Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - - 7. EKVENČNÍ OBVOY tav výstupu sekvenčních logických členů a obvodů závisí nejen na kombinaci vstupních proměnných, ale i na stavu výstupu při předchozí kombinaci vstupních proměnných. Podstatnou částí sekvenčního členu je paměťový člen, který zabezpečuje žádoucí uchování informace. ako paměťový člen je v obvodech TTL využíván bistabilní klopný obvod. Analogií kombinačního členu může být např. obyčejné tlačítko. eho kontakty jsou sepnuty jen tak dlouho, pokud je stlačeno. Naproti tomu analogií paměťového členu je např. páčkový přepínač. Byl-li přepnut do jedné z poloh, setrvává v ní, tj. uchovává poslední informaci. o druhé polohy se může dostat jen vnějším zásahem. 7.. ozdělení klopných obvodů a) bistabilní - dva základní stavy, obvod je možné přepnout do jednoho z nich jen při vnějším zásahu b) monostabilní - setrvává v jednom stavu, do druhého se přepíná po vnějším zásahu jen na určitou dobu a pak se samočinně vrací zpět c) astabilní - multivibrátor, nemá stálý stav, opakovaně se sám překlápí 7.2. Nesynchronizované klopné obvody 7.2.. Princip dvojtlačítka: Poměrně jednoduchým, ukázkovým sekvenčním obvodem je zapínání a vypínání zařízení pomocí dvojtlačítka, kdy jedním tlačítkem obvod zapínáme, druhým vypínáme. eléové schéma je uvedeno na obr. 5. A - spínací tlačítko B - rozpínací tlačítko stykač k - spínací kontakt stykače Obr.5: Kontaktní schéma zapínání a vypínání obvodu dvojtlačítkem Po stisku A prochází proud přes rozpínací tlačítko B do cívky stykače a tím dochází k sepnutí kontaktů stykače (log. nastává, pokud prochází cívkou stykače proud). edním z těchto kontaktů k prochází proud do cívky i poté byl-li přerušen kontakt tlačítka A. Teprve po stisku B dojde k přerušení obvodu a tím i přerušení kontaktu k. Tento obvod můžeme vyjádřit pomocí pravdivostní tabulky a následně Karnaughovy mapy, ze které dostaneme výsledný vztah mezi vstupními veličinami a výstupem. Z Karnaughovy mapy: A B k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 k A B k AB 0 00 0 0 0 0 0 0 0 = A B + k B = ( A + k) B = ( A + k) B Po úpravě pomocí e-morganova zákona: = A + k + B Z výsledného vztahu nyní můžeme sestavit blokové schéma (obr. 6). Obr.6: Blokové schéma dvojtlačítka, řešené pomocí členů NO Pozn.: vstupy jsou pouze dva - a to tlačítka A, B. 7.2.2. Klopný obvod typu - tav klopného obvodu je řízen dvěma vstupy. Pro vysvětlení - klopného obvodu (dále jen KO) je nutné tyto vstupy definovat:
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 2 - Ten vstup, na němž působící úroveň H uvede KO (jeho výstup ) do stavu H, se označuje vstup (od anglického set - nastavit). Ten vstup, na němž působící úroveň H uvede KO do stavu L, se označuje jako vstup (reset - nulovat). Uvažujme dva logické členy NO (které označíme A a B), zapojené podle obr. 7. n n L L n- L H L H H L H L H H neurč. A B Obr.8: kladba jednoduchého KO - s negovanými vstupy: (použity členy NAN), časový diagram Obr.7: kladba jednoduchého KO - s přímými vstupy s log. členy NO, příklad časového diagramu a pravdivostní tabulka. Při rozboru činnosti - klopného obvodu vycházíme z pravdivostní tabulky součtového členu NO. Přivedeme-li na vstup (set) členu A úroveň H, pak musí být na výstupu úroveň L. Tato úroveň se přenese na druhý vstup členu B. Bude-li na prvním vstupu tohoto členu (vstup reset) rovněž úroveň L, pak na výstupu bude log. úroveň H. Úroveň H se přenáší na druhý vstup členu A. Na výstupu zůstává tedy úroveň L. Podle výše uvedené definice nazýváme vstup A nastavovací () a vstup B nulovací (). Přivedeme-li nyní na vstup úroveň L, zůstane stav obou výstupů nezměněn, neboť na jeden vstup členu A stále působí úroveň H od výstupu a oba vstupy členu B jsou na úrovni L. Přivedeme-li na vstup úroveň L a na vstup úroveň H, vymění si oba log. členy úlohu a obvod se překlopí. Obvod podle obr.7 představuje jednoduchý KO. Má dva výstupy a, jejichž stav je vzájemně opačný. tav, při němž je na výstupech = H a = L, označujeme jako stav H klopného obvodu. Tento stav vyjadřujeme i označením "KO je nastaven". tav výstupů = L a = H označujeme jako stav L klopného obvodu. Vyjadřujeme jej též označením "KO je nulován". Byl-li na začátku KO ve stavu H a přijde-li úroveň H na vstup, stav obvodu se nezmění. Podobně, byl-li na počátku KO ve stavu L a přijde-li na vstup úroveň H, zůstane stav obvodu nezměněn. Počáteční stav obvodu zůstane zachován také tehdy, přijde-li na vstupy a současně úroveň L. Vidíme tedy, že