Seznámení s hlavními charakteristikami a testování integrovaného digitálního komparátoru.

TEORETICKÉ INFORMACE A VÝPOČTY VZORCE

Digitální komparátor je určen k porovnání dvou vícebitových binárních čísel. V nejjednodušším případě stačí stanovit skutečnost rovnosti binárních čísel А и В stejnou bitovou hloubku. Na п-bitová čísla, ze kterých se komparátor skládá п sčítačky modulo 2, jejichž výstupy jsou připojeny k prvku OR. Pouze pokud se hodnoty všech číslic čísel shodují А и В výstupy všech sčítaček budou 0. Pokud se čísla liší alespoň v jedné číslici, pak výstup příslušné sčítačky a tedy i obecný výstup bude 1.

Operace bitového porovnávání je vyvinout znak rovnosti (ekvivalence) nebo nerovnosti (nestejná hodnota) dvou porovnávaných binárních čísel. Dvě čísla jsou si rovna, když se číslice ve stejných číslicích rovnají: аi = biKde аi – číslice dovnitř im číslice jednoho čísla, bi – číslice dovnitř im číslice jiného čísla. Rovnost аi = bi se koná, když аi = 1, bi = 1 nebo kdy аi = 0, bi = 0. Logická funkce vyjadřující tuto rovnost je tedy rovna jedné, pokud je součin těchto čísel nebo součin jejich převrácených hodnot roven jedné, tzn.

a logická funkce popisující komparátor pro п-ciferná čísla, má tvar

Abychom vytvořili komparátor pouze pomocí prvků AND-NOT, napíšeme jej v jiné formě pomocí de Morganova vzorce,

Obvod, který tento výraz implementuje, je znázorněn na Obr. 31.1, а.

Pokud je nutné, aby v případě, že jsou kódy stejné, měl být výstup komparátoru logická 1, pak k výstupu obvodu (obr. 31.1, а) měl by být připojen střídač.

V některých komparátorech se používá číselná porovnávací jednotka s definicí znaku nerovnosti, tzn. А > B nebo А < B. Komparační zařízení se v tomto případě ukazuje jako složitější. Počet jeho vstupů je 2пa počet výstupů je tři: Y> na А > B, Y= na А = B, Y na А < B.

Komparátory jsou vyrobeny ve formě samostatných mikroobvodů. Například mikroobvod K564IP2 umožňuje porovnat dvě čtyřmístná čísla s určením znaménka nerovnosti. Symbol pro takový mikroobvod je znázorněn na Obr. 31.1, б.

Tento typ komparátoru má vlastnost škálovatelnosti. Pro porovnání např. 8bitových čísel se používají dva 4bitové komparátory. Za tímto účelem jsou jak v čipu K564IP2, tak v některých dalších značkách domácích a zahraničních výrobců poskytovány tři další vstupy: А > B, А = B и А < B, ke kterému jsou připojeny odpovídající kolíky mikroobvodu, provádějící porovnání bitů nižšího řádu.

ČTĚTE VÍCE
Je možné odstranit zasklení mezi pokojem a balkonem?

TRÉNINKOVÉ ÚKOLY A METODICKÉ POKYNY

K JEJICH REALIZACI

1 úloha. Spusťte laboratorní komplex Prostředí Labworks a MS10 (kliknutím v týmu Experiment komplexní menu laboratoře). otevřený файл 31.2.ms10, který se nachází ve složce Obvod Design Suita 10.0 prostředí MS10, popř sestavit na pracovním poli životního prostředí MS10 obvodů pro testování digitální komparátor (obr. 31.2) и zřídit v dialogových oknech komponent, jejich parametrů nebo provozních režimů. Kopírovat diagram (obr. 31.2) na stránku zprávy.

Digitální 4bitový komparátor Comp4 (obr. 32.2) porovnává čtyři nejvýznamnější bity 8bitových binárních čísel А и В zohlednění výsledků porovnání nejméně významných bitů přiváděných na vstupy AGTB (A>B), AEQT (A = B) и ALTB (A < B) z odpovídajících pinů prvního komparačního čipu. Ke vchodům A3, A2, A1, A0 и V3, V2, V1, V0 mikročipy Comp4 pochází ze slova generátor XWG1 signály čtyř nejvýznamnějších číslic čísel А и В.

Signály pro porovnávání 8bitových čísel s určením jejich rovnosti А = = B nebo nerovnost А > B, A B dodávané do výstupů OAGTB (A>B), OAEQT (A = B) и OALTB (A < B). Na tyto výstupy jsou připojeny vstupy logického analyzátoru XLA1 a logické sondy X1, X2 и X3.

Při porovnávání vícebitových binárních čísel se používá následující algoritmus. Nejprve se porovnají hodnoty nejvýznamnějších bitů. Pokud se liší, pak tyto číslice určují výsledek porovnání. Pokud se rovnají, je nutné porovnat další nejméně významné číslice atd.

Komparátor 74HC85AN_4V implementuje zadaný algoritmus: odpovídající logické funkce jsou zobrazeny v pravdivostní tabulce (tabulka 31.1), zobrazené na obrazovce po zvýraznění obrázku komparátoru v diagramu (obr. 31.2) a stisknutí klávesy nápovědy F1 na klávesnici.

