультиплексор (рис. 6). Мультиплексор - устройство, коммутирующее не­сколько входных сигналов на один выходной канал. Мультиплексор имеет восемь информационных входов, три адресных входа и один инверсный выход (выводы 4 и 11 не несут логической информации). В зависимости от адресного набора сиг­нал только одного выбранного входа проходит на выход мультиплексора. Наибо­лее эффективно мультиплексоры могут быть применены в знаковых генераторах игровых приставок для развертки сигналов логической матрицы по оси телеви­зионного растра.

Рис. 8. Логическая структура (а), условное изображение (6) и таблица состоя­ний асинхронного RS -триггера на элементах И — НЕ

Устройство сравнения кодов (рис. 7). Работу одноразрядного устройства срав­нения кодов на микросхемах К136ЛАЗ и К136ЛР1 удобно проследить по таблице истинности. Микросхема К155ЛП5 (К133ЛП5) содержит четыре таких устройства, однако ее применение ограничено из-за относительно значительного потребления мощности. В телевизионной игре " Скачки" использованы шестиразрядные устрой­ства сравнения.

 

Триггеры

 

Триггер представляет собой устройство, состоящее из ячейки памяти с ло­гическими схемами управления. Схемы управления преобразуют входную информацию в комбинацию сигналов, под воздействием которых триггер принимает одно из двух устойчивых состояний, в каждом из которых он может находиться сколь угодно долго, пока не произойдет смена информации на его входах. Более подроб­но триггеры описаны в [8].

RS -триггер (рис. 8). Асинхронный RS-триггер выполнен на двух элементах И — НЕ, замкнутых в кольцо. Два устойчивых состояния обеспечиваются в резуль­тате связи выхода каждого элемента с одним из входов другого. Свободные входы служат для управления триггером и называются информационными: вход S — это вход установки триггера в состояние логической единицы, а вход R — вход уста­новки триггера в состояние логического нуля. Входы инверсные, т.е. для измене­ния состояния триггера на один из входов подается напряжение низкого уровня. Выходов у RS-триггера также два: прямой (единичный) Q и инверсный (нулевой) Q. Таблица состояний RS-триггера приведена на рис. 8, в. Следует отметить, что наличие напряжений низкого уровня на обоих входах триггера данного типа явля­ется запрещенной комбинацией, так как состояние триггера для этого случая пос­ле снятия сигналов будет неопределенным.

В телевизионных играх часто используется разновидность RS-триггера, выпол­ненного на микросхемах D1 (К136ЛАЗ) и D2 (К136ЛН1) (рис. 9). Триггер уста­навливается в состояние логической единицы в момент совпадения сигналов x_w х₂ на элементе D1.1. В исходное состояние триггер возвращается импульсом, сформированным по срезу входного отрицательного импульса х₃. С прямого выхода триггера снимается положительный импульс требуемой длительности.

D -триггер. Характерная особенность D-триггера — наличие у него лишь одного информационного входа. Сигнал на выходе триггера в текущем такте повторяет значение сигнала на входе D в предыдущем и сохраняет его до следующего такта. Другими словами, D-триггер задерживает на один такт информацию на входе D.

Рис. 9. Принципиальная схема RS -триггера, часто применяемого в телевизионных играх, и временная диаграмма его работы

Рис. 10. Условное изображение комбинированного D -триггера и временная диаграм­ма его работы

Рис. 11. Схема соединения D -триггера для работы в счетном режиме и его времен­ная диаграмма

 

Условное обозначение комбинированного D-триггера типа К136ТМ2 приведено на рис. 10. Триггер данного типа помимо информационного входа D имеет динами­ческий тактовый вход С (вход синхронизации). Входы S и R — входы асинхронной установки D-триггера в единичное и нулевое состояние. Управление по входам S и R ничем не отличается от аналогичного управления в асинхронном RS-триггере. В телевизионных игровых приставках D-триггер используется исключительно в счетном режиме. Счетный режим достигается в результате соединения D-входа с инверсным выходом триггера. При этом каждый импульс на входе синхронизации будет вызывать изменение состояния триггера, поскольку сигнал на входе D будет всегда противоположен сигналу на единичном выходе. Схема включения D-триггера в счетный режим и временная диаграмма его работы приведены на рис. 11. Счетный триггер является счетчиком с коэффициентом пересчета 2 или, что то же самое, де­лителем частоты на 2.

Рис. 12. Условное изображение и временная диаграмма работы комбинированного JK -триггера

JK -триггер. JK-триггер является универсальным. Условное обозначение комби­нированного JK-триггера на микросхеме типа К136ТВ1 приведено на рис. 12. Вхо­ды S и R — асинхронные установочные, подобные установочным входам в D-триг-гере (см. рис. 10). При наличии сигнала на входе синхронизации (вход С) входы J, объединенные по схеме И, играют роль входа S, а входы К, также объединенные по схеме И, — роль входа R. Запись по входам J и К производится по срезу импульса синхронизации. При наличии единичных сигналов на входах J и К сигнал на входе синхронизации инвертирует выходное состояние JK-триггера. Так, если на выходе JK-триггера было состояние логического нуля, то после действия сигнала синхро­низации на данном выходе установится логическая единица и наоборот.