výsledný stav KO záleží nejen na úrovních přivedených na oba vstupy, ale i na předchozím stavu obvodu. Zvláštní případ nastane, přivedeme-li na vstupy a současně úrovně H. Po dobu působení těchto úrovní budou mít výstupy obou log. členů úrovně L. Odstraníme-li současně úrovně H ze vstupů, přejde KO náhodně do jednoho z obou stavů (v jiném případě bude hodnota výstupů určena skutečností, který ze vstupů bude déle držen v úrovni H). Výsledný stav KO bude tedy neurčitý. tav, při němž na vstupy a působí současně úrovně H, nemůžeme tedy pro účely logického rozhodování používat používáme termínu: zakázaný stav obvodu. Činnost popsaného klopného obvodu můžeme popsat pravdivostní tabulkou podle tab. 7. V tabulce znamená n- předchozí stav KO (n je stávající stav ; n- je předchozí okamžik). Všimněme si nyní KO sestaveného analogicky z log. členů NAN na obr. 8. n n L L neurč. L H H L H L L H H H n- A B
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 3 - Podle základní pravdivostní tabulky pro členy NAN, nelze obvod řídit úrovní H na vstupech. Na druhý vstup bude totiž vždy působit úroveň L z jednoho výstupu. KO - sestavený z log. členů NAN lze tedy řídit jen úrovněmi L na vstupech (toto vyplývá z agresivity úrovně L u logických členů NAN). Abychom vyhověli definici vstupů a, která byla výše uvedena, musíme opačnou řídící úroveň respektovat v označení vstupů. To lze realizovat s použitím znaků negace, tj. vstupy označíme a. Ve schématické značce KO, která je na obr. 8, je pak negace vyjádřena značkami negace (kroužky) u vstupů. KO tohoto druhu se označuje jako KO - s negovanými (nepřímými) vstupy. Značky negace zde vyjadřují symbolicky invertory. Kdybychom do obou vstupů zařadili invertory, mohli bychom KO ovládat úrovní H stejně jako v případě podle obr. 7. Činnost KO lze popsat pravdivostní tabulkou u obr. 8. Klopný obvod - sestavený z logických členů NAN jsou mnohem častěji používány, než obvody ze členů NO. 7.3. ynchronizované klopné obvody 7.3.. Hodinové impulsy KO -, které jsou popsány výše, náleží mezi KO nesynchronizované. V praxi se častěji používá synchronizovaných KO. K synchronizaci slouží synchronizační impulsy, označované také jako impulsy taktovací nebo impulsy hodinové. Přivádějí se na synchronizační (hodinový) vstup synchronizovaných obvodů (tento se obvykle označuje: ). Na ostatní, tzv. informační vstupy synchron. obvodů se nejprve přivedou dané log. úrovně. aný obvod se pak uvede do žádané činnosti až působením synchron. impulsu, který má obvyklou log. úroveň L nebo H. 7.3.2. Klopný obvod typu --T KO, který je opatřen obvody umožňujícími jeho synchronizaci hod. impulsy, bývá označován jako KO --T (T je od slova takt). Zapojení takového obvodu je na obr. 9. Vlastnímu KO - je předřazen řídící obvod sestavený ze dvou log. členů NAN. ynchronizační vstup je označen (clock - hodiny). c a L L n- L H L H H L H L H H neurč. b d Obr. 9: kladba KO --T s logickými členy NAN jednoduchého klop. obvodu --T s negovanými vstupy, pravdivostní tabulka a příklad časového diagramu e-li na vstupu obvodu úroveň H a přijde-li na vstup úroveň H, bude výstup členu c na úrovni L a výstup přejde na úroveň H a tedy i klopný obvod přejde do stavu H. Přejde-li nyní vstup do úrovně L (ukončí se hod. impuls), bude na výstupech obou členů c a d stav H a stav klopného obvodu se nezmění. e-li na vstupu obvodu úroveň H a přijde-li na synchronizační vstup úroveň H, bude na výstupu členu d úroveň L. Výstup přejde na úroveň H a KO přejde do stavu L. Přejde-li nyní vstup do úrovně L (ukončí se hod. impuls), bude na výstupech obou členů c a d ve stavu H. tav KO se tím opět nezmění. tav KO se mění v obou případech s příchodem hodin. impulsu, to je v okamžiku, kdy tento impuls nabude úrovně H. Pravdivostní tabulka popsaného obvodu --T, v níž je zapsán stav po ukončení hod. impulsu, je na obr. 9. 7.3.3. Klopný obvod typu iným druhem synchronizovaného KO je klopný obvod. U tohoto obvodu je realizováno opatření, jímž se vylučuje možnost vzniku nežádoucího neurčitého stavu KO. Opatření spočívá v tom, že vstup je spojen se vstupem prostřednictvím invertoru. Vstupy a mají tedy vždy opačnou úroveň. Vzniká tak jediný vstup (kromě hodinového), označovaný jako vstup (od slova ATA). n n
