Компаратор на логических элементах: Сумматоры и цифровые компараторы: принцип работы, схемы

Сумматоры и цифровые компараторы: принцип работы, схемы

рис. 3.48Сумматоры — это комбинационные устройства, предназначенные для сложения чисел. Рассмотрим сложение двух одноразрядных двоичных чисел, для чего составим таблицу сложения (таблицу истинности), в которой отразим значения входных чисел А и В, значение результата суммирования S и значение переноса в старший разряд P (см. рис. 3.48).

Содержание

Цифровые сумматоры

Работа устройства, реализующего таблицу истинность (рис. 3.48), описывается следующими уравнениями

S = А·В + А·В

Р = А·В
Очевидно, что по отношении: к столбцу S реализуется логическая функция «исключающее ИЛИ», т. е. S = А + В. Устройство, реализующее таблицу (рис. 3.48), называют полусумматором, и оно имеет логическую структуру, изображенную на рис. 3.49.

рис. 3.49

Поскольку полусумматор имеет только два входа, он может использоваться для суммирования лишь в младшем разряде.

При суммировании двух многоразрядных чисел для каждого разряда (кроме младшего) необходимо использовать устройство, имеющее дополнительный вход переноса. Такое устройство (рис. 3.50) называют полным сумматором и его можно представить как объединение двух полусумматоров (Р

вх — дополнительный вход переноса). Сумматор обозначают через SM.

рис. 3.50

Цифровые компараторы


Цифровые компараторы 
выполняют сравнение двух чисел, заданных в двоичном коде. Они могут определять равенство двух двоичных чисел A и B с одинаковым количеством разрядов либо вид неравенства A> B или A < B. Цифровые компараторы имеют три выхода.

Схема одноразрядного компаратора представляет собой структуру логического элемента «исключающее ИЛИ-НЕ» (рис. 3.51).

рис. 3.51

Из анализа схемы следует, что если A= B, то F = 1, в противном случае, т. е. при А ≠ В, F = 0. Если А > В, т. е. А = 1, В = 0, то С = 1, а если А < В, т. е. А = 0, В = 1, то D = l.

Если попарно равны между собой все разряды двух n-разрядных двоичных чисел, то равны и эти два числа А и В. Применяя цифровой компаратор для каждого разряда, например, четырехзначных чисел, и определяя значения F1, F2, F3, F4 логических переменных на выходах компараторов, факт равенства А = В установим в случае, когда F = F1 · F2 · F3 · F4 = 1. Если же F = 0, то А ≠ В.

Неравенство А > В обеспечивается (для четырехразрядного числа) в четырех случаях: или А4 > В4, или А4 = В4 и А3 > В3, или А4 = В4, А3 = В3 и А2 > В2, или А4 = В4, А3 = В3, А2 = В2 и A1 > В1 (где А4 и В4 — старшие разряды чисел А и В). Очевидно, что если поменять местами А1 и B1, то будет выполняться неравенство А < В.

Цифровые компараторы выпускают, как правило, в виде самостоятельных микросхем. Так, микросхема К564ИП2 (рис. 3.52) является четырехразрядным компаратором, в котором каждый из одноразрядных компараторов аналогичен рассмотренной ранее схеме. Данная микросхема имеет расширяющие входы А < В, А = В, А > В, что позволяет наращивать разрядность обоих чисел. Для этого компараторы соединяют каскадно или параллельно (пирамидально).

рис. 3.52 Рассмотрим каскадное соединение компараторов К564ИП2 для сравнения двух восьмиразрядных чисел (рис. 3.53). При этом соединении выходы А = В и А < В предыдущей микросхемы (младшие разряды) подключают к соответствующим входам последующей. На входы А < В, А = В, А > В микросхемы младших разрядов подают соответственно потенциалы U0 и U1 (U0 соответствует логическому 0, a U1 — «1»). В последующих микросхемах на входах А > В поддерживают потенциал логической единицы U1.

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Пороговые устройства, называемые также компараторами, предназначены для преобразования аналогового сигнала в цифровую информацию. Например, на выходе порогового элемента формируется сигнал какого-либо логического уровня, если входной аналоговый сигнал по своему значению меньше определенного напряжения, если же он больше, то на выходе порогового устройства формируется сигнал противоположного логического уровня.

Кроме регистрации или сигнализации о превышении (или снижении) напряжения контролируемого сигнала, пороговые устройства применяют в аналого-цифровых преобразователях, генераторах импульсов различной формы.

В составе некоторых серий аналоговых микросхем есть компараторы, пригодные для совместной работы с цифровыми микросхемами, но они не всегда доступны. Многие из них требуют двухполярного источника питания, что усложняет конструкцию. Поэтому в ряде случаев оказывается целесообразным использовать в качестве пороговых устройств элементы, что обеспечивает полное согласование логических уровней без каких-либо специальных мер.

В принципе, сам элемент представляет собой пороговое устройство, в чем легко убедиться, взглянув на рис. 18, на котором показаны передаточные характеристики идеального порогового устройства 1 и элемента КМОП 2. У идеального порогового устройства прямоугольная характеристика, элемент же имеет характеристику с некоторым наклоном, поэтому вблизи порогового напряжения возникает зона неопределенности, которая в итоге и определяет чувствительность порогового устройства. В тех случаях, когда не требуется высокой точности, в качестве порогового устройства можно использовать логический элемент.

Для повышения точности пороговых устройств на основе элементов применяют специальные схемные решения. Схема простого порогового устройства на двух элементах ТТЛ приведена на рис. 19,а. Благодаря наличию положительной обратной связи (ПОС) по постоянному току через резистор R2 передаточная характеристика становится прямоугольной (рис. 19,6). Устройство работает следующим образом. При входном сигнале меньше порогового на выходе будет напряжение низкого уровня. С увеличением входного напряжения до U2 на выходе элемента DD1.2 напряжение также начнет увеличиваться. Это напряжение через резистор R2 поступит на вход элемента DD1.1, что приведет к еще большему увеличению напряжения на выходе элемента DD1.2 и т. д. Таким образом, пороговое устройство скачком переходит в устойчивое состояние с высоким уровнем напряжения на выходе. Дальнейшее увеличение входного напряжения состояние порогового устройства не изменяет.

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 18. Характеристики порогового устройства и элемента КМОП

При уменьшении входного напряжения до U] пороговое устройство скачком переходит в устойчивое состояние с низким уровнем напряжения на выходе. Разность напряжений U2—U1 называют шириной петли гистерезиса, она зависит от соотношения номиналов резисторов R1 и R2. От этих же резисторов зависит и чувствительность. При увеличении сопротивления резистора R2 и уменьшении R1 чувствительность повышается, а ширина петли гистерезиса уменьшается. Однако элементы ТТЛ работают с входными токами, поэтому сопротивление этих резисторов должны лежать в определенных пределах. Так, для микросхем серий К133 и К155 сопротивление резистора R1 может быть в пределах 0,1 ...2 кОм, a R2 — в пределах 2... 10 кОм.

Такое пороговое устройство не имеет на входе разделительного конденсатора, поэтому нижняя граница его частотной характеристики простирается вплоть до постоянного напряжения, а вот верхняя, из-за наличия к цепи сигнала резистора R1, ограничена частотой 8... 10 МГц.

Если необходимо пороговое устройство, реагирующее только на переменную составляющую сигнала, его следует несколько изменить в соответствии с рис. 20. Сопротивления резисторов R2 и R3 должны быть примерно равны, емкость конденсатора С1 определяет нижнюю частотную границу рабочего диапазона.

Большей граничной частотой обладает пороговое устройство на логических расширителях по ИЛИ микросхемы К155ЛД1 (рис. 21), по схемному построению аналогичное триггеру Шмитта на транзисторах. Порог срабатывания зависит от соотношения номиналов резисторов R1 и R3. Ширина петли гистерезиса составляет около 0,1 В, а порог срабатывания можно регулировать от 0,02 до і В. Номинал резистора SR1! должен быть в пределах 0,(1 ... 1 кОм, a R2 — 22.

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 19. Пороговое устройство на элементе ТТЛ

 

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 20. Принципиальная схема порогового устройства на элементе ТТЛ

 

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 21. Принципиальная схема порогового устройства на микросхеме К155ЛД1

Недостатком такого устройства является несколько повышенное, чем обычно, напряжение низкого логического уровня, за счет падения напряжения на резисторе R3.

Выполнить пороговый элемент можно и на элементах КМОП (рис. 22). Его отличительной особенностью является экономичность, а недостатком — низкая чувствительность. Поскольку элементы КМОП работают без входных токов и обладают невысокой нагрузочной способностью по току, то сопротивления резисторов R1 и R2 обычіно выбирают большими — десятки и сотни килорм. Для повышения чувствительности устройства на его вход следует подавать начальное смешение от источника питания через делитель R3R4.

При .контроле сигнала, уровень которого может изменяться в больших пределах, например музыкального сигнала, возможна ситуация, когда сигнал на очень короткое время превысит пороговое значение. Хотя устройство и сработает, но этого времени может не хватить, например, для включения индикатора. В таком случае будет полезным пороговое устройство с «памятью» (,рис. 23), которое на определенное время сохранит информацию о том, что сигнал превысил пороговое напряжение или был меньше него. От предыдущего устройства оно отличается тем, что в цепь ПОС между выходом элемента DD1.2 и одним из входов элемента DD1.1 включен конденсатор С2. Как только на выходе элемента DD1.2 появляется напряжение высокого уровня, оно через конденсатор С2 поступает на вход элемента DDL1. В таком состоянии устройство остается до тех пор, пока не зарядится этот конденсатор, даже в том случае, если уровень входного сигнала станет ниже порогового значения. Время, в течение которого информация о превышении сигнала хранится в устройстве, определяется постоянной времени цепи R1C2.

В каких же конструкциях можно применить пороговые устройства? В приборах, сигнализирующих об изменении напряжения, сигнала, в реле времени ^таймеры), различных индикаторах, генераторах и многих других. Цифровые микросхемы широко используют для генерирования сигналов с разными параметрами. Благодаря большому коэффициенту усиления н хорошим частотным свойствам на базе их логических элементов удается реализовать генераторы с частотой от долей герца до десятков и сотен мегагерц, к тому же самой различной формы.

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 22. Принципиальная схема порогового устройства на элементе КМОП

 

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Рис. 23. Принципиальная схема порогового устройства с «памятью»

Литература: И. А. Нечаев, Массовая Радио Библиотека (МРБ), Выпуск 1172, 1992 год.

Пороговые устройства на элементах цифровой логики

Пороговые устройства, называемые также компараторами, предназначены для преобразования аналогового сигнала в цифровую информацию. Например, на выходе порогового элемента формируется сигнал какого-либо логического уровня, если входной аналоговый сигнал по своему значению меньше определенного напряжения, если же он больше, то на выходе порогового устройства формируется сигнал противоположного логического уровня.

Кроме регистрации или сигнализации о превышении (или снижении) напряжения контролируемого сигнала, пороговые устройства применяют в аналого-цифровых преобразователях, генераторах импульсов различной формы.

