Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (Токхейм - Основы цифровой электроники), страница 4

и ппфровыс часы. й иифровой метеоро.вас ~вский прибор йро о рвфви препоссвввеиы фирмой Невсй Сатрапу) . в'аивврсапьный код товаров торговый рстнстратор Цифровой мстсоропо- тнвсскнй прибор айн ат гл в Многие такие аппараты снабжают теперь оптическим устройством для автоматического считывания информации, содержащейся в универсальноат коде товара (УКТ).

Этот код печатают на упаковках продуктовых товаров. Код представляет собой набор прямоугольных параллельных полос различной ширины с цифрами, которые напечатаны внутри их. В коде шифруется информация об изготовителе, о характеристиках товара. Специальный торговый ретистратор может запоминать текущие цены товаров и даже одновременно осуьцествлять их инвентарный контроль в магазине. Данные считываемого кода обрабатываютсн цифровыми схемами, имеющимися в регистраторе.

В вашем доме также наверняка есть предметы с цифровыми электроннымн схемами. Время, температуру, скорость и направление ветра, атмосферное давление можно узнать, если взглянуть на цифровой ме1еоролорический прибор, который показан на рис. 1„7,6. Этот прибор представляет собой микропроцессорную измерительную систему, накапливающую информацию о погоде, Раньше в звуковоспроизводящих стереосистемах и в радиоприемниках использовались исключительно аналотовые устройства, но с недавнего времени и здесь стали применять цифровые схемы. Обогревом вашего жилого помещения может управлять олин из новейших «умныхп приборов автоматически включаемый и выключаемый гермообо1реватель. Широко используется цифровая электроника в элекгронных играх и в видеоиграх.

Такие бытовые приборы, как печи СВЧ, стиральные машины и сушилки могут иметь в своем составе сложные цифровые схемы, конгролируемые микропроцессорами. В вашей ванной комнате мосут находиться цифровые весы, показанные на рис. !.8,а, или цифровой термометр, изображенный на рис. !.8,6. В школе может использоваться вычислительная система, изображенная на рис.

!.4, для обучения иностранным язы- ртк. ьй. и-ттифровыс васы б пифрпвой тсрмомстр. (Фтт~тттрафии прспаставпспы фирмои ность боптрппу.! ниеьровля электроникА рвс. ьр. уташиесн млалеиил клнссовуиравлашт небольшим роботом с номо|имо микроэвм. Ироннрафна :крскктаалека фирмой 1 свар~о, 1 ос ~ кам, программированию, матема ~иве или общественным дисциплинам.

В школьных кабинетах моглн бы найти применение микроЭВМ лля управления устройствами, гюдобными небольшому роботу, показанному на рис. 1.9. Используя этот робот„школьники младших классов узнают о том, как микроЭВМ управляют сложными машинами. Первоначально цифровые элект.ронные схемы использовались только в ЭВМ. Теперь эти схемы вследствие их низкой цены и высокой точности применяются во многих других устройствах и приборах. Поскольку цифровые схемы имеются почти во всех электронных приборах, любой хорошо обученный специалист должен знать, как они работают.

Выполняя г еедуеощие задания, проверьте, хо1уошо ли вы усвопли изло:лгенный лгатериал. 3. В универсальном .... приборе, показанном на рис. 1.3, б, используется современный индикатор на с малым потреблением энергии. 4, Необычайно быстрое развитие цифровой элек гроники обусловлено успехами в технологии изготовления схем. 5. Основой микроЭВМ, подобной той, которая показана на рис: 1.4, является сложная интезральная схема, называе- мая ГЛАВА Г 1.3. Как получать цифровые сигналы? Цифровой сигнал представляет собой чередование двух четко определенных уровней напряжения.

Для большинства цифровых схем, с которыми вы будете далее встречаться, эти уровни характеризуются напряжением около 0 В (земля) и напряжением от + 3 до + 5 В. Указанные уровни называются уровнями напряжения ТТЛ-схем, потому что они используются в цифровых схемах на основе ИС, относя- Шихся к семейству схем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Цифровые ТТЛ-сигналы можно получить вручную, применяя механический переключатель. Рассмотрим простую цепь, показанную на рис. 1.10,а. Когда контактный рычажок однополюсного ползункового двухпозиционного переключателя перемещается из верхнего положения в нижнее и обратно, формируется цифровой гигнал, форма которого показана на рис. 1.10,а справа. В течение времени уг напряжение равно 0 В, а на интервале ут оно равно + 5 В. В течение времени 1 напряжение опять становится равным 0 В Куфзяветарно-треп яуачтбизан знпяап ВЫСОКИЙ уровень ББ НИЗКИЙ уровень гз ов~з уровень Земля РУм: Упб, и †получен пифроваго сигнала при поманю переключателя;б — лерехолнып процесс из-за дребезга контакте механического переключателя; е-добавление пративодребезговога фикса~ора к механическому персключате- ЛЮ лля получение стандартного цифрового сигнала.