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 4 - c a t n t n+ L L H H H L d b ~ Obr. 20: kladba klopného obvodu, příklad časového diagramu, tabulka a schematické vyjádření e-li na vstupu (data) úroveň H a přijde-li na vstup (clock) úroveň H, bude na výstupu členu c úroveň L. KO přejde do stavu H a v něm setrvá i po ukončení hodinového impulsu. e-li na vstupu úroveň L a přijde-li na vstup úroveň H, bude na výstupu log.členu úroveň L. KO přejde do stavu L a v něm setrvá i po ukončení hod. impulsu. Informace přítomná na vstupu se tedy s hodinovým impulsem přesouvá na výstup. KO tohoto typu má jednu nevýhodu. e-li na vstupu úroveň H, sleduje výstup KO všechny změny log. úrovní na vstupu. Funkci obvodu je tedy nutno upřesnit takto: je-li před příchodem a v době trvání hod. impulsu vstup na úrovni H, bude po ukončení hod. impulsu KO ve stavu H. e-li před příchodem a v době trvání hod. impulsu vstup na úrovni L, bude po ukončení hod. impulsu KO ve stavu L. 7.3.4. Klopný obvod typu T inou možnost jak odstranit neurčitý stav u - klopného obvodu představuje realizace klopného obvodu T, jehož zapojení je uvedeno na obr.2. Vždy s příchodem log. úrovně H na vstup T, dojde ke změně log. úrovně na výstupech. edná se tedy v podstatě o děličku dvěma (této činnosti se využívá v čítačích). Tento KO se dá realizovat i pomocí klopného obvodu, který je uveden na obr.22. Pro správnou činnost takto zapojených obvodů je nutné do vstupu zařadit derivační tvarovač. T ~ T ~ Obr.2: Klopný obvod T realizovaný Obr. 22: Klopný obvod T realizovaný pomocí klopného obvodu --T pomocí klopného obvodu 7.3.5. vojité klopné obvody Činnost jednoduchých KO - může být nepříznivě ovlivňována rušivými signály. ostanou-li se na vstupy a náhodné špičky napětí, může se snadno nežádoucím způsobem změnit stav KO. () c a (K) d KO - A master b KO - B slave Obr. 23: kladba dvojitého KO --T a -K s logickými členy NAN
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 5 - Větší odolnost proti rušení tohoto druhu mají KO synchronizované. U nich se stav KO působením rušení může měnit jen tehdy, trvá-li hodinový impuls. eště dokonalejší jsou KO dvojité. Příklad takového obvodu je na obrázku 23 - je složen ze dvou klopných obvodů --T a z jednoho invertoru. e-li na vstupu úroveň L, nemůže být stav KO A ovlivněn signálem na vstupech a. Přechází-li vstup na úroveň H, tj. přišel-li hodinový impuls, způsobí signál na vstupech a příslušnou změnu stavu KO A. Na druhý KO B se však signál nedostane, neboť jeho hodinový vstup je působením invertoru ve stavu L. Teprve s ukončením hodinového impulsu přejde vstup klopného obvodu B na úroveň H a stav výstupu KO A se přenese do KO B. oučasně se KO A izoluje od dalších signálů na vstupech a. ušení se může uplatňovat jen v době trvání hodinového impulsu. Proto je nutno používat co nejkratší hodinové impulsy. První KO A se označuje jako řídící (master - pán), druhý KO B je řízený (slave - otrok). Tento typ KO se označuje též pojmem master - slave. tav celého KO se mění se změnou stavu obvodu řízeného. ojde k ní se změnou hod. impulsu z úrovně H na L, tj. s týlovou hranou tohoto impulsu. Aby byla zabezpečena spolehlivá činnost obvodu, musí být žádoucí signál na vstupech a přítomen v určitém časovém předstihu před příchodem týlové hrany hod. impulsu. Hrana hod. impulsu, při níž dojde k žádoucí výsledné změně KO, je hranou aktivní. oba, o kterou musí signál na vstupech KO předbíhat aktivní hranu, je doba předstihu klopného obvodu. V popsaném dvojitém KO jsou použity obvody --T, jejichž výstupy mohou být v neurčitém stavu při nevhodné kombinaci signálů na vstupech. ednu metodu vyloučení neurčitých stavů jsme si ukázali na KO typu. iná metoda spočívá v zavedení zpětné vazby z výstupu na vstupy KO (podobně jako u sekvenčního klopného obvodu typu T). Poněvadž výstup má jen dva stabilní stavu, je působením zpětné vazby vždy jeden z uvažovaných vstupů na úrovni L, vedené od výstupu. Takto uspořádaný obvod se označuje jako klopný obvod -K. Písmeny a K jsou pak označeny i vstupy obvodu tak, že je vstup namísto a vstup K namísto. Při sledování různých kombinací signálů na vstupech dojdeme k těmto závěrům: jeli na vstupech a K klopného obvodu trvale úroveň L, zůstane stav KO s hod. impulsem nezměněn; máli KO před příchodem hod. impulsu na vstupu úroveň H a na vstupu K úroveň L, přejde KO s týlem hod. impulsu do stavu H; má-li KO před příchodem hod. impulsu na vstupu úroveň L a na vstupu K úroveň H, přejde KO s týlem hod. impulsu do stavu L. Při =K=log.H se klopný obvod chová jako KO typu T tj. obvod dělí vstupní frekvenci hodinového signálu dvěmi. Tab. 9: Pravdivostní tabulka KO -K. t n t n+ K L L L H L H L H H H n n H L Činnost KO -K můžeme popsat jednodušeji pravdivostní tabulkou (tab. 9). V tabulce: t n je stav před příchodem hodinového impulsu, t n+ je stav po ukončení hodinového impulsu, n je stav výstupu před příchodem hodinového impulsu. 