В составе некоторых серий аналоговых микросхем есть компараторы, пригодные для совместной работы с цифровыми микросхемами, но они не всегда доступны. Многие из них требуют двухполярного источника питания, что усложняет конструкцию. Поэтому в ряде случаев оказывается целесообразным использовать в качестве пороговых устройств элементы, что обеспечивает полное согласование логических уровней без каких-либо специальных мер.

В принципе, сам элемент представляет собой пороговое устройство, в чем легко убедиться, взглянув на рис. 18, на котором показаны передаточные характеристики идеального порогового устройства 1 и элемента КМОП 2. У идеального порогового устройства прямоугольная характеристика, элемент же имеет характеристику с некоторым наклоном, поэтому вблизи порогового напряжения возникает зона неопределенности, которая в итоге и определяет чувствительность порогового устройства. В тех случаях, когда не требуется высокой точности, в качестве порогового устройства можно использовать логический элемент.

Для повышения точности пороговых устройств на основе элементов применяют специальные схемные решения. Схема простого порогового устройства на двух элементах ТТЛ приведена на рис. 19,а. Благодаря наличию положительной обратной связи (ПОС) по постоянному току через резистор R2 передаточная характеристика становится прямоугольной (рис. 19,6). Устройство работает следующим образом. При входном сигнале меньше порогового на выходе будет напряжение низкого уровня. С увеличением входного напряжения до U2 на выходе элемента DD1.2 напряжение также начнет увеличиваться. Это напряжение через резистор R2 поступит на вход элемента DD1.1, что приведет к еще большему увеличению напряжения на выходе элемента DD1.2 и т. д. Таким образом, пороговое устройство скачком переходит в устойчивое состояние с высоким уровнем напряжения на выходе. Дальнейшее увеличение входного напряжения состояние порогового устройства не изменяет.

Характеристики порогового устройства и элемента КМОП

Рис. 18. Характеристики порогового устройства и элемента КМОП

При уменьшении входного напряжения до U] пороговое устройство скачком переходит в устойчивое состояние с низким уровнем напряжения на выходе. Разность напряжений U2—U1 называют шириной петли гистерезиса, она зависит от соотношения номиналов резисторов R1 и R2. От этих же резисторов зависит и чувствительность. При увеличении сопротивления резистора R2 и уменьшении R1 чувствительность повышается, а ширина петли гистерезиса уменьшается. Однако элементы ТТЛ работают с входными токами, поэтому сопротивление этих резисторов должны лежать в определенных пределах. Так, для микросхем серий К133 и К155 сопротивление резистора R1 может быть в пределах 0,1 ...2 кОм, a R2 — в пределах 2... 10 кОм.

Такое пороговое устройство не имеет на входе разделительного конденсатора, поэтому нижняя граница его частотной характеристики простирается вплоть до постоянного напряжения, а вот верхняя, из-за наличия к цепи сигнала резистора R1, ограничена частотой 8... 10 МГц.

Если необходимо пороговое устройство, реагирующее только на переменную составляющую сигнала, его следует несколько изменить в соответствии с рис. 20. Сопротивления резисторов R2 и R3 должны быть примерно равны, емкость конденсатора С1 определяет нижнюю частотную границу рабочего диапазона.

Большей граничной частотой обладает пороговое устройство на логических расширителях по ИЛИ микросхемы К155ЛД1 (рис. 21), по схемному построению аналогичное триггеру Шмитта на транзисторах. Порог срабатывания зависит от соотношения номиналов резисторов R1 и R3. Ширина петли гистерезиса составляет около 0,1 В, а порог срабатывания можно регулировать от 0,02 до і В. Номинал резистора SR1! должен быть в пределах 0,(1 ... 1 кОм, a R2 — 22.

Пороговое устройство на элементе ТТЛ

Рис. 19. Пороговое устройство на элементе ТТЛ

 

Принципиальная схема порогового устройства на элементе ТТЛ

Рис. 20. Принципиальная схема порогового устройства на элементе ТТЛ

 

Принципиальная схема порогового устройства на микросхеме К155ЛД1

Рис. 21. Принципиальная схема порогового устройства на микросхеме К155ЛД1

Недостатком такого устройства является несколько повышенное, чем обычно, напряжение низкого логического уровня, за счет падения напряжения на резисторе R3.

Выполнить пороговый элемент можно и на элементах КМОП (рис. 22). Его отличительной особенностью является экономичность, а недостатком — низкая чувствительность. Поскольку элементы КМОП работают без входных токов и обладают невысокой нагрузочной способностью по току, то сопротивления резисторов R1 и R2 обычіно выбирают большими — десятки и сотни килорм. Для повышения чувствительности устройства на его вход следует подавать начальное смешение от источника питания через делитель R3R4.

При .контроле сигнала, уровень которого может изменяться в больших пределах, например музыкального сигнала, возможна ситуация, когда сигнал на очень короткое время превысит пороговое значение. Хотя устройство и сработает, но этого времени может не хватить, например, для включения индикатора. В таком случае будет полезным пороговое устройство с «памятью» (,рис. 23), которое на определенное время сохранит информацию о том, что сигнал превысил пороговое напряжение или был меньше него. От предыдущего устройства оно отличается тем, что в цепь ПОС между выходом элемента DD1.2 и одним из входов элемента DD1.1 включен конденсатор С2. Как только на выходе элемента DD1.2 появляется напряжение высокого уровня, оно через конденсатор С2 поступает на вход элемента DDL1. В таком состоянии устройство остается до тех пор, пока не зарядится этот конденсатор, даже в том случае, если уровень входного сигнала станет ниже порогового значения. Время, в течение которого информация о превышении сигнала хранится в устройстве, определяется постоянной времени цепи R1C2.

В каких же конструкциях можно применить пороговые устройства? В приборах, сигнализирующих об изменении напряжения, сигнала, в реле времени ^таймеры), различных индикаторах, генераторах и многих других. Цифровые микросхемы широко используют для генерирования сигналов с разными параметрами. Благодаря большому коэффициенту усиления н хорошим частотным свойствам на базе их логических элементов удается реализовать генераторы с частотой от долей герца до десятков и сотен мегагерц, к тому же самой различной формы.

Принципиальная схема порогового устройства на элементе КМОП

Рис. 22. Принципиальная схема порогового устройства на элементе КМОП

 

Принципиальная схема порогового устройства с &laquo

Рис. 23. Принципиальная схема порогового

Цифровой компаратор — Википедия с видео // WIKI 2

Цифрово́й компара́тор или компара́тор ко́дов логическое устройство с двумя словарными входами, на которые подаются два разных двоичных слова равной в битах длины и обычно с тремя двоичными выходами, на которые выдаётся признак сравнения входных слов, — первое слово больше второго, меньше или слова равны. При этом выходы «больше», «меньше» имеют смысл, если входные слова кодируют числа в том или ином машинном представлении.

Часто цифровые компараторы не имеют выходов «больше», «меньше», а только выход «равно».

Может быть построен на логических элементах, работа которых основана на самых различных физических принципах, но современные компараторы обычно представляют собой полупроводниковые электронные устройства работающие в двоичной логике.

Промышленностью компараторы выпускаются в виде законченных компонентов — микросхем с разной длиной сравниваемых слов и других параметров. Примеры микросхем цифровых компараторов: КМОП-логика — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74682-89 и многие другие.

Компараторы широко используются в вычислительной технике, измерительной технике, радио- и проводной связи, бытовых приборах. Например, цифровые часы с будильником содержат цифровой компаратор, при совпадении текущего времени с заданным, подается звуковой сигнал.

Аналоговым эквивалентом цифрового компаратора является аналоговый компаратор напряжений или токов. Некоторые микроконтроллеры имеют входные встроенные аналоговые компараторы, состояние выходов которых может быть считано программой контроллера или вызывать её прерывание подпрограммой.

Энциклопедичный YouTube

  • 1/5

    Просмотров:

    1 275

    470 537

    8 543

    105 030

    1 365

  • ✪ Лекция 302. Схема расщепления синхроимпульсов

  • ✪ Индикатор тока заряда аккумулятора. Сделай сам

  • ✪ Демультиплексоры, принцип действия

  • ✪ Простой USB-адаптер для автомобиля

  • ✪ Микроконтроллеры ATMEL - ATmega8515-16PU

Содержание

Логические функции

Для примера рассмотрим два 4-битных слова A {\displaystyle A} и B {\displaystyle B} , пусть эти слова представляют собой некоторые натуральные числа, представленные в двоичном виде, причем 3-й разряд будет старшим:

A = A 3 , A 2 , A 1 , A 0 {\displaystyle A=A_{3},A_{2},A_{1},A_{0}} ,
B = B 3 , B 2 , B 1 , B 0 {\displaystyle B=B_{3},B_{2},B_{1},B_{0}}

Здесь каждая буква с нижним цифровым индексом представляет один из битов в числах.

Равенство (эквивалентность)

Двоичные числа A {\displaystyle A} и B {\displaystyle B} будут равны, если все пары соответственных битов обоих чисел равны, то есть:

A 3 = B 3 {\displaystyle A_{3}=B_{3}} , A 2 = B 2 {\displaystyle A_{2}=B_{2}} , A 1 = B 1 {\displaystyle A_{1}=B_{1}} и A 0 = B 0 {\displaystyle A_{0}=B_{0}} .

В двоичной записи чисел их цифры это или 0, или 1. Булева функция для равенства любых двух цифр A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} (здесь логическая операция «ИЛИ» обозначена символом + {\displaystyle +} , а «И» символом точки) может быть выражена как:

x i = A i ⋅ B i + A ¯ i ⋅ B ¯ i {\displaystyle x_{i}=A_{i}\cdot B_{i}+{\overline {A}}_{i}\cdot {\overline {B}}_{i}} .

При этом x i {\displaystyle x_{i}} равна 1 только если A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} равны.

Для равенства A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} , все функции x i {\displaystyle x_{i}} (для i = 0, 1, 2, 3) должны быть равны 1.

Поэтому признак равенства A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} записывается в виде логической функции как

  ( A = B ) = x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ x 0 {\displaystyle \ (A=B)=x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot x_{0}} .

Двоичная функция ( A = B ) {\displaystyle (A=B)} равна 1 только если все пары цифр двух чисел равны.

Неравенство (неэквивалентность)

Чтобы определить наибольшее из двух двоичных чисел, мы рассмотрим отношение величин пар значащих цифр, начиная со старших битов к младшим битам до нахождения неравенства в некоторой позиции. Когда неравенство найдено, то, если соответствующий бит A {\displaystyle A} равен 1 и такой же бит B {\displaystyle B} равен 0, то мы считаем, что A > B {\displaystyle A>B} .