2 úloha. dostat časové diagramy vstupních a výstupních signálů na obrazovce analyzátoru XLA1 při postupném přivádění signálů z výstupů generátoru slov na vstupy komparátoru XWG1 (fг = 500 kHz).

klikněte myši na obrázek generátoru XWG1 (viz obr. 31.2) a zapište v jeho prvních paměťových buňkách 10 libovolných (nebo určených učitelem) 11bitových kódových sekvencí a do prvních čtyř číslic zapište (zprava doleva) hodnoty (1 nebo 0) čísla А, tj. A3A2A1A0, další tři číslice jsou tříbitová binární čísla (A > B, A = B и А < B s jednou vysokou úrovní rovnou 1, zbytek 0) z výstupů předchozího porovnávacího čipu a nakonec v posledních čtyřech číslicích – hodnoty čísla B3B2B1B0 В;

ČTĚTE VÍCE
Jaký tlak použít při natírání stříkací pistolí?

klikněte myši na obrázek logického analyzátoru XLA1 и zřídit v jeho okně frekvence fа = 10 MHz časovač, úroveň vysokého napětí Um = 4 V a počet pulsů časovače na dílek, Hodiny/div = 20;

běžet srovnávací simulační program;

 postupným kliknutím myši na tlačítko Krok generátor XWG1, dostat časové diagramy vstupních a výstupních signálů na obrazovce analyzátoru XLA1.

Jako příklad na Obr. 31.3 ukazuje obsah naprogramovaných paměťových buněk generátoru binárních slov XWG1a na Obr. 31.4 – časové diagramy vstupu a výstupu (Y>, Y= и Y ) signály charakterizující činnost komparátoru.

8)

Pouze pokud jsou všechny bity binárních čísel stejné, včetně čtyř nejméně významných bitů (s kódem 010 z předchozího mikroobvodu) a čtyř nejvýznamnějších bitů: А = B = 1010 (viz krok 1 na obr. 31.4); А = В = 0101 (krok 5) a А = B = 1111 (krok u východu Y= Komparátor generuje logické jednotky. Ve druhém kroku kdy A = B = 1010 výstupní signál Y> = 1, protože do komparátoru je přiveden kód 001 z předchozího mikroobvodu a ve třetím kroku výstupní signál Y = 1, protože je uveden kód 100. Pokud jsou čtyři nejméně významné číslice (kód 010) ve čtvrtém kroku stejné Y> = 1, protože číslo A = 1110 další číslo B = 1100 a na pátém signálu  Y = 1, protože číslo A = 0101 menší než číslo B = 0111 atd.

3 úloha. Kopírovat do dialogového okna generátoru stránky sestavy XWG1 a okno analyzátoru XLA1 s časovými diagramy vstupních a výstupních signálů.

Na základě pravdivostní tabulky (viz tabulka 31.1) poskytnout vysvětlení výsledky porovnání dvou binárních čísel pro všechna zapsaná do paměťových buněk generátoru XWG1 kombinace binárních sekvencí.

OBSAH ZPRÁVY

1. Název a účel práce.

2. Seznam přístrojů použitých v experimentech s jejich stručnou charakteristikou.

3. Schéma elektrického zapojení pro testování digitálního komparátoru.

4. Kopie dialogového okna generátoru slov XWG1 se zaznamenanými kombinacemi binárních sekvencí v jeho paměťových buňkách a okně logického analyzátoru XLA1 s časovými diagramy vstupních a výstupních signálů studovaného komparátoru.

5. Závěry k práci.

ZKUŠEBNÍ ÚKOLY DO PRÁCE 31

1. Prosím Ukaž: а) je možné nainstalovat fakt rovnosti dvouciferná binární čísla А и В použití dodaného srovnávacího zařízení; б) Který úroveň Pokud jsou čísla stejná, bude na jeho výstupu vytvořen signál А и В?

ČTĚTE VÍCE
Jaký výkon je potřeba pro stabilizátor napětí pro plynový kotel 24 kW?

2. Uveďte prosím jaké funkce funguje digitální komparátor?

Součet modulo 2 všech číslic k určení parity čísla

Porovnání dvou binárních čísel А и В stejnou bitovou hloubku pro určení rovnosti А = В nebo nerovnost А < B и A > B

Ukládání a převod víceciferných čísel

Porovnání pilového signálu s referenčním signálem

3. Upřesněte logický funkce, vyjadřující rovnost i-x číslic binárních čísel.

4. Uveďte které typ Obsahují digitální zařízení komparátory?

5. Upřesněte počet aktivních logické signály generované na výstupu komparátoru při porovnávání vícebitových binárních čísel.

Počet aktivních výstupních signálů je roven počtu bitů porovnávaných binárních čísel.

6. Uveďte, co je určeno počet vstupů digitální srovnávač?

Komparátory mají vždy čtyři vstupy

Počet vstupů závisí na stupni rozkladu porovnávacího zařízení a je roven počtu porovnávacích prvků jednobitových slov

Počet vstupů je určen bitovou hloubkou porovnávaných binárních čísel

7. Uveďte prosím, zda je to možné stavět zařízení pro porovnávání požadované bitové hloubky pomocí digitálních komparátorů s omezenou bitovou hloubkou (například čtyřbitové)?