7.3.6. Klopné obvody řízené změnou stavu hodinového vstupu ynchronizované KO - a byly řízeny stavem hod. vstupu (hodnotou log. 0 nebo log.). V době trvání hodinového signálu stavu H mohl být KO ovlivněn i rušením. iziko rušení je možno zmenšovat zkracováním doby trvání hod. impulsu, což však má své omezení dané operační rychlostí obvodů. iná metoda k vyloučení rušení spočívá ve změně způsobu řízení - stav KO je pak dále řízen jen změnou úrovně na vstupu, tedy dynamicky. Trvalá úroveň L nebo H vstupu v tomto uspořádání stav KO neovlivní. Zapojení KO --T, jehož stav je řízen čelem hod. impulsu je uvedeno na obr. 24. Obvod je vytvořen ze šesti logických členů NAN. va z těchto členů tvoří hlavní KO -, čtyři log. členy (které jsou mu předřazeny) jeho řídícím obvodem. sou zapojeny tak, že tvoří tři souvisící KO. e-li vstup na úrovni L, jsou vnitřní vstupy a na úrovni H a stav hlavního KO se nezmění. Předpokládejme nyní, že na vstup působí úroveň L, na vstup úroveň H, a že vstup přechází ze stavu L do stavu H. Člen d má na obou svých vstupech úrovně H, jeho výstup je tedy na úrovni L a výstup členu c je na úrovni H.
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 6 - Vstup je tedy nezměněn. Úroveň L na vstupu se však neguje členem a, takže člen b má na všech vstupech úrovně H. Vstup tedy nabude úrovně L a hlavní KO přejde do stavu H. ojde-li nyní (když hodin. vstup přešel do stavu H) ke změně signálu na vstupu nebo na vstupu, nebude již stav klopného obvodu ovlivněn. Po každém přechodu hodin. signálu do stavu L nabudou vnitřní vstupy a úrovně H (nastane paměťový efekt obvodu). Obr. 24: kladba KO --T a (čárkovaně), řízeného změnou stavu hodin. vstupu. Přejde-li např. vstup na úroveň H, budou nadále úrovně H na všech vstupech členu b, takže stav vstupů a se nezmění. Přejde-li vstup na úroveň L, budou sice na dvou vstupech členu c úrovně H, avšak na třetí vstup bude působit úroveň L od vstupu. Proto si i vstup ponechá svůj původní stav. Podobně lze vysledovat činnost KO při jiných kombinacích signálů na vstupech. Bude-li na vstupech a před příchodem hodinového impulsu úroveň H, zůstane s hodinovým impulsem stav obvodu nezměněn. Bude-li na vstupech a před příchodem hodinového impulsu úroveň L, bue výsledný stav klopného obvodu neurčitý, neboť hodinový impuls přesune úrovně L na vnitřní vstupy a. ituace v odvodu se může změnit opět pouze s příchodem čela hodinového signálu. V popsaném obvodu se vyskytuje opět problém neurčitého stavu. Lze jej odstranit tak, že vytvoříme pouze jediný informační vstup podobně, jak jsme učinili u jednoduchého klop. obvodu. V daném případě k tomu nemusíme použít zvláštní invertor, ale využijeme log. členů v řídící části obvodu. Protože je tento druh obvodů řízen změnou stavu hodinového vstupu, odpadá také hlavní nevýhoda jednoduchého KO typu, u něhož informace ze vstupu prochází na výstup po celou dobu trvání hod. impulsu. Uspořádání tohoto obvodu je na obr. 24 vyznačeno čárkovaně (u tohoto obvodu se nepoužije vstup a místo vstupu bude jeden datový vstup ) toto uspořádání je použito u obvodu 7474. Činnost: předpokládejme na vstupu úroveň H. Pokud bude na hod. vstupu úroveň L, je na vnitřních vstupech a úroveň H a stav klopného obvodu se nemění. Na výstupu členu (d) je úroveň L, která působí na jeden vstup členu (a). Výstup členu (a) má tedy úroveň H. Přijde-li nyní hod. impuls, bude na všech vstupech členu (b) úroveň H, jeho výstup přejde do L a KO bude mít stav H. Bude-li před příchodem hod. impulsu na vstupu úroveň L, bude na dvou vstupech členu (c) úroveň H. příchodem hod. impulsu bude tato úroveň i na třetím vstupu, na výstupu členu (c) bude úroveň L a klopný obvod přejde do stavu L. ruhý vstup členu (d) má nyní na vstupu úroveň L od vstupu a změna informace na vstupu již nemůže obvod ovlivnit. Uvedený obvod lze navíc opatřit asynchronními vstupy, jimiž lze řídit stav obvodu nezávisle na řízení vstupy a. 7.3.7. INTEGOVANÉ KLOPNÉ OBVOY Nejčastěji používanými obvody jsou KO typu -K, které jsou řízeny týlem hodinových synchronizačních impulsů a klopný obvod řízený čelem hodinových impulsů. Integrovaný obvod -K s označením MH 7472: Tento obvod je opatřen třemi vstupy a třemi vstupy K, což dovoluje zavést dodatečné kombinační funkce, jimiž lze obvod řídit ( na vstupech a K se uplatňují funkce log. součinu AN ale je možno je spojit do jednoho vstupu). Uvedený KO je opatřen dalšími vstupy: a, jimiž lze stav KO řídit přímo. Aby obvod pracoval podle pravdivostní tabulky musí být na vstupech a úroveň H. Úrovní L na