Это последовательное сравнение может быть выражено логическими выражениями как:

( A > B ) = A 3 ⋅ B ¯ 3 + x 3 ⋅ A 2 ⋅ B ¯ 2 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ A 1 ⋅ B ¯ 1 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ A 0 ⋅ B ¯ 0 {\displaystyle (A>B)=A_{3}\cdot {\overline {B}}_{3}+x_{3}\cdot A_{2}\cdot {\overline {B}}_{2}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot A_{1}\cdot {\overline {B}}_{1}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot A_{0}\cdot {\overline {B}}_{0}} ,
( A < B ) = A ¯ 3 ⋅ B 3 + x 3 ⋅ A ¯ 2 ⋅ B 2 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ A ¯ 1 ⋅ B 1 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ A ¯ 0 ⋅ B 0 {\displaystyle (A<B)={\overline {A}}_{3}\cdot B_{3}+x_{3}\cdot {\overline {A}}_{2}\cdot B_{2}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot {\overline {A}}_{1}\cdot B_{1}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot {\overline {A}}_{0}\cdot B_{0}} .

( A > B ) {\displaystyle (A>B)} и ( A < B ) {\displaystyle (A<B)}  — выходные двоичные переменные, которые равны 1 когда A > B {\displaystyle A>B} или A < B {\displaystyle A<B} соответственно.

Таблицы истинности компаратора

Для примеров приведены таблицы истинности тривиального однобитового и двухбитового компараторов.

Логическая функция однобитового цифрового компаратора описывается таблицей истинности:

Таблица истинности двухбитового компаратора:

См. также

Ссылки

{\displaystyle A<B} Эта страница в последний раз была отредактирована 10 февраля 2020 в 14:54.

Компаратор принцип работы

Компаратор - это что такое? Микросхема и принцип работы

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения каких-либо величин (от лат. comparare – "сравнивать").

Является операционным усилителем с большим коэффициентом умножения. Имеет входы: прямой и инверсный. При необходимости опорный сигнал может быть подключен к любому из них.

Как работает компаратор?

На один из входов подается постоянный сигнал, который называется опорным.

Он используется как образец для сравнения. Ко второму поступает испытуемый сигнал. На выходе стоит транзистор, меняющий свое состояние в зависимости от условий:

  • Напряжение прямого входа выше инверсного – транзистор открыт.
  • Напряжение инверсного входа выше прямого – закрыт.

Соответственно, выходное напряжение меняется скачком от минимума до максимума, или наоборот.

Применение компаратора

Используются в схемах измерения электрических сигналов и в аналогово-цифровых преобразователях. В логических цепях работают элементы «или» и «не», также являющиеся компараторами. Соответственно, использование этого компонента не ограничивается конкретными примерами, поскольку он применяется повсеместно.

Стоит отметить, что устройство сравнения можно сделать из любого операционного усилителя, но не наоборот. Коэффициент усиления компаратора достаточно высок. Соответственно, его входы очень чувствительны к разнице напряжений между ними. Расхождение в несколько милливольт значительно изменяет напряжение выхода.

Таким образом, компаратор позволяет наблюдать минимальные колебания уровней входных напряжений.

Это делает его незаменимым элементом схем сравнения и измерительных приборов высокой точности:

  • индикаторы уровня входящего сигнала;
  • металлоискатели;
  • микро- и милливольтметры;
  • детекторы электромагнитных излучений;
  • лабораторные датчики;
  • компараторы массы;
  • газоанализаторы.

Принцип действия аналогового компаратора

Аналоговый компаратор сравнивает непрерывные сигналы – входной измеряемый и входной опорный. 

При медленном изменении входного сигнала, происходит многократное переключение компаратора за малый отрезок времени.

Такое явление называют «электронным дребезгом». Его наличие значительно снижает эффективность сравнения. Поскольку часто повторяющиеся смены состояния выхода, вводят оконечный транзистор в состояние насыщения.

Для уменьшения эффекта «электронного дребезга», в схему вводят ПОС – положительную обратную связь.

Она обеспечивает гистерезис – небольшую разницу между уровнем напряжения включения и отключения.

Некоторые компараторы имеют встроенную ПОС, что уменьшает количество дополнительных элементов построения конструкции.

Особенности цифрового компаратора

Цифровой компаратор – это однобитный аналогово-цифровой преобразователь.

Напряжение выхода представляет либо логический «0», либо «1».

На вход может быть подан как аналоговый, так и цифровой сигнал.

Устройство используется в качестве формирователя импульсов для сопряжения схем датчиков и устройств отображения.

Может применяться для анализа спектра звукового или светового сигнала.

Компаратор – это также логические элементы «или» и «не», используемые в вычислительной технике.

Теоретически при незначительно малых колебаниях уровня входного сигнала, может возникать состояние неопределенности выхода. На практике равенство измеряемого и опорного напряжений не наступает. Поскольку компаратор имеет ограниченный коэффициент усиления или положительную обратную связь.

Компаратор-микросхема

Промышленность выпускает компараторы в виде интегральных схем. Их использование позволяет создавать компактные приборы, с минимумом навесных элементов. Также преимущество малогабаритных деталей в незначительной длине соединительных проводников. В условиях повышенного электромагнитного излучения они являются приемными антеннами для всевозможных электрических помех.

Компаратор на операционном усилителе

У компараторов есть немалое сходство с операционными усилителями:

  • коэффициент усиления;
  • входное сопротивление;
  • значение входных токов;
  • состояние насыщения.

Пример практического применения компаратора

На принципиальной схеме представлен датчик освещенности.

Опорное напряжение задается резисторами RV1 и R2. При этом, RV1 служит регулятором чувствительности конструкции. Индикация реализована на светодиоде D1. Датчиком является элемент LDR1, который меняет омическое сопротивление в зависимости от освещенности. Собственно компаратор представлен операционным усилителем LM324. Это простое устройство демонстрирует то, как работает компаратор на практике.

Компараторы массы: понятие

Компаратор массы это устройство, предназначенное для уточнения разности значений массы гирь при контроле стандартов массы и веса, а также, для прецизионного взвешивания. Наиболее точные компараторы массы способны взвесить любой образец и сравнить его с иным, подобным ему. Происходит это на уровне атомов. Необходимость в таких устройствах возникает по причине несовершенства эталонных образцов мер веса и объема жидкости.

Типы компараторов

– компаратор для сравнения разнополярных сигналов;

– компаратор для сравнения однополярных сигналов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Цифровой компаратор — Википедия

Цифрово́й компара́тор или компара́тор ко́дов логическое устройство с двумя словарными входами, на которые подаются два разных двоичных слова равной в битах длины и обычно с тремя двоичными выходами, на которые выдаётся признак сравнения входных слов, — первое слово больше второго, меньше или слова равны. При этом выходы «больше», «меньше» имеют смысл, если входные слова кодируют числа в том или ином машинном представлении.

Часто цифровые компараторы не имеют выходов «больше», «меньше», а только выход «равно».

Может быть построен на логических элементах, работа которых основана на самых различных физических принципах, но современные компараторы обычно представляют собой полупроводниковые электронные устройства работающие в двоичной логике.

Промышленностью компараторы выпускаются в виде законченных компонентов — микросхем с разной длиной сравниваемых слов и других параметров. Примеры микросхем цифровых компараторов: КМОП-логика — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74682-89 и многие другие.

Компараторы широко используются в вычислительной технике, измерительной технике, радио- и проводной связи, бытовых приборах. Например, цифровые часы с будильником содержат цифровой компаратор, при совпадении текущего времени с заданным, подается звуковой сигнал.

Аналоговым эквивалентом цифрового компаратора является аналоговый компаратор напряжений или токов. Некоторые микроконтроллеры имеют входные встроенные аналоговые компараторы, состояние выходов которых может быть считано программой контроллера или вызывать её прерывание подпрограммой.

Логические функции

Для примера рассмотрим два 4-х битных слова A {\displaystyle A} и B {\displaystyle B} , пусть эти слова представляют собой некоторые натуральные числа, представленные в двоичном виде, причем 3-й разряд будет старшим:

A = A 3 , A 2 , A 1 , A 0 {\displaystyle A=A_{3},A_{2},A_{1},A_{0}} ,
B = B 3 , B 2 , B 1 , B 0 {\displaystyle B=B_{3},B_{2},B_{1},B_{0}}

Здесь каждая буква с нижним цифровым индексом представляет один из битов в числах.

Равенство (эквивалентность)

Двоичные числа A {\displaystyle A} и B {\displaystyle B} будут равны, если все пары соответственных битов обоих чисел равны, то есть:

A 3 = B 3 {\displaystyle A_{3}=B_{3}} , A 2 = B 2 {\displaystyle A_{2}=B_{2}} , A 1 = B 1 {\displaystyle A_{1}=B_{1}} и A 0 = B 0 {\displaystyle A_{0}=B_{0}} .

В двоичной записи чисел их цифры это или 0, или 1. Булева функция для равенства любых двух цифр A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} (здесь логическая операция «ИЛИ» обозначена символом + {\displaystyle +} , а «И» символом точки) может быть выражена как:

x i = A i ⋅ B i + A ¯ i ⋅ B ¯ i {\displaystyle x_{i}=A_{i}\cdot B_{i}+{\overline {A}}_{i}\cdot {\overline {B}}_{i}} .

При этом x i {\displaystyle x_{i}} равна 1 только если A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} равны.

Для равенства A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} , все функции x i {\displaystyle x_{i}} (для i = 0, 1, 2, 3) должны быть равны 1.

Поэтому признак равенства A i {\displaystyle A_{i}} и B i {\displaystyle B_{i}} записывается в виде логической функции как

  ( A = B ) = x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ x 0 {\displaystyle \ (A=B)=x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot x_{0}} .

Двоичная функция ( A = B ) {\displaystyle (A=B)} равна 1 только если все пары цифр двух чисел равны.

Неравенство (неэквивалентность)

Чтобы определить наибольшее из двух двоичных чисел, мы рассмотрим отношение величин пар значащих цифр, начиная со старших битов к младшим битам до нахождения неравенства в некоторой позиции. Когда неравенство найдено, то, если соответствующий бит A {\displaystyle A} равен 1 и такой же бит B {\displaystyle B} равен 0, то мы считаем, что A > B {\displaystyle A>B} .

Это последовательное сравнение может быть выражено логическими выражениями как:

( A > B ) = A 3 ⋅ B ¯ 3 + x 3 ⋅ A 2 ⋅ B ¯ 2 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ A 1 ⋅ B ¯ 1 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ A 0 ⋅ B ¯ 0 {\displaystyle (A>B)=A_{3}\cdot {\overline {B}}_{3}+x_{3}\cdot A_{2}\cdot {\overline {B}}_{2}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot A_{1}\cdot {\overline {B}}_{1}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot A_{0}\cdot {\overline {B}}_{0}} ,
( A < B ) = A ¯ 3 ⋅ B 3 + x 3 ⋅ A ¯ 2 ⋅ B 2 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ A ¯ 1 ⋅ B 1 + x 3 ⋅ x 2 ⋅ x 1 ⋅ A ¯ 0 ⋅ B 0 {\displaystyle (A<B)={\overline {A}}_{3}\cdot B_{3}+x_{3}\cdot {\overline {A}}_{2}\cdot B_{2}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot {\overline {A}}_{1}\cdot B_{1}+x_{3}\cdot x_{2}\cdot x_{1}\cdot {\overline {A}}_{0}\cdot B_{0}} .

