М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 75
Текст из файла (страница 75)
На рис. 13.50(Ь) показана удобная схема самовозбуждаюшегося мультивибратора, находяшая широкое применение от источников напряжения для проблесковых ламп до тональных генераторов. Времязадаюший резистор Я подключен не к источнику питания с напряжением К, а к выходному выводу 3. Конденсатор С, отключен от транзистора, через который он разряжается, а вместо этого подключен ко входу запуска (вывод 2). Как и прежде, конденсатор С„заряжается до напряжения 21сс /3, при котором триггер сбрасывается, так что напряжение на выходе падает до уровня 0 В. Теперь Ждущие мулыпивибраторы и таймеры 417 (й) Слома таймсра "то 1В гт ОВ (Ы Смстаотбрлмаююийют мрльтиаибротор рсс +12 В Дололии тсльимй аьпол Рис,13,50.
Варианты применения таймера 555. вместо того, чтобы быстро разрядиться через транзистор Тн конденсатор Сг разряжается через резистор А пока напряжение на нем не достигнет величины Г /3, при которой по входу запуска в триггер снова запишется логическая 1, В результате получаем симметричный прямоугольный сигнал с 50%- ным рабочим пиклом и частотой следования 1 1,4Сгттг 418 Цифровые логические схемы Для получения сложных последовательностей таймеры 555 можно включить послеловательно.
На рис. 13.51 показано, как следуюший таймер запускается выходным сигналом предыдушего таймера через конденсатор емкостью 1 нФ. Для такого применения удобно воспользоваться ИС 556, которая содержит два таймера, идентичных ИС 555, в одном корпусе с 14-ю выводами. Вше более компактные ИС 553 и 554 содержат даже по четыре таймера в одном корпусе с 16-ю выводами. Выход Выход Выход дм Рнс. 13 51. Формирование следуюшнх один за другим временных интервалов с ломошью последовательно включенных таймеров 555.
13.16 Мультиплексоры данных Очень важной процедурой в цифровых системах является операция, обеспечиваюшая подачу данных в нужные места. Например, если нужно сложить числа, имеющиеся на выходах двух регистров, то нам следует обеспечить подключение выходов этих регистров к входам сумматора для выполнения данной конкретной операции. В другой раз нам могут понадобиться входы сумматора для работы с некоторыми совершенно другими сигналами, скажем с выходов двух счетчиков. Такая процедура выбора данных эквивалентна переключению на много направлений и называется мультиплексированием (часто используется аббревиатура М1)Х).
На рис. 13.52 показано, как можно воспользоваться простыми логическими схемами для выбора одного из двух входов для подключения к одной сигнальной линии. Когда напряжение на входе выбора канала э имеет низкий уровень, сигнал с входа Р,поступает на выход У,поскольку логическая схема И разблокирована; когда на входе Я высокий уровень, то на выходе появляется сигнал со входа Рг Демультиплексироваиие, как это следует из названия, является обратной Мулыниплексары данных 419 операцией, применяемой для переключения одного входа данных в несколько различных мест, Снова двунаправленное переключение можно осуществить простыми логическими схемами И (рис.
13.53). Данные со входа 2) передаются на выход Уь при низком уровне напряжения на линии выбора канала Я и — на выход У! при высоком уровне напряжения на входе Е. ае и, г, Рис. ! 3.52. 2-входовый селектор данных (мультиплексор). Рис. ! 3.53. Демупьтиппексор иа 2 направления.
В процессе мультиплексирования и демультиплексирования, как правило, участвует более двух источников и потребителей данных и для этой цели выпускаются специальные микросхемы. На рис. 13.53 приведен интегральный мультиплексор 8 на 1 (ИС 74НС151), который является реализацией в логическом варианте однополюсного переключателя на 8 направлений, где положение переключателя определяется двоичным числом на входах выбора направления Я Я!Яо, а выход берется с подвижного контакта переключателя. На единственном выходе У появляются данные с одного из выбранных входов 2)о+ 23 .
