Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (Токхейм - Основы цифровой электроники), страница 5

М лв ° Мулвтивибрвтор в рот«нме своьолных «оперений генерирует послеловнтелвноств пирровых импульсов. НИФРОЕАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 550кгн сл ~ — Е ЗЕМЛЯ б ,; Рнс., ЩЗ. о-иринпипиальная схема генератора тактовых импульсов в режиме своболных «олсбаний с использованием '„';.,!Еинтитральной схемы типа 555; б-монтажная схема ~снсратора тактовых импульсов в режиме своболных ко:",:лебаний, собранно~о на контактной панели. ',;, "" н те и "*:.,' " 1'аиератор импульсов в режиме свободных колебаний, которые будут генерировать сигналы с ТТЛ-уровнями, подобные показанным на рис.

1.1Π— 1.12. В лабораторном практикуме вы также будете использовать логические переключатели, в которых дребезг предотвращается при помощи фиксатора (см. рис. 1.1О, в). Вы будете также пользоваться генератором одииочных тактовых импульсов, запускаемым кнопочным переключателем. Кнопочный переключатель такого генератора будет соединен с одновибратором, как показано на рис. 1.11,б. Наконец, вы будете располагать и генератором тактовых илтульсов, работающим в режиме свободных ко- олаиочнмк имаулыов $ ' "." .Вииболаых тистовых в режиме иолебаиий т)ВВВВР— НС тв ГЛАВА ! лебаний. Он,будет генерировать непрерывные последовательности импульсов типа показанной на рис.

1.12. Астабнльные, моностабильные и бистабильные МВ можно собрать из дискретных компонентов (отдельных резисторов, конденсаторов и транзисторов) или приобрести сразу в виде готовых ИС. Принимая во внимание высокое качество изготовления, удобство применения и низкую стоимость интегральных схем, мы в данном учебном курсе будем пользоваться готовыми ИС. Принципиальная схема генератора тактовых импульсов приведена на рис. 1.1З,а.

Эта цифровая схема позволяет получать последовательности импульсов с ТТЛ-уровнями и низкой частотой повторения (2-4 Гц). Центральной частью схемы генератора тактовых импульсов является таймер общего назначения в виде ИС типа 555. Заметьте, что в схеме должны быль также использованы два резистора, конденсатор и источник питания. На рис. 1.13,б изображена монтажная схема генератора тактовых импульсов, собранного на типовой контактной панели. Заметьте, что расположение контактов панели согласуется с расположением выводов ИС.

Обратите внимание также на то, что вывод 1 расположен по направлению против часовой стрелки сразу за выемкой или круглой меткой на корпусе ИС с восемью выводами. Задания лля самопроверки Выполняя следунзи1ие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили изложенный материал. б. Цифровой сигнал (см. рис. 1.1О,в) в течение времени ! имеет . (ВЫСОКИЙ, НИЗКИЙ) уровень, а в интервале гз — .

(ВЫСОКИЙ„НИЗКИЙ). 7. Когда кнопка переключателя (см. рис. 1.11,а) не нажата (цепь разомкнута), выходное напряжение имеет уровень. 8. Фиксатор (см. рис. 1.10,в) называется по-другому триггером-защелкой или мультивибратором. 9. Одновибратор (см. рис. 1.11,6)„ используемый для формирования цифрового сигнала, называется также мультивибратором.

10. Изображенная на рис. 1.13 интегральная схема 555, называемая . , вместе с несколькими дискретными компонентами использована для генерации непрерывной последовательности импульсов с ТТЛ-уровнями. Этот генератор тактовых импульсов, работающий в режиме свободных колебаний, называется также мульти- вибратором в режиме свободных колебаний или мультивибратором. ПИФРОЯАЯ ЭЛЯКТРОНИКА 1.4. Как контролировать ййтфровые сигналы? В предыдущем разделе вы познакомились с методами формирования цифровых сигналов, используя для этого различные цепи, содержащие МВ.