( A > B ) {\displaystyle (A>B)} и ( A < B ) {\displaystyle (A<B)}  — выходные двоичные переменные, которые равны 1 когда A > B {\displaystyle A>B} или A < B {\displaystyle A<B} соответственно.

Таблицы истинности компаратора

Для примеров приведены таблицы истинности тривиального однобитового и двухбитового компараторов.

Логическая функция однобитового цифрового компаратора описывается таблицей истинности:

Таблица истинности двухбитового компаратора:

См. также

Ссылки

КОМПАРАТОРЫ И ПОЛИКОМПАРАТОРНЫЕ МИКРОСХЕМЫ в устройствах на микросхемах

Компараторами называют электронные устройства, предназначенные для сравнения двух или более электрических величин. Компараторы часто используют для преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также для восстановления формы искаженных цифровых сигналов. Компаратор может использоваться в качестве порогового устройства, срабатывающего в случае, если входной контролируемый сигнал превысит по величине сигнал заданный, опорный.

По виду сравниваемых входных сигналов компараторы подразделяют на две группы: аналоговые; цифровые.

Учитывая специфику данной монографии, ограничимся описанием аналоговых компараторов.

Аналоговый компаратор можно представить как простейший однобитный аналого-цифровой преобразователь. Выходной сигнал такого компаратора представлен, как правило, двумя возможными значениями, соответствующими уровням входного сигнала больше или меньше некоторой заданной пользователем величины:

♦  уровнем логической единицы;

♦  уровнем логического нуля.

В связи с этим важнейшими характеристиками компаратора являются величина и стабильность уровня (порога) перехода устройства из одного стабильного состояния в другое.

Зависимость выходного напряжения компаратора UBbIX от уровня входного UBX можно представить как

где Uon — опорное напряжение (напряжение сравнения).

Или, иными словами,

Компараторы чаще всего используют в пороговых, релейных схемах, устройствах контроля критически значимых величин.

Помимо основного назначения компараторы способны работать в качестве генераторов импульсов, аналого-цифровых преобразователях, схемах согласования логических уровней, схемах очистки зашумленных цифровых сигналов и т. д. Менее распространены двух- или более пороговые компараторы, которые наиболее часто применяют в простых индикаторах уровня входного сигнала, например, в светодиодных шкалах.

Компараторы по своему назначению или особенностям строения можно подразделить на такие группы:

♦  высоковольтные;

♦  низковольтные;

♦    маломощные компараторы, в том числе с источником опорного напряжения, в качестве которого может быть использован ОУ;

♦    повышенной выходной мощности, в том числе с защитой от перегрузки;

♦  высокоскоростные или повышенного быстродействия;

♦    с открытом выходом, выходом на КМОП, транзисторнотранзисторной или эмиттерно-связанной логике;

♦  с выходом «rail to rail»;

♦    двух- и более скоростные с автоматическим переходом на экономичный режим работы;

♦  прецизионные;

♦  многопороговые;

♦  многоканальные;

♦  с гистерезисом;

♦  стробируемые;

♦  с цифро-аналоговым преобразователем;

♦  программируемые;

♦  прочие.

Примечание.

Как правило, заметный выигрыш по одному из параметров обуславливает не менее значимый проигрыш по другому параметру. Так; например, пониженное энергопотребление компаратора достигается за счет снижения его быстродействия.

Компараторы обычно не содержат элементов частотной коррекции, имеют передаточную характеристику релейного типа и поэтому не могут использоваться в качестве линейных усилителей аналоговых сигналов, например, в качестве ОУ В то же время компараторы широко применяют для сопряжения аналоговых и цифровых устройств, на их основе могут быть созданы эффективные усилители D-класса.

Как было показано ранее, в качестве компараторов могут быть использованы обычные операционные усилители, охваченные петлей положительной обратной связи. Порок такого решения — низкая нагрузочная способность подобных устройств, поскольку для управления энергоемкой нагрузкой требуется применение усилителей мощности.

Специализированные компараторы, ориентированные, в отличие от операционных усилителей, на решение узкого круга задач, отличаются:

♦  повышенной нагрузочной способностью;

♦  быстродействием;

♦  невозможностью работы в линейном режиме.

Схемы компараторов — детекторов нуля, работающих на положительных или отрицательных перепадах входного напряжения, показаны на рис. 18.1 и 18.2. Переходная характеристика UBblx = UBbDC (UBX ) идеального компаратора имеет строго прямоугольную форму. Реальная форма этой характеристики (рис. 18.1 и рис. 18.2), определяется конечной скоростью переходных процессов, неидеальностью работы компаратора и его элементов.

Примечание.

Отмечу, что в крайне узком диапазоне входных напряжений компаратор способен работать как усилитель с крайне высоким коэффициентом усиления (порядка 105—106 и более). Очевидно, что стабильность работы такого усилителя невелика, т. к. положение его рабочей точки в существенной мере зависит от температуры окружающей среды, стабильности источников питающих напряжений и других факторов.

При желании точку переключения состояния компаратора (порог срабатывания) можно сместить в любую сторону относительно нуля.

Пример компаратора со ступенчато переключаемым — плавно регулируемым порогом срабатывания приведен на рис. 18.3.

Порог переключения компараторов не является строго фиксированной величиной. Обычно напряжение переключения компаратора нестабильно и в процессе работы хаотически смещается в ту или иную сторону от заданного уровня. Амплитуда таких флуктуаций определяется: свойствами конкретного типа компаратора; его разновидности; качеством изготовления; температурой окружающей среды; внешними воздействиями.

Примечание.

В этой связи при построении прецизионных схем сравнения напряжений необходимо предусматривать минимизацию или нейтрализацию собственных шумов компаратора.

Неприятной особенностью работы компараторов является их работа при уровнях входных сигналов вблизи порога разрешения переключения. В этом случае, если входной сигнал сильно зашумлен, на выходе компаратора появляется последовательность дельтавидных или иглоподобных апериодических импульсов, вносящих обычно сбои в работу радиоэлектронной аппаратуры.

Для минимизации паразитного переключения компаратора в условиях его работы с зашумленными сигналами иногда применяют схемотехнический прием, заключающийся в преднамеренном искажении формы переходной характеристики. На переходной характеристике такого компаратора наблюдается отчетливо выраженный гистерезис.

Рис. 18.4. Схема компаратора с гистерезисом (триггера Шмитта)

На рис. 18.4 и 18.5 показаны схемы компараторов с искусственно организованными петлями гистерезиса. Ширину петли гистерезиса AUraCT можно определить из выраже-

Рис. 18.5. Схема компаратора с регулируемой шириной петли гистерезиса

напряжение ограничения компаратора. Напряжения переключения компаратора +U и -U относительно заданного (нулевого, рис. 18.4 и 18.5, уровня) можно определить по

формуле

Компаратор уровней сигнала по амплитуде позволяет сопоставить величину (уровень) двух сигналов и переключить свой выходной уровень с логической единицы на нуль (или наоборот) в случае, если входной сигнал превысит заданный порог срабатывания компаратора.

Рис. 78.7. Схема нерегулируемого двухпорогового компаратора напряжения

Рис. 78.6. Схема двухпорогового компаратора на операционном усилителе

Отдельной проблемой сопоставления уровней сигналов является задача двух- или многопорогового разделения сигналов. Варианты решения такой задачи показаны на рис. 18.6, 18.7 [18.1]. Зависимость выхо дного сигнала от уровня входного показана на рис. 18.7.

Порог переключения компаратора Όι (рис. 18.7) устанавливают подачей напряжения Uynp. В случае, если на вход компаратора подается высокое отрицательное напряжение, то оно действует только на инвертирующий вход микросхемы DA1.

При снижении уровня входного напряжения до значения

где UVD1=0,6—0,7 В (падение напряжения на кремниевом диоде VD1), на выходе ОУ установится положительное напряжение, рис. 18.7.

При дальнейшем возрастании уровня входного напряжения вплоть до значения U2 выходное напряжение компаратора имеет уровень логической единицы. Однако, при UBx >U2 диод VD1 более не шунтирует вход ОУ, компаратор вновь переключается, на его выходе устанавливается уровень логического нуля.

Для того, чтобы плавно управлять порогом переключения компаратора, может быть использована схема, рис. 18.8 [18.1]. Потенциометром R3 устанавливают порог переключения компаратора. Ширину зоны чувствительности компаратора регулируют потенциометром R2:

Сдвоенный компаратор К1464СА1

Рис. 78.8. Схема регулируемого компаратора напряжения

[18.2] (аналог LM193, LM293, LM393, LM2903 фирмы Philips, SGS-Thomson Microelectronics и NS [18.3]) отличается от иных:

♦  малой потребляемой мощностью;

♦    возможностью сравнивать сигналы, близкие к нулевому уровню.

Рис. 78.9. Состав и цоколевка микросхемы сдвоенного компаратора К1464СА1

Компаратор (рис. 18.9) работает при напряжении питания 2—36 В (однополярное) и 2±(1 —18) В (двуполярное питание) [18.2, 18.3]. Потребляемый ток менее 1 мА при напряжении питания 5 В и 2,5 мА при 36 В. Выходной ток — свыше 6 мА. Входное напряжение смещения не свыше 7 мВ при токе до 0,25 мкА. Выходные сигналы компаратора совместимы при работе с ТТЛ, ЭС77, КМОП- логическими элементами.

Примечание.

Отмечу, что перечисленные микросхемы отличаются лишь температурной областью устойчивой работы (температурный диапазон сужается от LM193K LM393).

На следующих рисунках показаны примеры практического использования микросхемы К1464СА1 (использован лишь один из двух компараторов) [18.2].

пор.н. ^ ^пор.в.’

Типовые схемы инвертирующего и неинвертирующего компараторов на микросхеме К1464СА1 приведены на рис. 18.10 и рис. 18.11. Значения нижнего и верхнего входного порогового напряжения U, рис. 18.10, определяется как [18.2]:

Рис. 18.14. Схема совместного использования компараторов LM 193, LM293, LM393, К1464СА1 сТТЛ и КМОП- логическими элементами

Рис. 18.10. Схема инвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1

Рис. 18.11. Схема неинвертирующего компаратора на микросхеме К1464СА1

Unop.H Unop в               Unop.H Unop.в

Рис. 18.12. Передаточные характеристики компараторов

Рис. 18.13. Компаратор на микросхеме LM193, LM293, LM393, К1464СА1

При R1=R2=R3 Unop H * UniiT /3, UnopB * 2Unm /3, что примерно совпадает с соответствующими уровнями переключения из одного устойчивого состояния в другое для КМОП-микросхем. Передаточные характеристики инвертирующего и неинвертирующего компараторов показаны на рис. 18.12.

Типовая схема использования микросхем LM193, LM293, LM393, К1464СА1 в качестве компаратора показана на рис. 18.13 [18.3].

На рис. 18.14 показаны типовые схемы использования компараторов с микросхемами ТТЛ и КМОП-серий.