Имеется также инвертированный выход у . Если на выходе не нужен сигнал ни одного из входов, то на разрешающий вход Е, который на рисунке показан подключенным к земле, подается высокий уровень. На рис. 13.55 показано, как можно демультиплексировать сигнал из единственной линии на восемь выходов, применяя ИС 74НС138, которая подобна однополюсному переключателю на 8 направлений с входным сигналом, поданным на подвижный контакт. Черта в обозначении входа данных Е, указывает на то, что сигнал на этом входе имеет активный низкий уровень, и это свойство учитывается на выходах ге +у!, где также производится инвертирование. Окончательный результат состоит в отсутствии инверсии при демультиплексировании, но следует отметить, что не выбранные выходы имеют высокий уровень напряжения, а не низкий, как можно ожндать у простого поворотного переключателя.
У схемы имеются также дополнительные входы разрешенияЕ (низкий активный уровень) и Е, (высокий активный уровень). Хотелось бы обратить внимание на то, что процедура демультиплексирования очень похожа на дешифрование двоичных чисел: возвращаясь к рис. 13.38, видим, что ИС 74154 можно применить в качестве демультиплексора 1 на 16, отключив вход Е, от земли и используя его как вход данных. 420 Цифровые логические схемы +5 В «5 В О, О, У1 Р, Р, 3; От О, О! Рз г| Р, 5р 5, 5« 5~ 5~ 5о Рнс. 13.54.
Мультннлексор 8 на ! — ИС 74НС151. Рнс. 13.55. Демультнплексор 1 на 8 ИС вЂ” 74НС! 38. 13.17 Соединение логических схем 13.! 7. 7 Общие лредостережеиив Разработка логических устройств требует внимания как к теории, так и к практике. В созданной системе из логических элементов, а также блоков, выполняюших арифметические функции, счетчиков и т. д., должны выполняться не только требуемые в принципе операции, но, кроме того, все микросхемы должны быть соответствуюшим образом соединены друг с другом. Другими словами, кажлая логическая схема должна выдерживать нагрузку, образуемую подключенными к ней следуюшими схемами. В некоторых конструкциях необходимо продумать, сколько входов логических схем мы можем подключить к одному выходу, не перегружая его. Численное значение этой величины определяется иагрузочиой слособиосв1»ю логической схемы. Один выход ТТЛ-схем имеет, как правило, иагрузочную способность равную 1О, то есть его можно нагрузить входами 1О схем той же серии.
ТТЛШ-схемы имеют нагрузочную способность равную 24 для схем из этой же серии и только 6 для входов «стандартных» ТТЛ-схем. Поскольку микросхемы серии 74НСОО с полевыми транзисторами на входе имеют пренебрежимо малый входной ток при постоянном напряжении, можно предположить, что любой выход обеспечивает почти бесконечную нагрузочную способность для входов микросхем серии НС. Однако нужно при- Соединение логических схем 421 нять во внимание общую емкость на выходе, которая заряжается и разряжается при переключениях с большой частотой.
Способность схемы обеспечить на выходе ток величиной 4 мА ограничивает сверху величину емкости на фиксированной частоте, и разработчик может легко вычислить значение этой емкости. Каждый вход у схем серии НС имеет емкость около 4 пФ и к ней следует добавить емкость соединений, например, емкость дорожек при печатном монтаже. Выход схем НС-серии можно нагрузить 1О входами ТТЛШ-схем или 2 входами ТТЛ-схем. Удивительно, что выходы ТТЛ- и ТТЛШ-схем нуждаются в небольшой помощи, когда работают на входы НС-схем.
Чтобы получить на выходе напряжение нужного уровня, выход ТТЛ-схемы следует соединить с источником питания У через вытлгиваюигий резистор с сопротивлением 4,7 кОм, как показано на рис. 13.56. Для совокупности из нескольких выходов изящным решением такого вытягивания является применение рвзисторных сборок, содержащих 4, 8 или больше резисторов, расположенных в корпусе с выводами в один ряд (81 ). Можно избежать применения вытягиваюших резисторов, применяя специальную серию КМОП-схем 74НСТ, которая специально рассчитана на непосредственное подключение к ТТЛ-схемам. Полезно также отметить, что при применении логических схем серии 74ЕУТ с напряжением питания 3,3 В, используются гибридные КМОПуТТЛ-схемы, дающие возможность состыковывать ИС упомянутой серии с 5-вольтовыми ТТЛ-схемами.
