Ир23. Буферные элементы и регистры: ключевые компоненты цифровых схем

Что такое буферные элементы и для чего они нужны в цифровых схемах. Какие бывают типы регистров и как они используются. Какие параметры важны при выборе буферных элементов и регистров. Как правильно подключать эти компоненты в схемах.

Содержание

Буферные элементы: назначение и типы

Буферные элементы играют важную роль в цифровых схемах, выполняя следующие основные функции:

  • Усиление сигналов для обеспечения требуемой нагрузочной способности
  • Согласование уровней логических сигналов между различными типами микросхем
  • Организация двунаправленных шин данных
  • Временная задержка сигналов для синхронизации

Существует несколько основных типов буферных элементов:

  1. Неинвертирующие буферы — повторяют входной сигнал на выходе без инверсии
  2. Инвертирующие буферы — инвертируют входной сигнал
  3. Буферы с третьим состоянием — могут отключать свой выход в высокоимпедансное состояние
  4. Двунаправленные буферы — позволяют передавать сигналы в обоих направлениях

Ключевые параметры буферных элементов

При выборе буферных элементов важно учитывать следующие характеристики:


  • Нагрузочная способность — максимальный выходной ток
  • Задержка распространения сигнала
  • Входное и выходное напряжение логических уровней
  • Потребляемая мощность
  • Допустимая емкость нагрузки

Например, для микросхемы К155ЛН1 типичные значения:

  • Выходной ток: до 16 мА
  • Задержка распространения: 10-15 нс
  • Напряжение логической «1» на выходе: не менее 2.4 В
  • Напряжение логического «0» на выходе: не более 0.4 В

Регистры: основные типы и применение

Регистры представляют собой последовательно соединенные триггеры и используются для хранения и преобразования двоичной информации. Основные типы регистров:

  1. Параллельные регистры — позволяют одновременно записывать и считывать все биты
  2. Последовательные регистры — информация вводится и выводится последовательно бит за битом
  3. Сдвиговые регистры — осуществляют сдвиг информации вправо или влево
  4. Реверсивные регистры — могут сдвигать информацию в обоих направлениях

Регистры применяются для:

  • Временного хранения данных
  • Преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот
  • Задержки цифровых сигналов
  • Выполнения арифметических и логических операций

Параметры и характеристики регистров

При выборе регистров следует обращать внимание на следующие параметры:


  • Разрядность — количество битов информации
  • Быстродействие — максимальная тактовая частота
  • Потребляемая мощность
  • Нагрузочная способность выходов
  • Наличие дополнительных функций (сброс, установка, третье состояние выходов)

Например, для микросхемы К155ИР1 8-разрядного параллельного регистра:

  • Максимальная тактовая частота: 25 МГц
  • Время установления: 20 нс
  • Ток потребления: до 80 мА
  • Выходной ток: до 16 мА на каждый выход

Применение буферных элементов и регистров в схемах

Рассмотрим несколько типовых примеров использования этих компонентов:

Буферизация выходов микропроцессора

Для увеличения нагрузочной способности шины данных микропроцессора часто применяют буферные элементы с третьим состоянием. Это позволяет подключать большее количество периферийных устройств.

Преобразование уровней TTL в CMOS

При сопряжении ТТЛ и КМОП микросхем используют буферы-преобразователи уровней для согласования логических сигналов этих технологий.

Организация регистра сдвига

Последовательно соединенные D-триггеры образуют сдвиговый регистр, который может использоваться для преобразования последовательного кода в параллельный:


D0 -->[D Q]-->[D Q]-->[D Q]-->[D Q]--> | | | | Q0 Q1 Q2 Q3

Буферизация шины адреса

Для увеличения нагрузочной способности шины адреса микропроцессора применяют буферные элементы. Это позволяет подключать большее количество микросхем памяти и периферийных устройств.

Практические рекомендации по применению

При использовании буферных элементов и регистров следует учитывать следующие моменты:

  • Обеспечивать необходимое быстродействие компонентов в соответствии с частотой работы схемы
  • Не превышать максимально допустимую нагрузку на выходы
  • Использовать развязывающие конденсаторы по питанию
  • Правильно подключать неиспользуемые входы
  • Учитывать задержки распространения сигналов при расчете временных диаграмм

Соблюдение этих рекомендаций позволит обеспечить надежную работу цифровых схем с применением буферных элементов и регистров.