На рис. 18.15 показана схема выделения прохождения сигнала через ноль: при каждом прохождении входного напряжения через ноль детектор вырабатывает короткий импульс

[18.2]. В устройстве также использован инвертирующий компаратор напряжения с гистерезисом. Диод VD1 защищает входные цепи компаратора при появлении на входе минусовых полупериодов сигнала. Напряжение питания устройства 5 В.

На рис. 18.16 и рис. 18.17 показаны примеры использования компараторов в качестве НЧ усилителей с малой (рис. 18.16) и повышенной (рис. 18.17) нагрузочной способностью [18.3]. Коэффициент передачи усилителей определяется соотношением резистивных элементов R3/R2 и равен 100.

Рис. 18.18. Схема преобразователя- индикатора магнитного поля на компараторе LM393

Рис. 18.17. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393 с повышенной нагрузочной способностью

Рис. 18.16. Схема НЧ усилителя на компараторе LM393

Рис. 78.75. Схема детектора «нуля».

На основе компараторов серии LM193, LM293, LM393, К1464СА1 может быть изготовлен преобразователь– индикатор магнитного поля, использующий в качестве датчика катушку индуктивности L1, рис. 18.18 [18.3].

Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях.

На рис. 18.19,18.20 приведены схемы преобразователей амплитуды в ширину импульса [18.4]. Преобразователи выполнены на основе компараторов DA1 — К554САЗ. Напряжение на входах компаратора примерно равно половине напряжения питания (задается резистивным делителем R1/R2) и различается на величину напряжения, падающего на открытом переходе диода VD1. Входное сопротивление преобразователя равно Rl(R2)/2 или 25 кОм.

При подаче на вход синусоидального сигнала или сигнала пилообразной, треугольной формы и увеличении амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства формируются прямоугольные импульсы, ширина которых зависит от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки. Полоса рабочих частот (область низких частот) определяется емкостью конденсаторов С1 и С2.

Устройства (рис. 18.19,

Рис. 18.79. Схема преобразователя амплитуды входного сигнала в ширину выходного на компараторе К554САЗ

18.20) отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно,

«полярностью» выходных сигналов. Частотная зависимость порогового напряжения начала работы преобразователей при использовании Si и Ge-диодов VD1 показана на рис. 18.21.

Для Ge-диодов (Д9Г) пороговое напряжение в полосе частот 5—200 кГц составляет 80—90 мВ, для Si (КД503А) — 250—270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — 2—2,5 В. При уменьшении номиналов резисторов R1 и R2 чувствительность устройства возрастает за счет снижения прямого напряжения на диоде VD1, одновременно снижается и входное сопротивление.

Преобразователь напряжения в частоту, схема которого представлена на рис. 18.22, позволяет при изменении входного напряжения от 0 до 5 В получить на выходе линейное увеличение частоты от О до 21 кГц (коэффициент преобразования 4,2 кГц/В с нелинейностью не свыше 3%) [18.5].

Таймер на микросхеме DA1 КР1006ВИ1 включен по схеме мультивибратора, времязадающий резистор которого заменен генератором тока на операционном усилителе DA1 741 (К140УД7).

Рис. 18.23. Схема прецизионного преобразователя напряжение-частота

Для получения высокой линейности преобразования отклонение сопротивление резисторов от номинала не должно превышать 0,5 %.

Помимо основного назначения — усиления сигналов, микросхема К1464УД1 может быть использована и в устройствах иного назначения, например, для преобразования напряжения входного сигнала в частоту выходного.

Преобразователь напряжение-частота (рис. 18.23) содержит управляемый генератор из интегратора на ОУ DA1.1 и компаратора с гистерезисом на ОУ DA1.2 [18.6]. На выходе интегратора формируется линейно изменяющееся во времени напряжение, скорость нарастания которого зависит от уровня входного напряжения UBX, а направление изменения — от состояния выхода компаратора DA1.2.

На выходе преобразователя формируется последовательность импульсов прямоугольной формы, частота которых прямо пропорционально зависит от уровня входного напряжения (0—3,5 В).

На основе ОУ КР140УД1208, который работает в диапазоне питающих напряжений ±1,5…±18 В при коэффициенте усиления до 200000, может быть собрано множество конструкций, в том числе устройств сравнения, часть из которых представлена на рис. 18.24—18.26 [18.7].

Примечание.

Микросхема выгодно отличается тем, что имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки.

Рис. 18.24. Схема индикатора разрядки батареи на микросхеме КР140УД1208

Индикатор разрядки батареи, рис. 18.24, содержит узел сравнения текущего значения контролируемого напряжения с некоторым образцовым значением. Для формирования образцового

напряжения использован узел, выполненный на транзисторе VT1. При достижении критического уровня напряжения, устанавливаемого при помощи потенциометра R9, включается генератор звуковых сигналов, выполненный на микросхеме DA1. В качестве излучателя звука использован пьезокерамический излучатель BF1 (ЗП-З).

Рис. 18.25. Упрощенный вариант индикатора разрядки батарей с визуальной индикацией

Емкость конденсатора С1 подбирают по максимальной громкости звучания пьезокерамического излучателя (настройка на его резонансную частоту).

Упрощенный вариант индикатора со светодиодной индикацией показан на рис. 18.25. Порог срабатывания (6,5 В) подбирают регулировкой потенциометра R2. Ток «молчания» индикаторов — 0,1 мА, индикации — 1 мА.

Индикатор электрического поля, схема которого представлена на рис. 18.26, предназначен для дистанционного бесконтактного контроля уровня электрического поля при приближении обслуживающего персонала к токонесущим конструкциям высокого напряжения.

В качестве антенны, определяющей чувствительность устройства, использована пластинка из фольгированного стеклотекстолита 55×33 мм, спрятанная в корпусе. Прибор срабатывает при приближении антенны к проводке под напряжением 220 В на расстояние не менее 50 см.

Совет.

Последовательно со светодиодом HL1 и капсюлем BF1 полезно включить токоограничивающий резистор сопротивлением до 300 Ом.

Рис. 18.26. Схема аудиовизуального индикатора электрического поля на микросхеме КР140УД1208

На основе компаратора DA1 КР554САЗБ может быть собрана схема фото- или термочувствительного реле, рис. 18.27 [18.8]. В первой из схем

(слева) в качестве светочувствительного элемента использован фотодиод VD1 КФДМ (или иной), входящий в состав сбалансированного резистивного моста. Балансировку моста осуществляют регулировкой потенциометра R2. К диагонали моста подключены входы компаратора DA1. Схема отрегулирована таким образом, чтобы при изменении уровня светового потока, падающего на приемную площадку фотоприемника, происходило переключение компаратора.

Примечание.

Если перед светочувствительным элементом установить светофильтр, можно создать прибор, чувствительный к излучению в определенной области спектра. Если использовать поляризационный светофильтр, прибор будет реагировать только на световой поток соответствующей поляризации. Такие устройства можно использовать, например, для автоматического открывания дверей ворот или гаража, когда к ним подъезжает автомобиль хозяина. Для повышения надежности срабатывания реле можно воспользоваться схемой совпадения, таким образом, реле будет срабатывать, если свойства сигнала-ключа будут отвечать, по меньшей мере, двум ключевым признакам.

В качестве нагрузки в реле [18.8] использовано оптоэлектронное реле 5П19.10ТМА-3-6, коммутирующее лампу накаливания, либо иную другую нагрузку.

Рис. 18.27. Схема фото- или термочувствительного реле на компараторе КР554САЗБ

Совет.

Вместо оптоэлектронного можно использовать и обычное электромагнитное реле с током срабатывания до 50 мА, обмотку которого в целях защиты выходного транзистора компаратора следует защитить параллельно подключенным диодом или электролитическим конденсатором.

Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля момента срабатывания компаратора.

При желании фото- чувствительное реле (рис. 18.27, слева) легко преобразовывать в термочувствительное (рис. 18.27, справа). В качестве термочувствительного элемента можно использовать обычный кремниевый диод VD1, например, КД103А>

КД102А и др. Для снижения инерционности контроля в качестве датчика следует выбирать диод с минимальной массой.

Несколько модифицировав схему (рис. 18.27), можно получить реле времени для использования освещения подъездов и лестничных клеток, рис. 18.28 [18.8].

При кратковременном нажатии на любую из параллельно установленных на каждом этаже кнопок SB1—SBn кратковременно (на время, определяемое произведением R1C2), примерно на 60 с, включится лампа накаливания. Конденсатор С2 должен иметь малый ток утечки.

Пороговый индикатор превышения заданного уровня температуры, схема которого представлена на рис. 18.29 [18.9], может быть использован для автоматического регулирования теплового режима теплиц, инкубаторов, нагревательных узлов, систем сигнализации и т. д.

В устройстве использован компаратор DA1, нагруженный на светодиодный излучатель HL1. Питание индикатора стабилизировано. В качестве датчика температуры использован терморезистор R3 (или иной датчик). Рабочая точка (температура срабатывания) задается регулировкой потенциометра R4. Схему легко настроить на включение или отключении нагрузки (индикатора), поменяв его входы местами. В качестве датчика можно использовать, при необходимости, элементы, чувствительные к изменению освещенности (фоторезисторы), электрического поля (полевые транзисторы) и т. д.

Генератор на основе инвертирующего компаратора напряжения с гистерезисом на микросхеме К1464СА1, рис. 18.30,

вырабатывает короткие импульсы прямоугольной формы частотой 16 кГц [18.2]. Длительность импульса равна 0,7R4C1, паузы — 0,7R1C1, следовательно, период импульсов равен 0,7C1(R4+R1), а частота — 1,44/Cl (R4+R1).

Рис. 18.31. Схема удвоителя частоты на основе компараторе

Рис. 18.30. Схема генератора прямоугольных импульсов на компараторе

Пороговое устройство–компаратор может быть использовано в качестве широкодиапазонного (в определенных пределах) удвоителя частоты сигналов, рис. 18.31 [18.10]. Работа устройства основана на запоминании уровня сигналов на том или ином входе компаратора и последующем динамическом сопоставлении их уровня в ходе переходных процессов при заряде/раз- ряде конденсаторов.

В итоге на выходе устройства формируется последовательность импульсов с удвоенной по отношению к входному сигналу частотой, рис. 18.32. Входной сигнал имеет частоту 500—1000 Гц при амплитуде до 10 В.

Для иных частот потребуется подбор RC-элементов входных цепей.

Рис. 18.32. Входные и выходные сигналы удвоителя частоты на основе компараторе

Рис. 18.33. Схема устройства защиты от перенапряжения

Простое устройство (рис. 18.33) предназначено для защиты радиоэлектронного оборудования от недопустимых перепадов напряжения [18.11]. При снижении напряжения на входе устройства ниже некоторого заданного при помощи потенциометра R4 уровня сработает реле, отключив/подклю- чив своими контактами нагрузку, элемент защиты или стабилизации и т. п.

