Sekwencyjne układy logiczne (A – 10)

POLITECHNIKA L SKA W GLIWICACH
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT: MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
Sekwencyjne układy logiczne
Laboratorium automatyki
(A – 10)
Opracował: mgr in . Daniel W cel
Sprawdził: dr in . Jerzy Widenka
Zatwierdził: dr hab. in . Janusz Kotowicz
1
1. Wprowadzenie
Układy sekwencyjne
W układach sekwencyjnych aktualny stan wyj cia Qn zale y nie tylko od
kombinacji wej a, b, c, ..., ale równie od stanu wyj cia Qn-1 poprzedzaj cego stan
aktualny Qn = f (a, b, c,..., Qn-1), inaczej aktualna warto sygnałów wyj ciowych Q1,
Q2,... w chwili tk o znaczonej numerem k zale y nie tylko od warto ci sygnałów
wej ciowych a, b, c,... w tej samej chwili k, lecz tak e od warto ci sygnałów
wej ciowych w chwilach wcze niejszych. Układy sekwencyjne nazywane s
równie układami z pami ci - najprostsze z nich to przerzutniki. Elementy pami ci
najcz ciej realizuje si przez zastosowanie układu ze sprz eniem zwrotnym. W
przypadku układu przeka nikowego zapami tanie stanu uzyskuje si przez
wł czenie pary zestyków w obwód cewki przeka nika, natomiast w przypadku
elementów bezstykowych stosuje si sprz enie zwrotne, jak np. przerzutniki RS.
1.1. Przeka nikowy układ sekwencyjny
Q n = R n (S n + Q n −1 )
rys.1.1 Schemat układu przeka nikowego z pami ci (z priorytetem wył czenia)
+
S
Q
-
Q n = S n + R n ⋅ Q n −1
Q
R
rys.1.2 Schemat układu przeka nikowego z pami ci (z priorytetem zał czenia)
S, R - przyciski niestabilne S=1, R=1 - naci ni cie przycisku
Q - cewka przeka nika Q=1 - jest napi cie na cewce
rys.1.3 Wykres czasowy pracy układu
2
Na podstawie wykresu czasowego mo na opisa działanie układu za pomoc
nast puj cej tabelki stanów:
S R Qn
0 0 Qn-1
0 1 0
1 0 1
1 1 Przy kombinacji S=R=1 stan cewki jest nieokre lony, czyli kombinacja ta jest
niedozwolona.
2. Układy sekwencyjne – przerzutniki
S
Q
wej cie
zegarowe
C
wyj cia
wej cia informacyjne
wej cia programuj ce
Podstawowym elementem układów sekwencyjnych jest funktor, którego
podstawow funkcj jest pami tanie jednego bitu informacji, zwany przerzutnikiem.
Stan na wyj ciu przerzutnika zale y od: stanów wej i poprzedniego stanu
wyj ciowego.
Q
R
rys.2.1 Symbol graficzny przerzutnika
Wej cia programuj ce: ustawiaj ce S (Set) i zeruj ce R (Reset) zwane równie
odpowiednio Preset i Clear. S one zawsze wej ciami asynchronicznymi – działaj
niezale nie od podawanych na wej cie zegarowe sygnałów taktuj cych.
2.1. Przerzutniki SR i S'R'
Przerzutnik SR wykonany jest z bramek NOR i jest półprzewodnikowym
odpowiednikiem układu przeka nikowego z p. 1.1.
R
= R (S + Q n −1 )
S
= S (R + Q n −1 )
R
S
rys.2.2 Przerzutnik SR a) realizacja statyczna, b) realizacja dynamiczna
3
S - wej cie ustawiaj ce
R - wej cie kasuj ce
Q - wyj cie proste
Q' - wyj cie zanegowane
C - wej cie zegarowe
W przerzutniku dynamicznym (synchronicznym) zmiana stanu wyj nie zachodzi
w dowolnym momencie, lecz w ci le okre lonym czasie, który wyznaczony jest
przez impulsy synchronizuj ce prac przerzutnika (impulsy zegarowe ). Impulsy
zegarowe to sygnały prostok tne podawane na tzw. wej cie zegarowe.
Przerzutnik S'R' wykonany jest z bramek NAND, ustawiany i kasowany jest
logicznym zerem.
S
= S + R ⋅ Q n -1
R
= R + S ⋅ Q n -1
rys.2.3 Przerzutnik SR w realizacji statycznej
Działanie przerzutnika S'R' opisuje nast puj ca tabelka stanów.
S'
0
0
1
1
R' Qn
0 1 1
0 0
1 Qn-1
2.2. Przerzutnik JK
Przerzutnik JK jest uniwersalnym układem scalonym, który mo e by
przystosowany do pracy jako przerzutnik innych typów przez odpowiednie ł czenie
wej i wyj . Przez to przerzutnik ten jest najbardziej uniwersalnym funkcjonalnie.
rys.2.4 Oznaczenie schematyczne przerzutnika JK
JK - wej cie aktywne
C - wej cie zegarowe
S, R - wej cie ustawiaj ce i zeruj ce
Q, Q' - wyj cie proste i zanegowane
Działanie przerzutnika JK opisuje nast puj ca tabelka stanów:
4
J
0
0
1
1
K Qn
0 Qn-1
1
0
0
1
1 Q'n-1
2.3. Przerzutnik T
rys.2.5 Schemat przerzutnika T
Z tabeli stanów przerzutnika JK wynika e dla T=0 Qn=Qn-1, a dla T=1 Qn=Q'n-1.
Je eli wej cie T=1, to przerzutnik nazywa si dwójk licz c i jest dzielnikiem
cz stotliwo ci impulsów zegarowych o współczynniku podziału równym dwa.
wej cie
wyj cie
rys.2.6 Wykres czasowy dwójki licz cej
Dwójka licz ca zmienia stan wyj cia na przeciwny po ka dym doprowadzeniu
impulsu wej ciowego.
2.4. Przerzutnik D
rys.2.7 Schematy przerzutnika D
5
Z tabeli stanów przerzutnika JK wynika , e przerzutnik realizuje funkcj Qn=D.
rys.2.8 Synchronizacja sygnału wej ciowego w przerzutniku D
3. Blok kontrolny
1. W pracowni techniki cyfrowej sprawd działanie i własno ci przerzutników S'R',
JK, T, D.
2. Sprawd działanie nast puj cych układów pracy przerzutnika JK i D:
3. Sporz d wykres czasowy przerzutnika statycznego S'R'.
Wiadomo ci do zrozumienia i zapami tania :
ró nica pomi dzy układem kombinacyjnym a sekwencyjnym , dwójka licz ca jako
dzielnik cz stotliwo ci , ró nice pomi dzy przerzutnikiem synchronicznym i
asynchronicznym.
6