Это как раз те методы генерирования входных цифровых сигнилон, с которыми вы будете иметь дело в лабораторном практикуме при конструировании цифровых схем. В данном разделе мы обсудим некоторые простые методы контроля выходных сигналов цифровых цепей. Рассмотрим цепь, изображенную на рис. 1.14,а. Входной сигнал в ней формируется с помощью простоу о однополюсного двухпозиционного переключателя и источника питания. Иидикатородг выходного сигнала служит сяегдоиздучаюи1тгй диод (СИД). Резистор (150 Ом) ограничивает ток„ протекающий через СИД, до безопасной величины. Когда переключатель на рис. 1Л4ха находится в верхнем положении, соответствующем ВЫСОКОМУ уровню напряжения, на анод светодиода подается напряжение + 5 В.

При этом СИД оказывается включенным в прямом направлении, ток через него возрастает и возникает излучение. Если переключатель находится в нижнем положении, соответствующем НИЗКОМУ уровню, анод и катод светодиода заземлены, и он не излучает. Свечение светодиода соответствует ВЫСОКОМУ уровню напряжения, а отсутствие свечения— НИЗКОМУ уровню. Простой светодиодный индикатор выходного цифрового сигнала еще раз показан на рис. 1.!4,б. Теперь входной сигнал формируется изображенным в упрощенном виде логическим переключателем. Он действует подобно переключателю на рис.

1.!4,и, за исключением того что не имеет дребезга. Однако выходным индикатором опять служит СИД с последовательно включенным ограничивающим резистором. Когда входной логический переключатель на рис. 1.14, б генерирует сигнал НИЗКОГО уровня, светодиод Гйидинатар выкоднаго сигнала Светанзвучыопхий дунул "г;; сй(ееледавательно внвыченный ограни- ;Ы 'ызааыщий резистор Б ход ВЫГ Г ЫЫИ Поход Гоовсм Я над 1 'Ф'-' мглу е еммгэОКИР уоовеиь Мег иклу е ивммнэис'Пг уоовсиь О Ом О ";~ь,".':..Рнс, Гда о-простой светодиодный индикатор выхолиого сигнала; б-сосдггиснис логичсс стым светодиодным индикаторОм выходного сигнала кого псумклычатслв с про- не излучает. Однако, когда от логического переключателя поступает сигнал ВЫСОКОГО уровня, в светодиоде возникает излучение.

Другой вид светодиодного индикатора выходных сигналов показан на рис. 1.15. Здесь светодиод работает точно так же, как в только что рассмотренных цепях. Он излучает в случае ВЪ|СОКОГО уровня сигнала н не излучает в случае НИЗКОГО уровня сигнала. Однако в отличие от прежних схем светодиод на рис.

1.15 управляется не непосредственно входным сигналом, а транзистором. Преимуществом схемы с транзистором (рис. 1.15) является меньший ток, потребляемый индикатором с выхода контролируемой цифровой схемы. Светодиодные выходные индикаторы, подобные показанным на рис.

!.!4 и !.15, вы булете применять в лабораторном практикуме. Рассмотрим теперь схему выходноуо индикатора на двух светодиодах, показанную на рнс. 1.16. Когда на вход индикатора подается сигнал ВЫСОКОГО уровня (+ 5 В), нижний СИД светится, а верхний- нет. Если же на вход поступает сигнал НИЗКОГО уровня (ЗЕМЛЯ), излучает только верхний СИД. При подаче в точку У (см. схему на рис. ! .16) сигнала неопределенного уровня (промежуточного между ВЫСОКИМ и НИЗКИМ) или в случае отключения точки у'от контролируемой цифровой схемы излучать будут оба светодиода. Выходное напряжение цифровой схемы можно измерить и обычным вольтметром. Для ТТЛ-схем напряжение от 0 до 0,8 В считается НИЗКИМ уровнем, а напряжение от 2 до 5 В для тех же ИС- ВЪ|СОКИМ уровнем.