В качестве стабилитрона VD1 можно использовать стабилитрон на напряжение 3,3—5,1 В. Величина сопротивления R1 вычисляется исходя из того, чтобы напряжение на входном резистивном делителе R1—R2 примерно соответствовало напряжению на его движке, установленном посередине (т. е. примерно 2,4 В для стабилитрона КС147). Рассчитать

U, -U,

величину этого сопротивления можно из выражения: Rl=——-R2,

где Uj — входное напряжение срабатывания устройства, U2 — напряжение, примерно равное 2,4 В для стабилитрона КС147. Так, для 1^=100 В Rl=407 (390) кОм.

Напряжение питания устройства может быть выбрано в пределах 9—24 В. Следует лишь учитывать, чтобы реле надежно и без гистерезиса переключалось, а элементы схемы работали без перегрузок. На практике устройство можно использовать для автоматической записи телефонных разговоров. В этом случае параллельно резистору R2 рекомендуется подключить электролитический конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.

Схема включения компаратора, рис. 18.34 [18.3], позволяет за счет наличия в его входных цепях RC-элементов отфильтровывать высокочастотные (R2C1) и низкочастотные (R1C2) наводки на полезный сигнал.

Пороговое устройство для слежения за температурным режимом, рис. 18.35, выполнено на микросхеме LM393 [18.12]. В качестве датчика температуры использован терморезистор R2, имеющий отрицательный температурный коэффициент. Для измерений используется традиционная мостовая резистивная схема.

Для сравнений уровней напряжения на диагонали моста использован компаратор. Порог срабатывания компаратора плавно регулируют потенциометром R4. Для звуковой индикации используют зуммер BF1 с пятивольтовым питанием (или заменяющий его мультивибратор с телефонным капсюлем в цепи нагрузки).

Рекомендуемые уровни напря

жений: 4,9 В — на выводе 5 микросхемы; 2,9 В — на выводе 6.

Параллельно шинам питания включают электролитический (470 мкФ) и керамический (0,1 мкФ) конденсаторы.

С использованием линейки однотипных компараторов (рис. 18.36) можно получить устройство светодиодной индикации уровня входного сигнала, например, радиоприемника, аудиоплеера [18.13]. Сетка опорных напряжений образуется на резистивном делителе R1—R9, образованном однономинальными резисторами. Входное напряжение поступает на неинвертирующие входы всех компараторов одновременно.

По мере повышения уровня входного напряжения поочередно будут высвечиваться светодиоды снизу вверх (по схеме), визуально в соответствии с уровнем входного сигнала будет перемещаться вверх-вниз или влево-вправо светящаяся точка, динамически показывающая уровень сигнала на входе устройства.

Чувствительность индикатора можно варьировать, подбирая соотношение номиналов входного резистивного делителя R10/R11.

Вход устройства можно подключить к движку потенциометра узла электронной настройки радиоприемника. В этом случае светодиодная шкала будет индицировать частоту приема, что особенно удобно при эксплуатации радиоприемника или передатчика в темное время суток.

Используя изложенный выше принцип поочередного управления нагрузками при изменении уровня входного управляющего напряжения, можно решить задачу многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии, рис. 18.37 [18.14]. Для этого использован выносной пульт-делитель напряжения, дающего при нажатии на кнопки S1—S8 сетку опорных управляющих напряжений.

Для дешифровки и преобразования уровней напряжения, поступающих по двухпроводной линии, использована линейка из восьми однотипных компараторов. Выходы компараторов через токоограничивающие резисторы R20—R27 соединены с входами КМОП-инверторов, в качестве которых могут быть использованы элементы КМОП-микросхем серии К561у К564у например, К561ЛН1У К561ЛН2 и им подобные (К564ЛЕ5, К561ЛА7 с параллельно включенными входами по схеме инвертора). Диодные цепочки, выполненные на германиевых диодах, предназначены для выполнения условия установки нулевого уровня сигнала на выходе задействованного канала управления.

Как следует из анализа схемы многоканального управления нагрузок, устройство избыточно усложнено. Например, за счет использования всего одной специализированной поликомпараторной микросхемы — амплитудного мультиплексора UAA180 (К1003ПП1) эта же задача может быть решена в расширенном варианте: двухпроводное управление 12-ю нагрузками при токе нагрузки до 10 мА [18.15—18.17].

Рис. 1837. Схема двухпроводного восьмикомандного управления по двум проводам

Рис. 1838. Схема многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии

Поликомпараторное устройство многокомандного управления нагрузками по двухпроводной линии [18.15] представлено на рис. 18.38.

Оно выполнено на основе специализированной микросхемы UAA180 (К1003ПП1), предназначенной для 12-ти ступенчатого дискретного преобразования уровня аналогового сигнала на управляющем входе в номер коммутируемого канала индикации. При размыкании одного из ключей S1—S12 на управляющем входе микросхемы DA1 формируется сигнал с напряжением по сетке 0—0,5—1,0— … 5,5 В (всего 12 уровней). Соответственно величине управляющего сигнала к шине питания подключается одна из 12-и нагрузок, варианты выполнения которых А и В представлены на рис. 18.38.

Если в качестве нагрузки включить резистор сопротивлением порядка 1 кОм и более, с этого сопротивления можно снимать логический сигнал с уровнем 1/0 для управления цифровыми логическими КМОП- устройствами.

Для формирования сетки напряжений необходим подбор номиналов резистивного делителя R1—R11. Проще всего подобрать эти резисторы можно путем замены каждого из резисторов потенциометром, регулировкой которого при нажатии на одну из кнопок S1—S11 следует добиться срабатывания требуемого канала индикации. Далее потенциометр можно заменить обычным резистором (или их набором) соответствующего номинала.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

бинарных компараторов

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Распознает использование для цепей двоичного компаратора.
  • Понимать работу бинарных компараторов.
  • • Компараторы равенства.
  • • Компараторы величин.
  • Имитация работы многобитовых компараторов с использованием программного обеспечения.
  • • 4-битные компараторы амплитуды.
  • • Каскадные 4-битные компараторы.
  • Access Comparator IC Datasheets.

Двоичные компараторы, также называемые цифровыми компараторами или логическими компараторами, представляют собой комбинационные логические схемы, которые используются для проверки, является ли значение, представленное одним двоичным словом, большим, меньшим или равным значению, представленному другим двоичным словом. Можно использовать два основных типа компаратора.

• Компараторы равенства.

• Компараторы величин.

Компараторы равенства

Рис. 4.3.1 Четырехбитный компаратор равенства

Компаратор равенства, такой как проиллюстрированный на рис. 4.3.1, является простейшим многоразрядным логическим компаратором и может использоваться для таких схем, как электронные замки и устройства защиты, где двоичный пароль, состоящий из нескольких битов, вводится в компаратор для сравнивать с другим заданным словом.

На рис.4.3.1, логика 1 будет присутствовать на выходе, если два входных слова совпадают, в противном случае выход остается на 0. Поэтому существует только одна правильная входная комбинация, и чем больше битов у входных слов, тем больше вероятность неправильные комбинации существуют. С дополнительными схемами для подсчета дополнительная безопасность может быть обеспечена путем ограничения количества попыток, прежде чем ввод будет заблокирован.

Схема компаратора равенства состоит из эксклюзивного вентиля NOR (XNOR) на пару входных битов.Если два входа идентичны (оба 1 или оба 0), получается логический вывод 1.

Выходы вентилей XNOR затем объединяются в логическом элементе AND, выход которого будет равен 1, только когда все вентили XNOR указывают на совпадающие входы.

Компараторы величин

Рис. 4.3.2. Однобитный компаратор амплитуды

Компаратор величин также может использоваться для указания равенства, но имеет еще два выходных сигнала: один - логический 1, когда слово A больше слова B, и другой - логический 1, когда слово A меньше слова B.Поэтому компараторы величин составляют основу принятия решений в логических схемах. Любая логическая проблема может быть сведена к одному или нескольким (иногда ко многим) решениям да / нет на основе пары сравниваемых значений.

Простой 1-битный компаратор величины показан на Рис. 4.3.2. Шлюз 1 производит функцию A> B, а шлюз 3 - A

Эта базовая схема для компаратора величины может быть расширена для любого количества битов, но чем больше битов должна сравнивать схема, тем сложнее становится схема.Доступны компараторы величин интегральных схем, которые можно использовать для сравнения многобитовых слов. Одной из таких интегральных схем является компаратор 74HC85 CMOS с 4-битной амплитудой от Philips Semiconductors (NXP), показанный на рис. 4.3.3. Эта микросхема сравнивает два 4-битных слова и обеспечивает вывод на контакты 5, 6 и 7, которые указывают, равны ли входные слова или, если нет, имеет ли А или В более высокое числовое значение.

Рис. 4.3.3 Четырехразрядный компаратор 74HC85

Интегрированные устройства среднего масштаба (MSI)

Рис.4.3.4 показана упрощенная схема типичного четырехразрядного компаратора на основе ИС 74HC85 с опущенными входными и выходными буферами. Если вы изучали предыдущие электронные модули электроники с learnabout-electronics, вы можете заметить, что уровень сложности на Рис. 4.3.4 намного выше, чем в предыдущих схемах. В модуле 2.1 было указано, что любая цифровая схема опирается только на несколько типов логических элементов (И, ИЛИ, NAND, NOR, НЕ, XOR и XNOR), и даже этот список можно сократить, используя просто И ИЛИ и НЕ для получения другие логические функции.Поэтому в более сложных логических схемах все еще используются комбинации этих основных функций, но именно связь между ними и быстрое увеличение числа используемых затворов увеличивает сложность.

Рис. 4.3.4 Четырехразрядный компаратор амплитуды

Микросхемы

, такие как 74HC85, называются устройствами со средней степенью интеграции или устройствами MSI, чтобы отличать их от устройств SSI (малой интеграции), таких как базовые ИС логических элементов, изученные в модулях 2.1 и 2.2.

Хотя эти устройства кажутся (и являются!) Сложными, интересно сравнить количество отдельных транзисторов в этой схеме с теми, которые использовались в схемах, описанных в предыдущих модулях.На Рис. 4.3.4 показаны 31 вентиль (не включая пропущенные входные и выходные буферные вентили), и каждый вентиль содержит около 4 транзисторов на вентиль, что дает общее количество транзисторов для этого типичного чипа MSI, насчитывающего более 124 транзисторов, поэтому неудивительно, что схема выглядит сложной!

Эта маленькая микросхема содержит больше транзисторов, чем было бы, например, во многих аналоговых цветных телевизионных приемниках, однако эта схема делает гораздо меньше, чем требовалось бы от того же числа транзисторов в телевизоре, и ее работу намного проще понять, особенно если вы уже понимаете работу основных логических элементов.

Обратите внимание на выходы на рис. 4.3.3 для A B на контактах 5, 6 и 7 и аналогичные входы на контактах 2, 3 и 4, которые позволяют нескольким чипам 74HC85 быть соединены вместе, чтобы обеспечить компараторы величины для любой длины слова.

Рис. 4.3.5 Восьмибитный компаратор по амплитуде с использованием двух 74HC85 ИС

Компараторы в Каскад

Когда две или более микросхемы каскадно соединены, как показано на рис. 4.3.5, выходы первой микросхемы (представляющие 4 младших разряда) подключаются к каскадным входам второй микросхемы и так далее.Окончательный результат сравнения отображается на трех каскадных выходах наиболее значимого 4-разрядного компаратора.