гз ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА (НИЗКИЙ уровень), а в течение времени т оно опять принимает значение + 5 В (ВЫСОКИЙ уровень). Недостатком механического переключателя является дребезг контакта сразу после переключения. Если внимательно проследить за формой сигнала при переходе напряжения от НИЗКОГО уровня к ВЪ|СОКОМУ, то можно заметить следующие особенности этой формы, показанные на рис. 1.10,б. Сначала НИЗКИЙ уровень напряжения сразу сменяется ВЫСОКИМ (точка А), а затем из-за дребезга контактного рычажка падает до НИЗКОГО (точка В) и снова возрастает до ВЫСОКОГО уровня. Хотя все это происходит за очень короткое время, некоторые быстродействующие цифровые схемы воспринимают этот процесс как чередование НИЗКОГО, ВЪ|СОКОГО, снова НИЗКОГО и снова ВЪ|СОКОГО уровней напряжений.

Заметим, что на самом деле, как показано на рис. 1.10,б, существует некоторый диапазон напряжений, соответствующих ВЪ|СОКОМУ и НИЗКОМУ уровням. Сигналы с уровнями, находящимися в промежуточной, неопределенной области напряжений, доставляют много неприятностей при работе с цифровыми электронными схемами, и таких сипталов необходимо избегать. Для решения проблемы, проиллюстрированной на рис. 1.10,б, механические переключатели иногда дополняют специальными нротиводребезговыми устройствами. Блоксхема бездребезгового логического переключателя показана на рис. 1.10,в. Обратите внимание на использование в этой схеме специального устройства, исключающего дребез~ и называемого фиксатором. Почти все механические логические переключатели, которыми вы будете пользоваться в лабораторном практикуме, снабжены фиксаторами.

Фиксаторы иногда называют триггерами-защелками; более подробно их работу мы рассмотрим в одной из следующих глав. Как видно из рис. 1.10,в, НИЗКИЙ уровень на выходе фиксатора в течение промежутка времени гз несколько отличается от 0 В. В течение времени т, выходное напряжение имеет ВЫСОКИЙ уровень, хотя он и несколько ниже полного напряжения 5 В. Далее на интервалах Т и Т снова повторяются НИЗКИЙ и ВЫСОКИИ уровни. Можно попытаться для получения цифрового сигнала гт|г дребезг кантвата !;;";: -.

Неокределеннак сб. лапь напрюкеннй ;;1 Юездребезгавый лаги. ческий вереключвтель йюксвтор трютер ис ыозкст генерировать станлартныс. нифровыс сигналы: б-кнозапуска озновнбратора форыврусг Пифроаои сигнал в виде оди- К~ сппа наката =.ВюСОККИ уеоьепь +~ " о — — — выход К~ сппа сгпунена и !Хт -*р.. л-кнопочный переключатс 4";:- :,йз|ч|гй почный переключатель, ис ;,;: ~! ночного иыпульса. у ебв Г + Одиоаибратсо О аГЗЕНПР1 ГУлновнбрвтор Мубвыыибрвтвр 'е;..Впвуибвяиемй Ыуа Мубвиыибрвтор в ре.

жйеы- евоболиых вти гллвл ~ использовать кнопочный переключатель. Если кнопку нажать, появится ВЫСОКИЙ уровень напряжения, при отпускании кнопки этот уровень должен смениться НИЗКИМ. Рассмотрим простую цепь, показанную на рис. 1'.11,а. Когда кнопка нажата, на выходе возникает напряжение около +5 В (ВЫСОКИЙ уровень). Однако если кнопку отпустить„то уровень напряжения на выходе станет неопределенным. В этом случае в цепи между выходом и источником питания образуется разрыв. Такая цепь не может должным образом работать в качестве логического переключателя.

Кнопочный переключатель„разомкнутый в нормальном состоянии, можно применять для генерации цифровых импульсов только в совокупности со специальной электронной схемой. На рис. 1.1!,б показан кнопочный переключатель, соединенный с одновибратором. Теперь при каждом нажатии кнопки переключателя на выходе одновибратора будет формироваться короткий одиночный, положительный импульс. Длительность импульса на выхоле определяется параметрами одновибратора и не зависит от того, как долго была нажата кнопка. Обе цепи-с фиксатором и с одновибратором- использовались и прежде. Обе они представляют собой схемы с мультивибраторами (МВ). Фиксатор называют по-другому т иггеоом, или бистабильным мультивибратором. Одновиратор называют также моноета ильньцп, ул ивибойтпором. Существует еще третйи тип МВ-ас!йаби Уьньй мулыпивйб)уатоу; его называют также мульписвибратороле,"работаю- и)йм й режиме свободных колебаний'.

Во многих цифровых схемах он выполняет роль генератора такпювых импульсов. МВ в режиме свободных колебаний генерирует импульсы самостоятельно, без каких-либо переключений извне или внешних сигналов. Блок-схема МВ в режиме свободных колебаний приведена на рис. 1.12, МВ генерирует непрерывную последовательность импульсов с ТТЛ-уровнями. Напряжение на выходе схемы, показанной на рис.

1.12, все время скачкообразно меняется от НИЗКОГО уровня к ВЫСОКОМУ и наоборот. В лабораторном практикуме вам часто придется самостоятельно получать цифровые сигналы. В состав используемого вами оборудования будут входить ползунковые и кнопочные переключатели, а также генераторы тактовых рнв г,ы.