Счетчики

Двоичный четырехразрядный счетчик (рис. 13). Счетчик импульсов (де­литель частоты) — это устройство, предназначенное для счета числа импульсов, по­ступающих на его вход. Счетчик, выполненный на микросхеме К133ИЕ5, состоит из отдельного триггера со счетным входом и трех последовательно соединенных таких же триггеров, образующих счетчик с коэффициентом пересчета 8. Если со­единить выводы 12 и 1, то можно получить счетчик с коэффициентом пересчета 16, работающий в коде 1 — 2 — 4 — 8. Триггеры счетчика устанавливаются в состояние нуль при подаче положительных сигналов на входы R_o счетчика (выводы 2, 3). Полярность входных счетных импульсов, подаваемых на входы С1 и С2, положи­тельная. Триггеры счетчика переключаются по срезу входных счетных импульсов.

Рис. 13. Условное изображение двоичного четырехразрядного счетчика и временная диаграмма его работы

 

Двоично-десятичный четырехразрядный счетчик (рис. 14). Счетчик выполнен на микросхеме К133ИЕ2 и состоит из отдельного счетного триггера и трех последова­тельно соединенных таких же триггеров с обратными связями, образующих счет­чик с коэффициентом пересчета 5. При объединении выводов 12 и 1 счетчик обеспе­чивает коэффициент пересчета 10. Счетчик устанавливается в состояние логическо­го нуля при подаче на входы R_o (выводы 2, 3) напряжения высокого уровня (ло­гической единицы). Установка счетчика в состояние 1001 в телевизионных играх не используется. Полярность входных счетных импульсов на входах С1 и С2 поло­жительная. Счетчик работает в коде 1 — 2 — 4 — 8.

Четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик (рис. 15).Счетчик выполнен на микросхеме К133ИЕ7. Он работает в коде 1 — 2 — 4 — 8 с коэффициентом деления 16. В отличие от рассмотренных ранее счетчиков, данная микросхема имеет боль­шее число входов и выходов. Вход R_o служит для установки счетчика в исходное (нулевое) состояние. На вход С при этом должно быть подано напряжение высоко­го уровня. Установка счетчика в состояние логического нуля производится при по­даче положительного сигнала на вход R,,. В остальное время работы на входе R,, должно быть напряжение низкого уровня. Предварительная запись в счетчик любо­го числа от 0 до 15 по входам D1, D2, D4, D8 (D8 — старший разряд) возможна при подаче на вход С отрицательного импульса.

 

 

Рис. 14. Условное изображение двоично-десятичного счетчика и временная диаграм­ма его работы

Рис. 15. Условное изображение и временная диаграмма работы двоичного реверсив­ного счетчика

 

Режим предварительной записи используется в игровой приставке " Скачки" для установки изображений лошадей на линию старта. Прямой счет происходит при подаче отрицательных импульсов на вход +1. На входах — 1 и С при этом долж­ны быть единичные сигналы. Триггеры счетчика переключаются по срезам входных импульсов. Одновременно с каждым 16-м импульсом на выходе > 15 формируется отрицательный импульс, который может подаваться на вход +1 следующего счет­чика. При обратном счете входные импульсы подают на вход — 1 (при единичных уровнях на входах +1, С), а выходные импульсы снимают с выхода < 0.

Рис. 16. Принципиальная схема и условие изображения шестиразрядного реверсив­ного счетчика

Рис. 17. Условное изображение и временная диаграмма работы компаратора

 

В телевизионной приставке " Скачки" используются шестиразрядные реверсив­ные счетчики (рис. 16). Функционирование шестиразрядного счетчика ничем не отличается от рассмотренного ранее счетчика на микросхеме К133ИЕ7.

 

Компараторы

 

Помимо цифровых микросхем в игровой приставке " Хоккей" примене­ны компараторы, выполненные на микросхеме К521САЗ (рис. 17). Напряжение питания компаратора +5 В соответствует напряжению питания цифровых микро­схем, а его выходные напряжения соответствуют стандартным логическим уров­ням (нуль и единица) рассмотренных микросхем. Компаратор имеет два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и один выход. Инвертирующий вход обоз­начен знаком —, а неинвертирующий — знаком +. Напряжение на выходе компара­тора принимает значение логического нуля или единицы в зависимости от того, пре­вышает ли входное напряжение (в данном случае на входе — ) опорное (на вхо­де +). Подробнее работа компараторов рассмотрена в [9, 10].

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: