Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 2. Проектирование устройств на цифровых ИС (1987) (1092082), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В отношении обозначений сигналов на выходе придерживаются правила, согласно которому на выходе указывается не только сам сигнал, но и функция, реализованная при его использовании. Если на выходе уровень не указан, то это означает, что он высокий. Дополнительным символом инверсии служит обозначение (1). Эти условные обозначения соответствуют рекомендациям МЭК. На документации специального назначения (для устройств с военной приемкой) дополнительные обозначения (Н) и (Ь) не проставляются. На истинность переменной при низком уровне указывает знак полярности в виде маленького кружка у входа. Таким образом, используются следующие обозначения: А без кружка на входе — А истинно, если его уровень Н; А без кружка — А истинно, если его уровень Н; А с кружком — А не истинно, если его уровень Н; А с кружком — А истинно при уровне 1..
В нашем учебном курсе мы иногда будем пользоваться условными обозначениями схем специального назначения лишь для того, чтобы читатели к ним просто привыкли и не испытывали трудностей при интерпретации условных обозначений. Например, формулу Р=А(Н) В(Н) С(Н), справедливую для Н, мы записываем в виде В=А В С, т. е. опуская Н, потому что здесь эта величина дополнительной информации не несет и может вызвать только путаницу. Поэтому далее на схемах и в тексте дополнительные обозначения уровней истинности (~ или Н) мы будем давать не всегда, а лишь в тех редких случаях, когда они будут нести дополнительную информацию. Логические схемы и области их применения 2.2.
Экспериментальные исследования логических схем Чтобы дать возможность читателю практически познакомиться с логическими схемами, мы приводим ниже описания нескольких экспериментов, которые можно провести с элементами ТТЛ и КМОП-логики. Повторив самостоятельно описанные эксперименты, читатель получит более углубленное представление о проблематике логических схем. Первый эксперимент не требует дорогих приборов.
Нужны источник питания— батарея постоянного тока (или стабилизированный выпрямитель) — и один или несколько индикаторов, которые будут указывать, как меняются уровни (й или Н) на входах и выходах исследуемых схем (рис. 2.6). Такое индикаторное устройство можно собрать из транзистора и светодиода.
Если потребуется несколько индикаторов, то можно использовать микросхему, например (Л.(ч(2003, которая содержит семь усилителей Дарлингтона, способных управлять семью светодиодами. Необходимые для экспериментов электрические импульсы можно создавать с помощью переключателя или тумблера, к которому должен быть подключен демпфер дребезга контактов. Импульсы можно легко получить, используя генератор, настроенный на очень низкую частоту, например на 0,5 или 0,25 Гц. Для этой цели можно рекомендовать триггерную микросхему (ч(Е 555. Такой генератор будет описан в одной из последующих глав. Если к генератору импульсных сигналов подключить еще логическую схему, то можно получить генератор эталонных сигналов, способный вырабатывать полезную для экспериментов последовательность импульсов с изменяемыми параметрами.
Такой генератор будет описан ниже в этой главе. Если генератор имеется или его можно собрать, то эксперименты можно проводить прн повышенной тактовой частоте. Генератор импульсных сигналов на триггере ХЕ 555 легко можно перестроить на более высокую тактовую частоту. Быстрые изменения последовательности импульсов можно наблюдать на экране осциллографа. Если к тому же осциллограф двулучевой или двухканальный, то это позволяет увидеть на экране и временные соотношения двух импульсов. Такой осциллограф будет необходим позже, когда будут рассмотрены цифровые схемы, управляемые от ЭВМ. Наиболее подходящим для наших целей является не очень дорогой осциллограф типа Р61А фирмы Те!ес(н1ршеп1 (рис. 2.6, а).
Логические схемы и области их применения 71 2.3. Применение осциллографа при исследовании цифровых схем Применение осциллографа при исследовании цифровых схем поясним на примере двухканального осциллографа Р61А с полосой частот до 1О МГц; он позволяет одновременно наблюдать на экране два сигнала. Временной масштаб горизонтальной развертки устанавливается в пределах от 0,1 мкс/см до 0,5 с/см, Синхронизация по горизонтали осуществляется от внутреннего или от внешнего генератора.
Изменять уровень синхронизации можно с помощью регулятора на лицевой панели. Если ручку регулятора вытянуть на себя, то включается режим автоматической синхронизации. Изменяя уровень, можно установить порог синхронизации, благодаря чему исключаются нарушения временного масштаба развертки в случае, когда исследуемые логические сигналы подвержены влиянию помех. Другие ручки управления осциллографа отчетливо видны на рис. 2.6,а, поэтому подробных пояснений не требуется. К осциллографу придаются два прецизионных делителя 10: 1.
На рнс. 2.7 приведена схема измерительной установки, в которой осциллограф служит для сравнения временных параметров двух сигналов, поступающих от логической схемы И-НЕ. С выхода селектора сигнал подается в первый канал, а с выхода элемента И-НŠ— во второй канал. Манипулируя регулятором временнбго масштаба, осциллограммы располагают так, чтобы временные соотношения двух сигналов стали наглядными. При повторной подаче импульсов на вход осциллографа синхронизация сохраняется.
При исследовании сигналов сложной формы порог синхронизации можно изменять с помощью регулятора. Однако в наших экспериментах с цифровыми сигналами мы всегда будем иметь дело с импульсами строго определенной формы, что позволит пользоваться автоматическим режимом синхронизации. Исследуемые сигналы должны поступать на осциллограф от одного генератора тактовых импульсов.
В противном случае один из сигналов будет перемещаться по экрану, что значительно затруднит определение временных соотношений сигналов. В цифровой схемотехнике в качестве источника импульсов всегда используют один генератор, поэтому изображение на экране осциллографа устойчиво. На рис.