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 7 - vstupu uvedeme KO do stavu H. Změna stavu KO nastává se změnou impulsu hodinového signálu z úrovně H na L (obvod je řízen týlovou hranou impulsu). Obr.25: zapojení vývodů IO a schematický znak obvodu MH7472 P hodinový signál Obvod 7472 má univerzální použití hodí se např. pro posuvné registry, čítače a obecně jako paměťový člen jednobitové informace. alším integrovaným obvodem, ze kterým lze stavět registry je dvojitý registr K s asynchronním nastavením a nulováním 742: Obvod 742 obsahuje dva nezávislé klopné obvody -K vybavené nulováním a nastavením. Klopné obvody jsou řízeny sestupnou hranou hodinových impulzů (vstupy P). tav na výstupech a závisí na úrovni řídicích vstupů a K před příchodem sestupné hrany hodinového impulzu. Vstupy, K umožňují klopný obvod synchronně nulovat nebo nastavit. Pro = K = H dostáváme klopný obvod T (dělič dvěma), kdy každá náběžná hrana na vstupu P invertuje stav výstupů. Asynchronně (tj. nezávisle na hodinovém signálu) je možné obvod nulovat nebo nastavit vstupy nebo. Obr.26: schématický znak obvodu 742 Integrovaný obvod MH7474 dvojitý klopný obvod s nulováním a nastavením. e to klopný obvod řízený čelem (náběžnou hranou) hodinového impulsu. Kromě vstupu (data) má tento integrovaný obvod navíc negované vstupy a. Tyto vstupy mají své opodstatnění, protože umožňují jednoduché nulování či nastavení a to impulsem o úrovni L (podobně jako u obvodu 7472) Obr. 27: Pravdivostní tabulka, schématický znak integrovaného obvodu MH7474
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 8-7.4. Posuvné registry Bistabilní KO může uchovat jeden bit dvojkového čísla. V číslicové technice potřebujeme často uchovat dvojkové číslo o větším počtu bitů. K tomu lze využít většího počtu bistabilních KO. Tyto obvody musí být ovšem vhodně organizovány tak, aby bylo možno dvojkové číslo pohodlně vkládat a vyjímat. eden ze způsobů takové organizace je použit v posuvných registrech. Posuvným registrem rozumíme zařízení využívající bistabilních KO, do něhož můžeme vložit informaci a tu pomocí vnějších řídících signálů posouvat od jednoho KO ke druhému. Počet KO uvnitř registru udává délku registru a současně počet bitů dvojkového čísla, který může být uložen. 7.4.. Posuvné registry typu -K Tyto posuvné registry využívají KO typu -K. Při výkladu funkce budeme vycházet z pravdivostní tabulky tohoto klopného obvodu. Uvažujme jednoduché zapojení tří KO podle obr. 27. Předpokládejme, že všechny KO (jejich výstupy) jsou na počátku ve stavu L. Na vstup obvodu a nyní přivedeme úroveň H, jejíž negovaná hodnota se objeví na vstupu K. Přivedeme-li nyní hod. impuls na vstup, přejde s jeho týlem výstup obvodu - do stavu H. Ostatní obvody měly před příchodem hodinov. impulsu na vstupech úrovně L a na vstupech K úrovně H. Podle pravdivostní tabulky zůstane tedy jejich stav po ukončení hodin. impulsu nezměněn. Předpokládejme, že úroveň H na vstupu obvodu a trvá. Po druhém hodin. impulsu setrvá obvod a ve stavu H a obvod b (jeho výstup 2) přejde do stavu H. Po třetím hod. impulsu budou ve stavu H všechny tři KO. Informace H, která byla na vstupu registru, se třemi hod. impulsy přesunula na výstup registru. Činnost obvodu můžeme vyjádřit časovým diagramem podle obr. 28. 2 3 ériový vstup ériový výstup K ~ K ~ K ~ "a" "b" "c" Obr. 28: Posuvný registr -K se sériovým vstupem. Obr. 29: Časový diagram při trvalé Obr.30: Časový diagram při posuvu úrovni H na vstupu impulsu úrovně H Uvedený obvod je posuvným registrem se sériovým vstupem a paralelními výstupy, které jsou výstupy jednotlivých KO. Na těchto výstupech je možno sledovat postup plnění registru a odebírat z nich informace o obsahu každého bitu registru. Uvedený KO posouvá informaci jen od vstupu k výstupu. e to tedy jednosměrný posuvný registr se směrem posuvu vpřed. Tímtéž obvodem můžeme posouvat jen jediný impuls. Příslušný časový diagram je uveden na obr. 29. hceme-li všechny KO uvést do stavu L, můžeme tuto úroveň posouvat ze sériového vstupu. Mnohem snáze lze tuto operaci realizovat s použitím vstupů nulování KO. sou-li tyto vstupy všech KO spojeny, uvede se každý KO registru do stavu L po přivedení impulsu úrovně L na tyto vstupy. Obdobně lze s použitím vstupů "nastavení" nastavit celý registr do stavu H.
