М.Гук - Интерфейсы ПК, справочник, страница 58

Серия маломощных микросхем ТТЛШ 741 5ххх (К555) при том же быстродействии, что и у стандартной, потребляет мощность в несколько раз меньше. Наиболее перспективными являются серии 74Гххх (КР1531) с быстродействием 3 нс и 74А1 5ххх (КР1533) с быстродействием 4 нс. При этом потребление у серии А1 5 (Аг(чапсег( 1атт-Ровег Зс11отт(ту) в два раза ниже, чем у серии Г (Разг).

Серия А1.5 хорошо стыкуется с микросхемами КМОП. В ТТЛ-логике различают входы, выходы (обычные, тристабильные и с открытым коллектором) и двунаправленные выводы. 12 зак м530 Б. Злементы цифровой схемотехники Вход ТТЛ воспринимает только логический уровень сигнала. Порог переключения — обычно 1,3 — 1,4 В. Напряжение ниже порога воспринимается как низкий уровень, выше— как высокий. Состояние свободного (ни к чему не подключенного) входа ТТЛ-микросхемой воспринимается как высокоуровневое, и на нем высокоомным вольтметром или осциллографом можно наблюдать потенциал 1,3-1,4 В.

В таком состоянии вход является чувствительным к помехам, поэтому свободные входы рекомендуют соединять с источником высокого или низкого логического уровня (в зависимости от логики работы). Если несколько свободных входов разных вентилей соединяются вместе, их состояние будет неопределенным: из-за разброса порогов часть из них может восприниматься как высокий уровень, а часть — как низкий.

В качестве источника высокого уровня часто используют шину питания +5 В, но вход (или группу входов) подключают к ней через балластный резистор (1-10 кОм). В качестве низкого уровня используют общий провод (в~иву с 'г10). Входной ток зависит от потенциала входа: при низком уровне ток имеет отрицательное значение (вытекающий ток) порядка 1,5 мА для стандартных микросхем ТТЛ, при высоком уровне — положительное (втекающий ток) на уровне десят- ° ков микроампер. У микросхем серий 5, Е5 и А1.5 входные токи существенно меньше. Входное напряжение, превышающее значение питающего напряжения, для микросхем ТТЛ недопустимо — оно может пробить входной вентиль.

Кроме вентилей с обычными входами существуют вентили с триггерами Шмитта. У них имеется гистерезнс переключения около 0,8 В, симметричный относительно порога (1,3 В). Эти элементы используются как приемники сигналов с повышенным уровнем помех. Обычный выход ТТЛ формирует выходные логические уровни: низкий (ниже 0,4-0,5 В) и высокий (выше 2,4 В). Выходные уровни прн повышении нагрузки (выходного тока) ухудшаются — приближаются к лоро~у переключения.

Выходной ток короткого замыкания (КЗ) на землю ограничен несколькими миллиамперамн, поэтому КЗ на землю безопасно для выходов элементов ТТЛ. Выходной ток при КЗ на ~пину питания, когда вентиль пытается формировать низ- Б. Элементы цифровой схемотехники кий уровень сигнала, достигает десятков миллнампер и опасен для микросхемы. Если два выхода соединить вместе и они будут пытаться формировать разные уровни, то в этом конфликте «победит» выход, формирующий низкий логический уровень. Этим свойством иногда пользуются при построении схем, но это не совсем «законно». Существуют буферные элементы с повышенной нагрузочной способностью.

Они предназначены для подключения большого количества входов илн цепей с большой емкостной нагрузкой. В РС таким местом является, например, мультиплексированная шина адреса динамической памяти. Выход с открытым каллектпораи (Орел Рпсе Оигриг) работает в качестве ключа, способного коммутировать сигнал на шину «»М0. Этот тип выхода способен формировать только низкий логический уровень, а высокий уровень формируют с помощью вмешнего резистора, «подтягивакнцего» сигнал к напряжению питания (РиПир Яеявгог). Выходы с открытым коллектором разрешается объединять, при этом реализуется функция «монтажное И». Существуют элементы с открытым коллектором, имеющие повышенную нагрузочную способность как по допустимому выходному току ключа, так и по допустимому нштряженню на закрытом ключе.

Онн могут использоваться для управления исполнительными устройствами (например, реле), индикаторами и т. и. Трцстабильпый выход (Ттитате Озарит) кроме формирования низкого и высокого уровней может быть переведен в третье, высокоимпедансное (Нфг-2 агате) состояние, в котором выходной вентиль отключен от вывода.

Этот тип выхода предназначен для объединения мескольких источников сигмала на одмой шине. Как правило, не в третьем состоянии может находиться не более одного из объединяемых источников. В противном случае на шине будет конфликт, в котором побеждает низкий уровень. Вентили с тристабильным выходом имеют управляющий вход, который обычно обозначают ОЕ (Оигриг ЕпаЫе).

