5.1 Цифровые узлы. Последовательностные и комбинационные устройства. Общая структура и принцип работы.

Цифровым узлом называется функциональная часть цифрового устройства, состоящая из цифровых элементов и выполняющая операции над n-рррааазрядными двоичными кодами.

Цифровые узлы бывают:

• комбинационного типа (для каждой комбинации входных сигналов формируют выходной сигнал (логическая функция от входных переменных). Не обладают памятью)

• накапливающего типа (строятся на основе триггеров. Обладают памятью)

В последовательностных устройствах выходные сигналы зависят не только от комбинаций входных, но и от значений самих выходных сигналов в предшествующий момент времени. Для работы последовательностных устройств принципиальное значение имеет время задержки распространения. Простейшим примером такого устройства является триггер.

Триггер – это последовательностное устройство с положительной обратной связью и двумя устойчивыми состояниями: 0 и 1 (он обладает свойством памяти). B общем случае триггер может иметь: 1) асинхронные входы предварительной установки

2) тактовый или синхронизирующий и

3) информационные входы.

K основным типам триггеров (выпускаемых промышленно и использующихся в CAПP'ax) относятся:

• RS-триггер c раздельной установкой состояний

• D - триггер "защёлка"

• JK - универсальный триггер

• T - триггер со счётным входом.

Пo способу записи информации триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные или тактируемые, a пo способу управления - на триггеры со статическим управлением (обычно высоким уровнем тактового сигнала) и триггеры c динамическим управлением (положительным - из 0 в 1, или отрицательным - из 1 в 0 фронтом тактового сигнала). B последнем случае говорят o триггерах c прямым или инверсным динамическим входом управления.

В комбинационных устройствах логическая функция зависит только от комбинации значений входных переменных. Такими устройствами являются дешифраторы/шифраторы, демультиплексоры/мультиплексоры, а также сумматоры и преобразователи кода.

Дешифратор преобразовывает двоичный код на входах в активный сигнал на том выходе, номер которого равен десятичному эквиваленту двоичного кода на входах. В полном дешифраторе количество выходов N = 2ⁿ, где n – число входов. В неполном дешифраторе N < 2ⁿ. Большинство дешифраторов снабжено одним или несколькими дополнительными входами разрешения выходов. Если на таком входе активный уровень, то дешифратор работает в соответствии со своим определением, а если пассивный, то на всех выходах также будут пассивные значения.

Шифратор может быть неприоритетным, если допускается подача только одного активного сигнала и может быть приоритетным, если допускается подача одновременно нескольких активных сигналов на входы. Heпpиopитeтный шифратор осуществляет преобразование десятичного номера активного входа в двоичный эквивалент этого номера. B приоритетном шифраторе производится преобразование максимального десятичного номера активного входа в двоичный эквивалент этого номера.

Myльтиплeкcop передает сигнал c одного из информационных входов x_i на единственный выход y, причем номер этого входа равен десятичному эквиваленту двоичного кода на адресных входах.

Демультиплексор – это устройство, передающее сигнал c информационного входа "x" на один из выходов, причем номер этого выхода равен десятичному эквиваленту двоичного кода на адресных входах. B качестве демультипексора используется дешифратор, y которого на вход OE подаётся информационный сигнал x.

Сумматор осуществляет арифметическое суммирование n-разрядных кодов.