Напряжения между 0,8 и 2 В попадают в неопределенную область, и соответствующие сигналы нежелательны для цифровых ТТЛ-схем. н5В Рио !Д5: Светолиомаер иилииатор вмхолиото си|нале, уираалиеммя трввтистором. О Ом Выход Излучение=ВЫСОКИИ уровень Нет излучении =НИЗКИИ уровень 5В ик НИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Вис. 1.16, Светоднолтняя индикатор, но=:,!~:;:.':.'-' „тата тоитнв ВЬ1СОКИй, ННЗКИй —, в' неокределенн В л таиеск уро 29 Индикатор НИЗКОГО уровня О Ои Индикатор ВЫСОКОГО уровня Удобным портативным измерительным прибором для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫХОДНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ЯВЛЯЕТСЯ тупгиЧЕ- ский пробник. На рис.

1.17,а представлен один из недорогих приборов такого типа; вы можете собрать его самостоятельно. Чтобы использовать этот прибор для индикации логических уровней сигналов ТТЛ-схелт, вы должны произвести следующие операции: угатиисктотн пробник |Ктувреиие леваческая ,; туравней сигналов иитиэ ттЛ- Логический пробник, изображенный на рис. 1.17, а„можно также использовать и для контроля ИС, изготовленных с применением так называемой КМОП-технологии.

КМОП— это сокращенное название комллелтеиттурных полупроводниковых приборов со структурой металл — окисел- полупроводник. Если лот.ический пробник используют для оп ра„ ;т-.(~!!" (иоиилеиеят нрнви 4™; '"';:= Ннлуиронодннн> 1. Присоедините шуп с красным проводником к точке контролируемой цифровой схемы с напряжением + 5 В. 2. Присоедините щуп с черным проводником к ОБЩЕМУ выводу (заземленной точке) контролируемой цифровой схемы. 3.

Присоедините третий щуп (ТТЛ) также к ОБЩЕМУ выводу контролируемой цифровой схемы. 4. Коснитесь острием пробника контролируемой точки цифровой схемы. 5. Один или оба светодиода пробника, показанные на рис. 1.17,а, должны при этом засветиться. Если светятся оба диода, то острие пробника либо вообще не касается контролируемой цифровой схемы, либо напряжение контролируемой точки лежит в неопределенной области между ВЪ|СОКИМ и НИЗКИМ уровнями. гддвд'г Вме одм литания нилина Острие дробинка вьоодь~ И ~дииагср вь!ооно~ о Гроаия сон вхо бо ом и ЗЕМЛЯ )для ттл Иидииагср ькизного уОовья Леичееине урании ТТЛ- и КМОП-скем индикации логических уронней КМОП-схеде, то щуп с обозначением ТТЛ следует оигавить разомкнутым.

Красный лууп нужно подсоединить к положительному (+) полюсу источника питания, черный щуп-к ОБЩЕМУ выводу. Если вы теперь коснетесь острием пробника контролируемой точки в цифровой КМОП-схеме, световые индикаторы покажут вам ВЫСОКИЙ илн НИЗКИЙ уровень напряжения. Принципиальная схема логического пробника приведена д-виеглниб вид ло~ ичсского пробннка собираемого студентам н; 6- принципиальная слома логического проб- ники на основе интегральной сксмм типа 555. цнвровля злякхроннкх ттл кмоп ы'Ве ы в а:-.Кл ныл Хиве. ~ илий ЮХ рееве ЗЛВ.

Оврелелеиие лыивеских рраввев ллв равых ивееервльвых ттл- и Кмоц~хем. 31 на рис. 1, 1? 6. В этой схеме использован таймер в виде ИС типа 555. Для этой ИС используется источник питания с напряжением от 5 до 18 В. Цифровые ТТЛ-схемы работают всегда прн напряжении 5 В, в то время как для некоторых типов КМОП-схем необходимы напряжения величиной до 15 В. Три проводника для подачи питания на таймер показаны в левой части рис. 1.17,6. Красный проводник подсоединяют к положительному полюсу источника питания, черный-к ОБЩЕМУ выводу. Если проверяется цифровая ТТЛ-схема, проводник с обозначением ТТЛ (ЗЕМЛЯ) также присоединяют к ОБЩЕМУ выводу; если контролю подлежит цифровая цепь на основе КМОП-схем, этот проводник оставляют свободным.