Веееиваюшиа разметав в ов Рис. 13.56. Соединение между логическими схемами серий ТГЛ и НС. 73.172 Подключение логических схем и их зкснлуатацил (а) Для минимизации чувствительности к помехам нужно, чтобы время нарастания и спада информационных импульсов было меньше 50 нс. Применяйте три!геры Шмитта (ИС 7413 или 74НС!3) в качестве устройства сопряжения, если сигналы имеют пологий фронт. (Ь) Разумно работать в пределах нагрузочной способности логических схем, иначе логические уровни подходят слишком близко к области неопределенных значений.
Особое внимание следует уделить линиям тактовых сигналов, которые нагружены большим числом логических схем. Здесь может быть полезна ИС 7437 (аналог 155ЛА12 — Прим. дерев.), содержащая буферные схемы И-НЕ„к этой ИС можно безболезненно подключать до 60 входов ТТЛ Ш-схем. 422 Цифровые логические схемы (с) Для надежной работы логической схемы и счетчика длительность информационных импульсов должна быть не менее 30 нс. (о) Максимальная длина проводов, подключенных к выходу триггера или счетчика, не должна превышать 400 мм (100 мм для схем 74АС). Задержанные импульсы, вызванные отражениями в более длинных соединениях, могут нарушить работу триггера. Строго говоря, этот критерий следует принять для выходов всех логических схем, хотя и с большей длиной соединений схемы работают удовлетворительно, если эти соединения проходят вблизи заземленных шасси (заземленной плоскости). Линии длиной 500 мм или больше следует проводить вместе с заземленным проводом скрученной парой или коаксиальным кабелем, но при этом ток источника сигнала должен быть достаточным для перезаряда емкости линии.
Могут оказаться полезными резисторы на концах линии, позволяюшие избежать отражений и, следовательно, многократного распространения импульса. Эксперименты с резисторами, имеюшими сопротивления величиной 150+ 470 Ом и подключенными к земле (О В) и к источнику питания К часто оказываются стояшими затраченного времени.
(е) Не использованные входы логических схем ИЛИ-НЕ следует включить параллельно с используемыми, или, если это вызывает проблемы с нагрузочной способностью, их можно соединить с землей. (1) Не использованные входы логических схем И-НЕ следует включить параллельно с используемыми или подключить к источнику питания К Полезной предосторожностью является включение резистора с сопротивлением 1 кОм последовательно с одним из таких входов, подключаемых к К В случае, когда напряжение поднимается или источник питания дает бросок напряжения, резистор ограничивает входной ток пробоя безопасной величиной, и схема не разрушается.
Эта мера предосторожности применяется также на входах установки и сброса триггеров и счетчиков. К одному резистору с сопротивлением 1 кОм можно подключить до 25 входов. (8) Законченную схему следует электрически экранировать, помешая в металлическую коробку.
Коробочки, сделанные литьем под давлением, удобны для небольших устройств, в то время как для более крупных логических устройств зашитой может служить стальной или алюминиевый корпус измерительного прибора. 13.173 Источники питания (а) Напряжение источника питания для ТТЛ-схем фиксировано и равно 5 В+ 0,25 В. КМОП-схемы 74НС и 74АС. работают с напряжением питания в диапазоне от 2 до 6 В, но если они работают совместно с ТТЛ-схемами, то должны иметь напряжение питания 5В. Полный размах пульсаций не должен превышать 5%. Этим требованиям легко удовлетворить, применяя интегральные схемы стабилизаторов с фиксированным напряжением стабилизации такие, как Е005, 7805 или 1 М309 (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