Для обеспечения правильного сравнения, каскадные входы первого (наименее значимого) компаратора должны быть подключены следующим образом:

A B (контакт 4) = логика 0.

A = B (вывод 3) = логика 1.

Это также относится к одной ИС, если сравниваются только два 4-битных слова.

,Компаратор

и цифровой компаратор величин

Цифровой компаратор и компаратор величин

Что такое цифровой компаратор?

Цифровой компаратор - это устройство, которое используется в комбинационных логических системах для сравнения двух двоичных чисел. Он принимает двоичные числа в качестве входов и производит 3 выхода; являются ли числа больше, меньше или равны друг другу. Они сделаны из ворот И, НЕ И НЕ ИЛИ НИ.

Цифровой компаратор амплитуды

Цифровой компаратор амплитуды используются в микроконтроллерах и процессорах для сравнения адресов данных и регистра и других арифметических операций.Он имеет множество применений в цифровом мире. Каждое устройство автоматического выключения использует компаратор.

Компаратор является устройством принятия решений и может быть реализован в различных устройствах управления.

ИС компаратора имеет 2 входа и 3 выхода. Эти 3 выхода связаны с отдельными операциями. Эти 3 операции кратко обсуждаются ниже.

Основные условия работы компаратора

Рассмотрим два двоичных числа «A» и «B» в качестве входных данных для цифрового компаратора

  1. Если двоичное число «A» меньше «B», чем «меньше чем», выход будет производить HIGH состояние «1» , также известный как истина.
  2. Если двоичное число «A» больше или равно «B», чем «меньше чем», на выходе будет НИЗКОЕ состояние «0», также известное как ложное.
  1. В том и только в том случае, если число A равно числу B, чем выход «равно» будет выдавать логическое состояние HIGH «1» . В противном случае на выходе будет НИЗКОЕ состояние «0».
  1. Если число A больше B, чем «больше чем», выходной сигнал приведет к состоянию HIGH «1» .
  2. Если A меньше или равно B, чем «больше чем», на выходе будет получено НИЗКОЕ состояние «0» .

однобитовый компаратор

Это базовая единица многобитового компаратора, который сравнивает один двоичный бит и выдает выходные данные в соответствии с этими битами.

Мы кратко обсудим его 3 Операцию один за другим со схемами и выражениями.

Рассмотрим A, B как входные биты

Менее

Выход «меньше чем» представлен (A

Согласно таблице истинности Single Bit Comparator Выражение суммы продукта для A

(A

, которое может быть реализовано как:

Его вывод будет истинным только тогда, когда «A» меньше, чем «B» ,

Равен

Выход «Равен» представлен (A = B)

В соответствии с таблицей истинности для одноразрядного компаратора сумма выражения для A = B равна

(A = B) = A̅B̅ + AB

Что можно реализовать следующим образом:

Соблюдайте приведенное выше выражение. Вы заметите, что выражение XNOR точно такое же. Таким образом, его также можно заменить на XNOR, как показано на рисунке ниже

. Мы представим его с помощью 'X', так что

X = A̅B̅ + AB = (A XNOR B)

Это будет только истина, когда биты A и B совпадают.

Больше

Выход «меньше чем» представлен (A> B)

В соответствии с таблицей истинности одноразрядного компаратора сумма выражения продукта для A> B составляет

(A > B) = AB̅

, который может быть реализован как:

Его выход будет истинным, только когда «A» больше, чем «B».

Полный компаратор

Теперь мы объединим все эти три операции в одну схему.который сформирует однобитовый компаратор, как указано ниже.

Компаратор без XNOR

Full comparator Without XNOR Full comparator Without XNOR

Компаратор с использованием XNOR
Full comparator Without XNOR Full comparator Without XNOR

Компаратор «n» битов Размер

компаратор, который может сравнивать «сравнительный код, который может сравнивать», который может сравнивать число «n» , ‘N’ может быть любой положительной цифрой. Это может быть сделано из однобитового компаратора,

Когда вы понимаете «n» битный компаратор, вы сможете сделать компаратор любого размера бит.

Мы обсудим все 3 операции «n» битового компаратора одну за другой.

Рассматривает 2 двоичных числа A и B шириной n бит с его старшими значащими битами (MSB) A n-1 и B n -1 соответственно

Менее

К сначала сравните число битов размера n, нам нужно сравнить его наиболее значимые биты (MSB).

Если A n-1 меньше, чем B n-1 , то все число A меньше B, и выражение станет

(A n-1 B n-1 (обсуждается однобитовый компаратор, используемый для A

Примечание: это не законченное выражение

Но когда MSB равны i.е. A n-1 равен B n-1 , чем мы не можем решить, является ли «номер A» меньшим или большим, чем «B». затем мы проверяем 2 и MSB, т. е. A n-2 и B n -2

, для которых выражение станет:

n-1 n-1 + A n-1 B n-1 (для равенства)

n-2 B n-2 (используется для A и MSB)

Общее выражение будет стать

(A n-1 B n-1 + (A̅ n-1 n-1 + A n-1 B n-1 ) A̅ n-2 B n-2

Выражение равенства можно представить с помощью 'X'

(A n-1 B n-1 + X n-1 n-2 B n-2

Если 2 и MSB также равны, то проверка будет Я закончу на 3 и MSB и так далее до последнего бита.И выражение станет

(A n-1 B n-1 + X n-1 n-2 B n-2 + X n- 1 X n-2 n-3 B n-3 +… + X n-1 X n-2 … X 0 0 B 0 Уравнение 1

Равно

Самая простая задача компаратора - равенство.

Два числа «A» и «B», шириной «n», равны, когда все его биты соответственно равны.

Равенство одного бита может быть достигнуто с помощью одного шлюза XNOR. И он представлен:

X n-1 = (A n-1 XNOR B n-1 )

X n-2 = (A n-2 XNOR B n-2 )

X n-3 = (A n-3 XNOR B n-3 )

.

.

.

X 0 = (A 0 XNOR B 0 )

Выход «равно» будет истинным, только если все вышеприведенные выражения верны.

Таким образом, уравнение для равенства будет

(A = B) = X n-1 n & X n-2 & X n-3 &… & X 1 & X 0 Уравнение 2

Если все биты обоих чисел равны, то выходной сигнал будет истинным, в противном случае - ложным.

Больше

Операция «больше чем» - это то же самое, что и операция «меньше чем». Единственное отличие состоит в том, что мы должны проверить, больше ли A, чем B.

. Сначала мы проверяем MSB, то есть A n-1 и B n -1. Чья функция будет:

(A> B) = A n-1 n-1 (обсуждается однобитовый компаратор, используемый для A> B)

и когда MSB равны я.е. A n-1 , равный B n-1 , чем мы не можем решить, больше ли число «A», чем «B», пока мы не проверим 2 и MSB, т.е. A n-2 и B n-2

Для которого выражение станет:

n-1 n-1 + A n-1 B n-1 (для равенства)

A n- 2 n-2 (используется для A и MSB)

Общее выражение составит

(A> B) = A n-1 n-1 + (A̅ n-1 n-1 + A n-1 B n-1 ) A n-2 n-2 )

Выражение равенства можно представить с 'X'

(A> B) = A n-1 n-1 + X n-1 A n-2 n-2

Если 2 9022 4-е и MSB также равны, чем проверка будет выполняться для 3 и MSB и так далее до последнего бита.И выражение станет

(A> B) = A n-1 n-1 + X n-1 A n-2 n-2 + X n- 1 X n-2 A n-3 n-3 +… + X n-1 X n-2 … X 0 A 0 0 Уравнение 3

Уравнения 1,2 и 3 также показывают, что термины, используемые в этих уравнениях, являются произведением выходных данных однобитовых компараторов.

Конструкция 2-битного компаратора обсуждается ниже.

2-битный компаратор

Если мы хотим спроектировать 2-битный компаратор, все, что нам нужно сделать, - это положить «n = 2» в уравнения для сравнения битов.

3 операции 2-битного компаратора приведены ниже:

Менее

Согласно «n-битному компаратору», если n = 2, тогда уравнение для (A

(A 1 B 1 + X 1 0 B 0

Может быть спроектирован с одним компаратором как:

2-Bit comparator 2-Bit comparator Использование дискретных логических вентилей:

2-Bit comparator 2-Bit comparator

Равен

Согласно «n-битному компаратору», если n = 2, тогда уравнение для (A = B) станет «

(A = B) = X 1 X 0

Он может быть спроектирован с одним компаратором как:

2-Bit comparator 2-Bit comparator

с использованием дискретных логических вентилей:

2-Bit comparator 2-Bit comparator

больше

Согласно «n» немного ком уравнение паратора, если n = 2, тогда уравнение для (A> B) станет «

(A> B) = A 1 B88 1 + X 1 A 0 0

Он может быть спроектирован с одним компаратором как:

2-Bit comparator 2-Bit comparator

с использованием дискретных логических вентилей:

2-Bit comparator 2-Bit comparator

Комбинированный 2-битный компаратор

Эти 3 операции будут объединены в форму 2- битовый компаратор, как показано ниже.

2-Bit comparator 2-Bit comparator

4585 (CMOS) и 7485 (TTL) IC Подробности

Некоторые из компараторов IC с конфигурацией контактов приведены ниже.

  • 4585 CMOS 4-битный компаратор амплитуды
  • 7485 TTL 4-битный компаратор амплитуды

2-Bit comparator 2-Bit comparator

Применение цифровых компараторов

Компараторы широко используются в цифровой электронике. Ниже перечислены некоторые распространенные виды использования и применения цифровых компараторов :

  • Компараторы используются в микропроцессорах и ЦП в качестве схемы декодирования адресов для выполнения специальных событий ввода / вывода для устройств хранения.
  • Они используются при биометрической проверке и проверке пароля.
  • Они также используются в качестве контроллера процесса в серводвигателе.
  • Компараторы также используются в приложениях управления, где двоичные числа представляют физические переменные, такие как температура, положение и т. Д., И сравниваются с контрольным значением.
  • Они также используются в аналого-цифровом преобразователе, то есть в измерительных приборах.
  • Они используются в некоторых устройствах, которые сравнивают визуальные изображения с цифровыми изображениями i.е. программы автоматизированного черчения (CAD)

Вы также можете прочитать:

.

Siemens PLC Comparator Logic | Программирование ПЛК Siemens

Логика компаратора ПЛК Siemens

В этой статье показаны различные типы логики компаратора ПЛК Siemens и их релейные диаграммы.

Описание проблемы

Реализуйте равные, не равные, большие или равные, меньшие или равные, большие, проверьте правильность и проверьте компараторы недействительности в ПЛК Siemens S7-1200 с использованием языка релейных диаграмм.

Диаграмма проблемы

Comparator used in Siemens S7-1200 PLC.

Решение проблемы

Компараторы используются для сравнения двух значений.Скажем, если мы хотим сравнить две физические величины (температуру, давление и т. Д.).