Современные тенденции развития

В настоящее время наблюдаются следующие тенденции в развитии буферных элементов и регистров:


  • Увеличение быстродействия (тактовые частоты до нескольких ГГц)
  • Снижение энергопотребления
  • Интеграция дополнительных функций (защита от помех, диагностика и т.д.)
  • Применение дифференциальных сигналов для повышения помехозащищенности
  • Уменьшение корпусов для повышения плотности монтажа

Эти тенденции позволяют создавать все более быстродействующие и энергоэффективные цифровые устройства.

Заключение

Буферные элементы и регистры являются важнейшими компонентами современных цифровых схем. Правильный выбор и применение этих элементов позволяет обеспечить требуемые характеристики устройств — быстродействие, нагрузочную способность, помехозащищенность. Знание принципов работы и основных параметров буферов и регистров необходимо каждому разработчику цифровой электроники.


К155 (555) ИР23 = (374) — 8 триггеров с тремя состояниями


Cк- тактирование
CO- управление выходом
Перевод в высокоимпедансное состояние (Z) не запрещает записи в регистр.

Co  Cк  D  Q
 L  _/~  H  H
 L  _/~  L  L
 L   L  X
 Q0
 H   X  X  Z

Параметры  54LS/74LS
(533,555)
54S/74S
(530,531)
74ALS
(1533)
74AS
(1530)
54F/74F
(1531)
Выходной ток лог. 1 (макс.), мА      1/2.6    2/6.5    1/2.6
 12/15
  3/3
Выходной ток лог. 0 (макс.), мА     12/24      20   12/24  32/48  20/24
Входной ток лог. 0 (макс.), мА        0.4      0.25      0.1     0.5     0.6
Входной ток лог. 1 (макс.), мкА        20      50      20     20     20
Вых. напряжение лог.0 (I=Iмакс), В
      -0.5      -0.5    -0.5
Вых. напряжение лог.0 (I=12 мА), В -0.25-0.4       -0.4    
Вых. напряжение лог.1 (I=Iмакс), В   2.4-3.1-  2.4-3.1-  2.4-   2.4-3.4-
Вых. ток короткого замыкания, мА     30-130   40-100   30-112  30-112  60-150
Ток потребления для ИР23, мА    -27-40 — 90-140  -20-31 -84-128 -57-86

  533/555 530/531 1533 1530 1531
Задержки (нс) ИР23 ИР23 ИР23 ИР23 ИР23
  LS374 S374 ALS374 AS374 54F/74F374
От «Cк» Q= L—>H   -15-18  — 8-15   -12     -8  -6. 5-8.5
От «Cк» Q= H—>L   -19-28  -11-17   -16     -9  -6.5-8.5
От «CO» Q= Z—>H   -20-28  — 8-15   -17     -6  -9.0-11.5
От «CO» Q= Z—>L   -21-28  -11-18   -18     -10  -5.3-7.5
От «CO» Q= H—>Z   -12-20  — 5- 9   -10     -6  -5.3-7.0
От «CO» Q= L—>Z   -14-25  — 7-12   -18     -6  -4.3-5.5
Длительн. «Clock» (H)   15-    6- 14-    4-     7-
Длительн. «Clock» (L)   15-  7.3- 14-    3-     6-
Время предустановки   20-_/~ 5- _/~ 10-  — 2-     2-
Время удержания   0-_/~ 2- _/~  0-  — 2-     2-
Макс. частота, МГц   35-50- 75-100- 30/35 100/125   100-

Шпатлевка Ирком-Колор ИР-23 орех,0,35кг. — Золотые ворота

Шпатлевка ИрКом ИР-23 – для выравнивания углублений, трещин и других дефектов поверхностей ДВП, ДСП, разных пород дерева слоем толщиной до 5 мм, а также для бетона, гипсокартона, кирпича. Для наружных и внутренних работ.

Объем: 0,35 кг.

Цвет: орех.

Сухой остаток: около 74%

Температура применения: от +15˚С до +25˚С.

Температура хранения: не ниже 0˚С.

Время высыхания: слоем до 2 мм – 2-3 часа при температуре (20 ±2)˚С и относительной влажности (50-70)%.

Динамическая вязкость: около 1 300 000 мПа*С.

Плотность: около 1,7 кг/л

Морозостойкость: для морозостойкой шпаклевки 5 циклов.

Срок годности: хранить в фирменной герметичной заводской упаковке, в недоступном от детей месте 24 месяца