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 9-2 3 ériový vstup K ~ K ~ K ~ sériový výstup "a" "b" "c" ~ nulování rízení V V2 V3 Obr. 3: posuvný registr typu -K s paralelními vstupy (V až V3). Asynchronních vstupů je možno též využívat ke vkládání informace do registru (obr.30). hceme-li uvést např. KO a do stavu H, přivedeme impuls úrovně L na jeho vstup "nastavení"- tj. vstup. Podobně je možno vložit informaci do ostatních KO. Vzniká tak posuvný registr s paralelními vstupy. K zápisu informace do posuvného registru zde slouží log. členy NAN, které jsou u každého KO. Při zápisu se nejprve celý registr vynuluje impulsem úrovně L do vstupu "nulování". Vstup "řízení" () je přitom na úrovni L. Na paralelní vstupy se nyní přivedou informace, které mají být do registru zapsány (např. V=, V2=0, V3=) Tyto informace budou do registru přeneseny impulsem úrovně H na svorce "řízení". Po ukončení zápisu informací se vstup "řízení" uvede opět na úroveň L. Pak po přivedení dalších hod. impulsů je možno zapsanou informaci odebírat z paralelních výstupů označených až 3 nebo (doplněnou popřípadě o informace ze sériového vstupu) posouvat směrem k sériovému výstupu. Zapojíme-li posuvný registr tak, že jeho sériový výstup připojíme k sériovému vstupu, vznikne kruhový registr (použití např. pro postupné cyklické zapínání světelné reklamy nebo povely k pravidelnému cyklickému otevírání ventilů v technologickém. procesu). Tuto zpětnou vazbu můžeme realizovat např. tak, že výstup posledního KO spojíme se vstupem prvního obvodu a výstup posledního obvodu se vstupem K prvního obvodu. Bude-li registr na počátku vynulován, nebude se s hodinovými impulsy jeho stav měnit. Uvedeme-li jeden KO do stavu H (např. použitím asynchronního vstupu), bude působením hod. impulsů tento stav obíhat registrem dokola. Podobně lze do registru vložit celé dvojkové číslo. Vložíme jej buď postupně použitím asynchronního vstupu jednoho klopného obvodu a hodinových impulsů, nebo paralelními vstupy registru. Zpětnou vazbu můžeme také uspořádat tak, že spojíme výstup posledního KO se vstupem K prvního obvodu a výstup posledního obvodu se spojí Impuls číslo ohnsonův čítač 0 0000 000 2 00 3 0 4 5 0 6 00 7 000 8 0000 se vstupem prvního obvodu. Předpokládejme, že byl registr na počátku vynulován. Výstup posledního obvodu dává na vstup prvního obvodu úroveň H, výstup posledního obvodu dává úroveň L na vstup K prvního obvodu. Po prvním hod. impulsu přejde tedy první KO do stavu H, po druhém hod. impulsu přejde do stavu H další obvod atd., až se celý registr naplní stavem H (viz uvedená tabulka ohnsonova čítače). Nyní dává poslední KO vstupům prvního obvodu opačné informace. dalšími příchody hod. impulsů se tedy registr zaplní stavem L. Pak se podmínky opět změní a cyklus bude pokračovat. Tohoto principu je použito v onsonově čítači, jehož zapojení je na obr. 3:
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 0-2 3 4 K ~ K ~ K ~ K ~ posuv "a" "b" "c" "d" Obr.32: Kruhový registr ( ohnsonův čítač) 7.4.2. Posuvné registry typu Tyto registry jsou sestaveny z KO typu, řízených čelem hod. impulsu. sou budovány na stejném principu, jako registry typu -K. Zapojení a časový diagram jsou uvedeny na obr. 32. ~ 2 3 ériový vstup ~ ~ ~ ériový výstup ~ Obr. 33: Posuvný registr se sériovým vstupem a časový diagram činnosti registru při trvalé úrovni H na vstupu. 7.4.3. Obousměrné posuvné registry obr. 34. obousměrný posuvný registr 3 3 3 2 2 2 ériový vstup dat Vstup rízení Posuv dat ~ ~ ~ "A" "B" "" Nulování registru