2.7 показан пример сравнения двух сигналов, Третий сигнал здесь используется для синхронизации. Синхронизнрующим служит передний фронт импульса внешнего генератора. Сразу после начала синхронизации на экране появляются исследуемые сигналы. Гдово 2 Масштаб временнбй развертки следует выбрать так, чтобы наблюдаемые импульсы расположились в середине экрана.
Если бы для синхронизации служил сигнал У1, то осциллограмма сместилась бы в левый угол экрана, что неудобно для визуального анализа. Горизонтальная ось осциллограммы— зто ось временнбй развертки. Размер осциллограммы по вер- тг — гтоггент иггчала бр«ггаг«гал ухаэВертки Г .«уу уг Ли« Кз Сгга»зх« Фггегххтеву синхолоигаг7гги Рве. 2.7. а — осциллограф на выходе цифрового устройства; о — сигналы внешней синхронизации. тикали отражает мгновенное значение напряжения. Поэтому импульс на экране осциллографа следует рассматривать так же, как на временнбй диаграмме на бумаге.
Обычно на экране осциллографа имеется шкала, которая по горизонтальной оси позволяет отсчитывать временные параметры в единицах времени, а по вертикальной — значения напряжения в соответствующих единицах. Регулятор на панели управления позволяет изменять масштаб развертки по вертикали, выражаемый единицами или долями В/см, и масштаб развертки по горизонтали, выражаемый единицами или долями с/см, У осциллографа Р61А эти регуляторы находятся в верхней части лицевой панели и имеют надписи «канал 1», «канал 2», «установка времени». Обе осциллограммы могут смещаться по экрану вверх и вниз, сбли- Логические схемы и области их применения жаясь одна с другой.
Кроме того, все изображение целиком может перемещаться в обе стороны по горизонтали. В современной технике обычно применяют логические анализаторы и логические индикаторы, которые кроме оценки импульсных характеристик сигналов позволяют на экране наблюдать их цифровой формат, например, в битах. Такие приборы снабжаются быстродействующим биполярным запоминающим устройством емкостью, например, в 64 кодовых слова по 8 бит. Оцениваемые сигналы можно выводить на экран осциллографа и наблюдать на экране каждый бит. В запоминающее устройство вводится несколько одиночных импульсов; их можно много раз повторно воспроизводить на экране для анализа.
Запись в ЗУ производится путем подачи на осциллограф последовательности синхронизирующих импульсов, которые с помощью логической схемы распределяют на 8 входных линий ЗУ. Возможность записывать и в удобное время воспроизводить несколько последовательных сигналов позволяет проводить подробный анализ элементарных процессов, происходящих в исследуемой системе передачи или обработки информации. Если к тому же информационные входы логического индикатора связать, например, с выходами двоичного счетчика, а на вход синхронизации подать тактовые сигналы, то на экране осциллографа можно непосредственно получить изображение цифрового кодового слова, состоящего из нескольких бит. Логический индикатор (его марка РМ3540) выпускается фирмой РЫ11рэ.
Он совмещает в себе логический анализатор, описанный выше, и двухканальный электронно-лучевой индикатор с полосой частот выше 24 МГц (рис. 2.6, б). 2.4. Индикаторы логических сигналов на светодиодах В отсутствие осциллографа логические свойства цифровых схем можно исследовать с помощью индикаторов на светодиодах, Для индикации свойств цифровой схемы синхронизация должна проводиться с очень низкой частотой, ее можно осуществить даже вручную, управляя генератором тактовых импульсов. Это объясняется тем, что глаз человека не способен следить за процессами, происходящими с большой скоростью. Ручное управление (с помощью кнопочного или перекидного переключателя) предпочтительнее потому, что позволяет шаг за шагом следить за процессом цифровой обработки и обнаруживать возможные ошибки.
Индикация с помощью светодиодов, как это видно из рис. 2.8, реализуется довольно просто. Если на транзистор подать сигнал определенного уровня, в коллекторной цепи появится г г ток, который вызовет свечение светодиодов. Если напряжение на входе индикатора мало, то транзистор запирается и светодиоды гаснут. Таким образом, светящийся диод будет индикатором логического сигнала высокого уровня, а погасший— индикатором сигнала низкого уровня.
Часто бывает желательно наблюдать сразу несколько процессов преобразования сигналов. Для этого требуется несколько групп индикаторов. Как упоминалось во введении, тгхсЬай лоеинес сигнал винтен нсгс й ° 'гвнли~ Рис. 2.8. Индикатор на светодиоде. существуют ИС, содержащие по семь усилителей Дарлингтона. Это ИС 1Л Н2003 и 1111ч2004. Назначение выводов ИС н принципиальная схема усилителей Дарлингтона показаны на рис. 2.9. Интегральная схема 1Л.Х2003 обычно предназначена для совместной работы со схемами ТТЛ. Схему 1Л.Х2004 можно использовать для совместной работы с элементами ТТЛ и КМОП-логики. Каждый усилитель Дарлингтона, схема которого показана на рис. 2.9, может быть нагружен непосредственно последовательно соединенными резистором и светодиодом.
Резистор в цепи светодиода играет роль ограничителя тока, который должен быть не более 8 мА. Усилитель Дарлингтона реагирует на входные сигналы так же, как индикатор на транзисторах, т. е. когда на входе сигнал высокого уровня, светодиод светится, когда же сигнал низкого уровня, светодиод гаснет. На рис. 2.10 показана полная схема блока индикатора на ИС 1Л.112004 и семи светодиодах. На усилители Дарлингтона можно непосредственно подавать сигналы от каскадов КМОП-логики и ТТЛ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