Двунаправленный вывод элемента представляет собой комбинацию входа и тристабильного выхода (или выхода с открытым коллектором). В зависимости от управляющего сигнала этот вывод работает либо как вход, либо как выход. Б. Элементы циф овой схемотехники Логические элементы КМОП отличаются от ТТЛ болыиим размахом сигнала (низкнй уровень ближе к нулю, высокий— к напряжению питания), малыми входными токами (почтн нулевыми в статике, в динамике — обусловленными паразитной емкостью) и малым потреблением, однако их быстродействие несколько ниже.

В отличие от ТТЛ, микросхемы КМОП допускают более широкий диапазон питающих напряжений. Микросхемы ТТЛ и КМОП взаимно стыкуются, хотя вход КМОП требует более высокого уровги логической единицы, а выход КМОП из-за невысокого выходного тока можно нагружать лишь одним ТТЛ-входом. Современные микросхемы КМОП по параметрам приближаются к ТТЛ серии А(.3 и хорошо стыкуются с ними.

Микросхемы КМОП имеют те же типы выводов, но вместо выхода с открытым коллектором у них присутствует выход с открытым стоком (что по логике работы одно и то же). Длина интерфейсных кабелей ограничивается как уровнем помех на входе, так и создаваемой емкостной нагрузкой на выходные вентили, в качестве которых рекомендуется применять элементы с повышенной нагрчзочной способностью. Длина кабелей Сепггопгсх ограничена несколькими метрами, в то время как для интерфейса й5-232С допустимы кабели длиной в десятки метров (сказывается большая разница уровней и зона нечувствительности). Логические схемы могут быть чисто комбинационными вентилями (Саве), у которых состояние выходов определяется только текущим состоянием входов, или элементами с памятью.

В схемах последнего типа состояние выхода определяется предысторией входных сигналов н внутренних состояний. К ним относятся разнообразные триггеры, регистры, счетчики и т. п. Элементы могут быть асинхронными и синхронными. У последних состояние входов стробируется по, тенциалом или перепадом на специальном входе синхронизации. Следует особо отметить два типа элементов, широко применяемых в микропроцессорной технике.

Регистром (Лейгмег) называют совокупность нескольких запоминающих элементов, запись в которые производится по общему управляющему сигналу. Подразумевается, что в регистре информация воспринимается по перепаду сигнала синхрони- Б. Элементы цифровой схемотехники зации (на рис. Б.1а запись происходит по положительному перепаду). Защелкой (Еассгг), или регистром-защелкой„называют схему, работающую иначе (рис.

Б.!б). Здесь при одном состоянии управляющего входа (высоком) регистр «прозрачен» вЂ” на выходе отражаются изменения на входах, а при переходе этого сигнала в другое состояние на выходах фиксируется состояние, присутствующее к этому моменту. Защелки используются для фиксации адреса на шине микропроцессора, позволяя схемам дешифраторов адреса раньше начинать работу, тем самым сокращая затраты времени на дешифрацию адреса. До срабатывания на выходе защелки возможен «мусор» от переходных процессов на входе, чего не бывает в регистрах, синхронизируемых по перепаду. Для того чтобы любая синхронизируемая схема зафиксиров»за желаемое состояние, сигналы на входах должны установиться до синхронизирующего перепада з» некоторое время, называемое временем установки Тзктс», н удерживаться после него в течение времени удержания Тного.

Значение этих параметров определяется типом и быстродействием синхронизируемой схемы, и в пределе один из них может быть нулевым. рис. Б.1. диаграмма работы регистров: е — регистр, б — регистр-защелка Наконец, рассмотрим типовое подключение некоторой функциональной микросхемы (например, 18255 — КР580ВВ55) к пгине!5А, которое хороню иллюстрирует принципы сопряжения устройств микропроцессорной техники (рис. Б.2). Для сопряжения с микропроцессором имеется шина данных (0ага Виз), шина адреса (Ахеи Внз) и шина управления (Сонгго1 Внз): Первые две из них могут использовать одни и те же физические линии, такое решение называется мультинлек- Б, Элементы цифровой схемотехники сированием шины аддреса и данных.

Тогда в шине управления будет присутстгвовать сигнал, определяющий назначение шины в данный ьмомент времени. В нашем примере шины адреса и данных разлделены. Рис. Б.2. Павдключвнив устройства к шине!ЯА Подключаемое устротйство обычно имеет свой буфер данных — двунаправлен~ный приемопередатчик, в качестве которого применяется ниикросхема 74АЕ5245 (15ЗЗАП6), Буфер должен открыватться сигналом Оев (Оигрпг епаЫе— разрешение выхода), ~ когда на шине адреса присутствует адрес, относящийся к шиапазону подключаемого устройства, «Дежурным» направлтением передачи является «от шины-- к устройствум перекшючение в обратную сторону производится по сигналу 1ОВ10н шины управления.

Таким образом, буфер имеет право передавать данные на шину (управлять шиной данных) толыко во время действия сигнала чтения, относящегося к зоне;адресов данного устройства. Если бы подкпючаемое устрой~ство было приписано к пространству памяти, в логике управления направлением присутствовал бы сигнал КЗЕКАйОВ. Дешифратор адреса шредназначен для выявления зоны адресов, относящейся к птодключаемому устройству.