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - - V praxi mají časté uplatnění i posuvné registry obousměrné. K řízení směru posuvu v registru je možno využít kombinačních log. členů. Příklad uspořádání takovéhoto registru je na obr. 33. Při posuvu vpřed musíme vstup "řízení" uvést na úroveň H. Při posuvu vzad musíme na vstup "řízení" přivést úroveň L. egistr tohoto typu je možno opět rozšířit do libovolné délky. Informace v něm obsažená se pak může posouvat vpřed i vzad. egistr může být popřípadě opatřen paralelními výstupy a paralelními vstupy. Popis činnosti: předpokládejme, že je registr na počátku vynulován (impulsem o úrovni log. L, který přivedeme na vstup. Na všech vstupech musí být dle pravdivostní tabulky trvale úroveň log. H ) a že chceme obvodem posouvat jeden impuls úrovně H. Vstup řízení uvedeme nejprve na úroveň H. Tato úroveň se neguje invertorem a logické členy (v části řízení, která se sestává vždy ze tří obvodů NAN) mají na jednom svém vstupu úroveň L. ejich výstupy, které jsou vstupy členu 3 mají tedy úroveň H. Zapisovaná informace se nyní přivede na sériový vstup. Po dvojí negaci logickými členy 2 a 3 se dostane na vstup prvního klopného obvodu A. prvním hodinovým impulsem se klopný obvod A uvede do stavu H. dalším hodinovým impulsem přejde do stavu H obvod B a s třetím hod. impulsem obvod. V tomto okamžiku jsou obvody A a B ve stavu L, obvod je ve stavu H. hceme-li nyní informaci posouvat zpět, přivedeme na vstup řízení úroveň L. Nyní je na jednom ze vstupu členu 2 úroveň L. Výstup těchto členů, který je druhým vstupem členů 3, je tedy na úrovni H. Úroveň H z výstupu klopného obvodu se dostává na vstup logického členu, který je před klopným obvodem B. Na druhém vstupu téhož členu je úroveň H od invertoru, takže výstup tohoto členu je na úrovni L. Výstup příslušného členu 3 je na úrovni H, která je na vstupu klopného obvodu B. e čtvrtým hodinovým impulsem tedy klopný obvod B přejde do stavu H. Obvody A a budou ve stavu L, neboť na jejich vstupech byla před příchodem hod. impulsu úroveň L. e čtvrtým hodinovým impulsem tedy klopný obvod B přejde do stavu H. Obvody A a budou ve stavu L, neboť na jejich vstupech byla před příchodem hod. impulsu úroveň L. Informace obsažená v registru se tedy posunula zpět. Při pátém hodinovém impulsu se informace posune do klopného obvodu A, při šestém hod. impulsu i obvod A přejde do stavu L a registr se vynuluje. Tento registr může být taky vybaven paralelními vstupy a výstupy. 7.4.4. Integrované posuvné registry Posuvné registry mají v číslicové technice značnou opakovatelnost. Proto se některé nejpoužívanější typy registrů realizují formou integrovaných obvodů. edná se především o integrované registry: MH7495, MH7496, MH7464, MH7465, MH7466. 7.4.4.. Integrovaný posuvný registr MH 7495 Obvod 7495 je čtyřbitový posuvný registr se sériovým a paralelním vstupem dat. To, zda bude obvod pracovat v sériovém nebo paralelním módu určuje logická úroveň na vstupu. Pokud = H, budou aktivní paralelní vstupy dat 0 až 3 a současně bude uvolněn vstup hodinových impulsů P 2. estupná hrana na vstupu P 2 uloží data z paralelních vstupů 0 až 3 do registru. Pro = L je aktivní sériový mód. je pak vstupem dat a P je vstupem hodinových impulsů. estupnou hranou na vstupu P se logická úroveň ze vstupu s uloží do prvního stupně registru a současně se data v registru posunou o jeden stupeň k výstupu (vpravo). - sériový vstup dat 0 až 3 - paralelní vstup dat volba druhu provozu P, P 2 - vstup hod. impulsů 0 až 3 - výstupy Obr. 35. Vývody pouzdra a funkční schéma integrovaného obvodu MH7495
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 2-7.4.4.2. Integrovaný posuvný registr MH7496 e to pětibitový posuvný registr vpřed se sériovými a paralelními vstupy a výstupy (obr.35). kládá se z 5 dvojitých KO typu --T a 5 logických členů NAN pro řízení zápisu z paralelních vstupů a z členů, které zabezpečují log. zesílení signálů pro řízení funkce obvodu. Koncepce obvodu je podobná jako u posuvného registru podle obr. 30. Hodinový vstup je připojený přes invertor, proto se stav KO mění s čelem a nikoli s týlem hod. impulsu. Obvod lze vynulovat impulsem úrovně L, přivedeným na vstup. chematický znak je uveden na obr. 36. Obr. 36. Vývody pouzdra a schematický znak obvodu MH7496 Obr. 37: Vnitřní zapojení integrovaného posuvného registru MH7496 7.4.4.3. Integrovaný posuvný registr MH7464 e to osmibitový posuvný registr vpřed se sériovým vstupem a paralelními výstupy. kládá se z osmi dvojitých KO typu --T, z log. členu NAN pro řízení sériového vstupu a z členů zesilujících signály pro řízení registru. Vnitřní zapojení je na obr. 37. egistr se nuluje impulsem úrovně L, přivedeným přes sledovač na asynchronní vstup. Hodinový vstup je připojený přes invertor, takže stav KO se mění s čelem hod. impulsů. chematický znak je uveden na obr. 36.) 9 8 2 ~L LK A B A 3 4 B 5 6 E 0 F G 2 H 3 Obr. 38: schematický znak integrovaného obvodu MH7464