Мы можем использовать инструкцию равенства, чтобы определить, равно ли первое значение сравнения второму значению сравнения или нет.

Мы можем использовать неравную инструкцию, чтобы определить, не является ли первое значение сравнения вторым значением сравнения или нет.

Мы можем использовать команду «больше или равно», чтобы определить, больше или равно первое значение сравнения или равно второму значению сравнения.Оба сравниваемых значения должны быть одного типа данных.

Мы можем использовать инструкцию меньше или равно, чтобы определить, меньше или равно первое значение сравнения второму значению сравнения или нет. Оба сравниваемых значения должны быть одного типа данных.

Мы можем использовать инструкцию «больше, чем», чтобы определить, больше первое значение сравнения, чем второе значение сравнения, или нет. Оба сравниваемых значения должны быть одного типа данных.

Мы можем использовать инструкцию less than, чтобы определить, меньше первое значение сравнения или меньше.Оба сравниваемых значения должны быть одного типа данных.

Список входов / выходов

Список выходов
  • Результат 1 = Q0.0
  • Результат 2 = Q0.1
  • Результат 3 = Q0.2
  • Результат 4 = Q0.3
  • Результат 5 = Q0 .4
  • Результат 6 = Q0.5
Память
  • МВт0: - Компаратор 1
  • МВт2: - Компаратор 2
  • МВт4: - Компаратор 3
  • МВт6: - Компаратор 4
  • МВт8: - Компаратор 5
  • MW10: - Компаратор 6

Лестничная диаграмма для компараторов, используемых в ПЛК S7-1200

Siemens PLC Comparators Logic

Описание программы

В этой программе для программирования мы использовали ПЛК Siemens S7-1200 и программное обеспечение TIA Portal.

Сеть 1:

Если значение в MW0 равно 2, результат 1 (Q0.0) будет включен.

Сеть 2:

Если значение в MW2 не равно 2, результат 1 (Q0.1) будет включен.

Сеть 3:

Если значение в MW4 больше или равно 2, результат 3 будет включен.

Сеть 4:

Если значение в MW6 меньше или равно 2, результат 4 будет включен

Сеть 5:

Если значение в MW8 больше 2, результат 5 будет включен.

Сеть 6:

Если значение в MW10 меньше 2, результат 6 будет включен

Тестовые случаи

Siemens Comparators

Автор: Bhavesh
Статьи, которые вам могут понравиться:
Отдельные объекты разных размеров с использованием ПЛК
Управление нагревом бака ПЛК с помощью нагревателя
Реализация демультиплексора с 1 по 8 с использованием ПЛК
.

Компараторы | Analog Devices

5 9005 9006 $ 1.71 #PBF) 0005000000000000 ,2m 9000 Открытый слив .5μ Reference Circuit Available 500µ .94µ 9405 9 995 9 9005 9018 59343 5934 - 5 9 395 5 9003 9005 909 9 931 7 9 931 5 9 931 5 9 931 5 9 931 5 9 031 9 9315 Да 9000 5000 до 5,5 В 9045 9455 0005В 5.5V 9505 22 9505 9645 9505 9295 9295 9295 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9305 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9305 9885 9605 98857В до 5.5V 1 000 9 9 9 931 4 90 929 97В до 5.5V 9705 9705 9705 9705 7В до 5.5V Да Да 9 0005 От 7 В до 5,5 В 9034 9495 907 599 9995 1 5м
1 LTC6754 1 750μ 1,8 н LVDS Фиксированные Нет 67M 2.4V до 5.25V $ 2.27 (LTC6754HSC6 # TRPBF)
2 ADCMP380 1 - 23µ Open-Drain Фиксированный Да 1.045µ 2 В до 5,5 В $ 0.39 (ADCMP380-1ACBZ-RL7)
3 LTC6752-4 1 1.2m 2.9n CMOS Регулируемый 12.5m -
4 LTC6752-3 1 1.2m 2.9n CMOS Настраиваемый Нет 16,63m 2,45 В до 5.25 В
5 LTC6752-2 1 1.2m 2.9n CMOS Регулируемый Нет 12.5m 2,45–5,25 В $ 1,71 (LTC6752IMS8-2 # PBF)
9 1 0005 000 000 000 1 1,2m 2,9n CMOS Регулируемый Нет 12,5m 2,45–3,5 В $ 1,67 (LTC6752ISC6-1 # TRPBF)
7 2.9n CMOS Регулируемых Нет 12.5m 2.45V 3. $ 1.62 (LTC6752IS5 # TRPBF)
8 ADCMP395 2 1х 9,5 µ Open-Drain Фиксированный Да 85,5µ От 2,3 В до 5,5 В $ 0,64 (ADCMP395ARMZ)
9 ADCMP394 1 9805 901 901 5 000 901 5 000 000 95µ Open-Drain Фиксированный Да 77.9µ от 2,3 В до 5,5 В $ 0,37 (ADCMP394ARZ)
10 ADCMP392 Reference Circuit Available 9 0005 Фиксированный 50,8µ 2,3 В до 5,5 В $ 0,34 (ADCMP392ARZ)
11 ADCMP391 1 2 5009 с открытым стоком Фиксированные Нет 42.78μ 2.3V до 5.5V $ 0.25 (ADCMP391ARZ)
12 ADCMP393 4 500μ 4.5μ Открыть -Drain Фиксированный 61,64µ 2,3 В до 5,5 В $ 0,49 (ADCMP393ARUZ)
13 ADCMP396 4 Open-Drain Фиксированный Да 95.7µ От 2,3 В до 5,5 В $ 0,98 (ADCMP396ARZ)
14 LTC6957-4 с открытым сливом CMOS - Нет 59,4 м - 59.4m 3,15 В до 3,45 В $ 3,60 (LTC6957IDD-3 # PBF)
16 LTC6957-2 1 - 840p LVDS
3,15 В до 3,45 В $ 3,60 (LTC6957IDD-2 # PBF)
17 LTC6957-1 1 - 500p 5 5 5 5 5 5 80100501000000000000000000000000 3.От 15 В до 3,45 В $ 3,60 (LTC6957IDD-1 # PBF)
18 ADCMP671 2 - 10μ с открытым стоком фиксированный $ 1,49 (ADCMP671-1YUJZ-RL7)
19 AD8469 1 3 м 35n CMOS, TTL $ 0,80 (AD8469WBRMZ)
20 AD8468 1 3m 35N CMOS, TTL Фиксированные Нет 4.95m 2.5V до 5.5V 0,80 долл. США (AD8468WBKSZ-R7)
9 000 950 9505 9505 AD8465 1 1.6n LVDS Регулируемая 95m 2,5–5,5 В $ 2,98 (AD8465WBCPZ-R7)
23 HMC874 LVDS Регулируется Настраиваемый 140 м $ 0,96 (LTC6702CDC # TRPBF)
25 ADCMP609 1 3m 30n CMOS, TTL Регулируемый Нет 1.4м 2.5V до 5,5 V $ 0,64 (ADCMP609BRMZ)
26 ADCMP670 Reference Circuit Available 2 - 10µ с открытым стоком фиксированный Да $ 1,46 (ADCMP670-1YUJZ-RL7)
27 ADCMP608 1 3m 30n CMOS, TTL Фиксированные Нет 1.375m 2.5V до 5,5 В $ 0,65 (ADCMP608BKSZ-REEL7)
28 ADCMP361 1 - с открытым стоком фиксированный Да 9 0005 000 070 $ 0,63 (ADCMP361YRJZ-REEL7)
29 ADCMP343 2 - 10μ Open-Drain Регулируемый Да 11.05μ 1.7V до 5,5 V $ 0,94 (ADCMP343YRJZ-REEL7)
30 ADCMP341 2 - 10μ Open-Drain Регулируемый Да 9 5 000 9 000 5 000 9505 $ 0,94 (ADCMP341YRJZ-REEL7)
31 Rh2016M 1 1m 10n CMOS (995) Нет данных -
32 9995 9505 5m 100p CML Регулируемый 100m 3.3V, -3V -
34 HMC674LP3E 1 5м 85p PECL Регулируемый Нет 140м 3.3V, -3V -
35 HMC674LC3C 1 5м 85p PECL Регулируемый Нет 140м 3.3V, -3V -
36 ADCMP607 1 1.2n CML Регулируемый 46 м 2,5–5,5 В $ 2,45 (ADCMP607BCPZ-R7)
37
5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 000 9 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000 000 9 000 5 000 000 9 000 5 9 000 5 000 5 000 5 9 000 5 000 5 000 5 9 000 5 000 5 000 5 9 000 5 000 5 000 5 000 все еще 5 000
CML Фиксированный 46m 2,5–5,5 В $ 2,18 (ADCMP606BKSZ-REEL7)
38 ADCMP605 1 5m
950 5 5 9 9 9 5 5 5 5 5 000 9 000 5 9000 5 9095.5V 00055V 910 0 9 956 5 910 5 910 5 000 00083 (LT6703HVCS5-3 # TRPBF) 45 девяносто одна тысяча шестьдесят-две 18μ 91 048 открытый коллектор 9105 956 9 956 5 9 950 5 9105 9565 9565 9000 $ 0.82 (LT6703CDC-3 # TRPBF) $ 0,82 (LT6703CDC-2 # TRPBF) 911 $ 9.08 (ADCMP581BCPZ-RL7)
37м 2.От 5 В до 5,5 В $ 2,38 (ADCMP605BCPZ-R7)
39 ADCMP604 1 5 м 1,6n LVDS 90 000 $ 2,18 (ADCMP604BKSZ-REEL7)
40 ADCMP603 1 2m 3,5n CMOS, TTL Регулируемая $ 1.87 (ADCMP603BCPZ-R7)
41 ADCMP602 1 2m 3.5n КМОП, ТТЛ Регулируемый Нет 7m 2.5V к 5.5V $ 1,87 (ADCMP602BRMZ)
42 ADCMP601 1 2m 3,5n CMOS, TTL Регулируемая Нет 7m $ 1,77 (ADCMP601BKSZ-REEL7)
43 ADCMP600 1 2м 3.5n CMOS, TTL Фиксированные Нет 7м 2,5В до 5,5В $ 1,72 (ADCMP600BKSZ-REEL7)
44 LT6703HV-3 1 - 18µ с открытым коллектором фиксированный
LT6703HV-2 1 - Фиксированные Да 9.1μ 1.4V до 18V $ 0,83 (LT6703HVCS5-2 # TRPBF)
46 LT6703-3 1 - 18µ с открытым коллектором фиксированный да
47 LT6703-2 1 - 18µ с открытым коллектором фиксированный Да 9105 9105 9105
48 ADCMP582 1 180P PECL Регулируемый Нет 310м 5V, -5V $ 7,08 (ADCMP582BCPZ-RL7 )
49 ADCMP581 1 4m 180p ECL Регулируемый 155m 5 В, -5 В
50 ADCMP580 1 180P CML Регулируемый Нет 230м 5V, -5V $ 7,29 (ADCMP580BCPZ-RL7)
.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о