Syntetizované blokové schéma podle vzorce pro f(A=B)i má tvar znázorněný na obr. 8.22.

Rýže. 8.22. Funkční schéma zařízení pro porovnávání jednomístných kódů.

Proveďme na funkci následující transformace f(A=B)ipomocí identit algebry logiky:

těch. Nakonec máme inverzi exkluzivní funkce OR.

Jednociferná funkce nerovnosti pak bude vyjádřena prostřednictvím přímé hodnoty funkce Exclusive OR. Přechod od rovnosti (nerovnosti) jednotlivých číslic k funkci rovnosti F(A=B) (nerovnosti) celkem n-bitový kód, je nutné prokázat přítomnost logických jednotek ve všech funkcích f(A=B)i ( ). To se provádí n-vstupní prvek I. FAL pro funkci F(A=B) s přihlédnutím k použití exkluzivní funkce OR inverze má tvar

Funkce f(A>B)i jednociferné číslo podle tabulky 8.9 bude realizováno dvouvstupovým prvkem AND, z nichž jeden vstup obdrží číslici ai v přímém tvaru a na druhém – číslice v inverzní podobě, tj. . U srovnávacího schématu je situace poněkud složitější n– umístěte slova s ​​„více“. K tomu je třeba provést analýzu nerovností postupně ve směru od nejvýznamnějších číslic k nižším. Číslice nižšího řádu se porovnávají za podmínky, že nejvyšší číslice jsou stejné. Poté lze srovnávací logiku pro „větší než“ pro dvoubitové slovo s přihlédnutím k rovnosti/nerovnosti nejvyššího bitu prezentovat v následující podobě

ČTĚTE VÍCE
Jak ošetřit sádrovou omítku před pokládkou obkladů?

Podobně můžete napsat porovnávací logiku pro trojciferné číslo

a čtyřmístné číslo

Obecně platí, že porovnávací funkce pro „více“ pro libovolné n-ciferné číslo lze vyjádřit

Nahrazování mintermů funkcí f(A>B)i v proměnných ai и bi a ekvivalentní funkce f(A=B)i prvky exkluzivní OR-NOT, můžete implementovat prezentované FAL pro F(A>B).

Porovnávací funkci pro “méně” lze definovat jako

těch. pouze v případě, že neexistuje rovnost F(A=B)=0 a skutečnost je větší F(A>B)=0, pak obvod přizpůsobení nule (funkce OR) nastaví společnou nulu a inverze této nuly dá jednotkovou hodnotu funkce F(AB) jako poslední zbývající možnost srovnání.

Obr.8.23. Funkční diagram komparátoru, který implementuje funkce „rovná se“, „větší než“, „menší než“ dvou čtyřciferných čísel.

Kvůli těžkopádné struktuře komparátorů velkých šířek čísel a nutnosti použít v tomto případě logické prvky s velkým počtem vstupů jsou komparátory, které porovnávají binární kódy s bitovou šířkou, obvykle implementovány v integrovaném provedení n ne více než 4 nebo 8 bitů. Pro zvýšení bitové hloubky zpracovávaných kódů jsou porovnávaná slova rozdělena do skupin s pevnou bitovou hloubkou, přičemž jednotlivé výstupy porovnávacích funkcí jsou „rovné“ F(A=B)i a více” F(A>B)i v každé skupině. Potom je pro analýzu použitelná metoda popsaná výše n-bitové kódy. K tomu jsou výstupy funkcí rovnosti a více komparátorů jednotlivých skupin sloučeny do části obvodu na obr. 8.23, ohraničené tečkovanou čarou. V důsledku toho se vytvoří výsledek porovnání kódů celé délky. V běžném grafickém zápisu je funkce komparátoru specifikována symboly „= =“ nebo „COMP“.

Jako příklad můžeme uvést čtyřbitový komparátorový mikroobvod K561IP2, který implementuje porovnávací funkce „větší než“, „menší než“ a „rovná se“. Tento čip lze použít i pro porovnání kódů vyšší kapacity (obr. 8.24). K tomuto účelu poskytuje vstupy pro přenos funkcí „menší než“ a „rovná se“, ke kterým jsou dodávány výstupy stejnojmenných funkcí ve skupině číslic nižšího řádu. Vstup „více“ v tomto mikroobvodu je nadbytečný a v mikroobvodech všech skupin je nutné na něj neustále aplikovat potenciál logické jednotky. Na vstup „menší než“ mikroobvodu nejnižší skupiny musí být přivedena logická nula a na „rovný“ vstup musí být přivedena logická jednička. Stejné zahrnutí mikroobvodu by mělo být při jeho použití k porovnání čtyřbitových slov.

ČTĚTE VÍCE
Musím před izolací provést hydroizolaci základů?

Obr.8.24. Zapnutí mikroobvodu K561IP2 při zvýšení bitové hloubky porovnávaných slov.