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 3 - Příklad aplikace obvodů: Obr. 39: běžící světlo pro 6 LE diod realizované dvěma obvody 74L64 Funkce zapojení je následující: po připojení napájení je kondenzátor nejdříve vybit a proto představuje zkrat. Proto jsou vstupy obou posuvných registrů a vstup klopného obvodu 74L74 připojeny na log.0. Výstup klopného obvodu 74L74 je tedy nastaven na log. a vnitřní registry obou posuvných registrů jsou vynulovány. Kondenzátor se postupně nabije a vstupy a jsou nastaveny na log.. tav všech log. obvodů se tedy bude měnit výhradně hodinovým synchronizačním signálem, kde kmitočet změny svítící LE diody je označen jako f o. Nejprve nesvítí žádná dioda, první náběžnou hranou hodin je log. z výstupu obvodu 74L74 přepsána na výstup A prvního posuvného registru. To způsobí rozsvícení L 0. Protože jsou všechny obvody propojeny do kruhu, bude se log. posouvat každou náběžnou hranou hodin LK a tak se postupně budou jednotlivé LE rozsvěcovat. 7.4.4.4. Integrovaný posuvný registr MH7465 Obvod 7465 je osmibitový posuvný registr se sériovým a paralelními vstupy. Vně je vyveden pouze výstup posledního stupně a to v přímém i negovaném tvaru. Úroveň L na vstupu PL asynchronně uloží data ze vstupů 0 až 7 do registru. Pro PL =H jsou data v registru posouvána vpravo (od 0 k 7 ) každou náběžnou hranou hodin. signálu. o prvého stupně přitom vstupují data ze sériového vstupu. sériový vstup dat P vstup hodin. impulsů 0 až 7 - paralelní vstup dat PL - uložení paralel. dat E - vstup uvolnění obvodu 7, 7 - paralel. výstupy dat Obr. 40: Vývody pouzdra a funkční schéma integrovaného obvodu MH7465 7.4.4.5. Integrovaný posuvný registr MH7466 Obvod 7466 je osmibitový posuvný registr se sériovým a paralelními vstupy. Vně je vyveden pouze výstup posledního stupně 7. e-li PE = E =L jsou data z paralelních vstupů uložena synchronně do registru náběžnou hranou hodinového impulsu P. Pro E =H synchronně s náběžnou hranou hodin.
Číslicová technika 2. část učební texty (H - určeno pro potřebu PŠ Zlín) tr.: - 4 - impulsu vstupují data ze sériového vstupu do prvního stupně registru a současně se data v registru posouvají vpravo. Nezávisle na ostatních vstupech je možno registr asynchronně nulovat úrovní L na vstupu M. Obvod se používá na převod paralelních dat na sériová. Obr. 4: Vývody pouzdra a funkční schéma integrovaného obvodu MH7466 sériový vstup dat P vstup hodin. impulsů 0 až 7 - paralelní vstup dat PE - vstup uvolnění paralel. dat E - vstup uvolnění obvodu M - vstup nulování 7 - paralel. výstupy dat 7. 5. PAMĚŤOVÉ EGITY Pro některé účely není nutno informaci obsaženou v registru posouvat. Takový registr musí mít paralelní vstupy a výstupy a obvod pro nulování, vazba mezi KO však není nutná. egistr slouží jen jako paměť o určitém počtu bitů. Informace se zapíše a ve vhodné době se z registru odebírá pro další zpracování. Takové paměťové registry lze realizovat KO podobně jako registry posuvné. Pro mnohé účely postačí velmi jednoduché paměťové registry sestavené z jednoduchých KO typu -. Obr. 42: Paměťový registr s KO typu - Vstupy V V2 V3 ~ ~ ~ ~ Nulování 2 3 Výstupy Integrovaný 4 bitový střadač 7475 V integrované formě čtyřbitového střadače dvojkové informace se používá IO 7475 (dvojčinný klopný obvod ). Obvod 7475 se od klopného obvodu liší v tom, že se při úrovni log. na hodinovém vstupu (eventuelně: vstupu uvolnění označeném E) chová jako průchozí tj. všechny změny na vstupu např. se přenesou na výstup stav výstupu tedy přesně sleduje stav vstupu. Při návratu úrovně na hodinovém vstupu zpět k nule si obvod na výstupu ponechá poslední stav a to až do té doby, kdy bude na vstupu opět úroveň log.. Tento obvod se často využívá ve spolupráci s čítači a dekodéry. Funkční tabulka stavů: E L H L H K H H L X L n- n