Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 104
Текст из файла (страница 104)
(В обозначениях, принятых в справочных данных, обе величины г иг меньше, чем значения рьх рнх и г „; см. также раздел 3.7.3.) Зто означает, что в случае, когда выходы двух устройств с тремя состояниями подюпочены к одной и той же линии коллективного пользования и мы одновременно переводим в третье состояние одно из устройств и выводим из этого состояния другое устройство, первое устройство отключается от линии коллективного пользования прежде, чем будет подключено второе. Это важный момент. Действительно, если бы оба устройства одновременно были открыты и попытались установить на линии противоположные значения выходных сигналов (О и 1), то в системе потек бы чрезмерно большой ток, создавая помехи (см. раздел 3.7. 7).
Когда такал ситуация возникает, ее часто называют борьбой (7)й)т! гид). 5.6. Устройства с тремя состояниями 451 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «НЕОПРЕДЕЛЕННЫИ» Фактический уровень напряжения плаваннцего сигнала зависит от конкретных значений сопротивления и емкости нагрузки и может изменяться со временем. Кроме того, реакция других схем на такой уровень сигнала зависит от входных характеристик зтнх схем, так что лучше не приписывать плавающему сигналу никакого другого значения, кроме «неопределенного» Иногда, для того чтобы напряжение на плавающем выходе было приближено к напряжению высокого уровня и интерпретировалось как логическая 1, линию коллективного пользования, имеющую источники с тремя состояниями, соединяют резистором с шиной питания.
Это особенно важно для линий коллективного пользования, управляющих КМОП-устройствами, которые могут потреблять от источника питания слишком большой ток, когда напряжение иа их входах находится посредине между логическим О и логической! . К сожалению, из-за задержек в схеме управления н асимметрии временных характеристик трудно обеспечить «одиовременное» изменение сигналов на входах разрешения различных устройств с тремя состояниями. Но даже если это оказалось бы возможным, мы столкнулись бы с той же проблемой в случае подключения к линии коллективного пользования устройств с тремя соспаннями нз логических семейств с различным быстродействием [нли даже микросхем одной серии, изготовленных в разные дни).
Время включения [г „или г „) «быстрого» рв. ран устройства может быть меньше, чем время выключения (г „и г „) «медленного» рнХ устройства, и выходы могут по-прежнему участвовать в борьбе. ЗЗВС[20) Г 0 1 2 ем! ЕЫ2 ь, Е!ЧЗ ! ЗВАТА и) шах[ Рис. 5.55. Временные диаграммы сигналов для линии коллективного пользования, изображенной на рис 5 54 Единственный реально безопасный способ применения устройств с тремя состояниями заключается в применении такой логики управления, которая гарантирует меравое время [г[еаа пте) на линии коллективного пользования, в течение которого все устройства находятся в третьем состоянии.
Мертвое время должно быть достаточно большим по сравнению с различием между временами выключения и включения устройств в худзпем случае и по сравнению с наибольшей 462 Глава 6. Практическая разработка схем комбинационной логики разницей во времени прихода сигналов, управляющих третьим состоянием. На рис. 5.55 приведены временные диа)раммы, иллюстрирующие такой режим работы линии коллективного пользования, изображенной на рис. 5.54.
Зги временные диаграммы показывают также принятое обозначение сигналов в схемах с тремя состояниями: когда устройство находится в состоянии Н(-Е, сигнал на его выходе изображается «неопределенным» уровнем посредине между О и 1. 5.6.2. Стандартные буферы с тремя состояниями в виде ИС малой и средней степени интеграции Подобно логическим вентилям, в одной ИС малой степени интеграции могут быть размещены несколько независимых буферов с тремя состояниями. Например, на рис.
5.56 показана цоколевка микросхем 74х725 и 74х726, каждая из которых содержит в корпусе с 14 выводами по четыре независимых неинвертирующих буфера с тремя состояниями. Входы управления третьим состоянием у микросхем '125 имеют низкий активный уровень сигнала, а у микросхем '126- высокий активный уровеньсигнала. (1) (2) (3) 742126 (4) (3) (3) (13) (1Ц (11) (1) (г) (3) 74х126 (4 (3) (3) (1З) (12) (1!) (13) (9) (3) (и) (3) (3) Рис. 6.56. Цоколевка микросхем 742125 и 74х126, содержащих буферы с тре- мя состояниями В болыпинстве случаев число линий в шине коллективного пользования больше единицы, что позволяет передавать по шине несколько битов данных.
Например, в 8-разрядной микропроцессорной системе шина данных состоит нз восьми сигнальных линий, и периферийные устройства обычно выдаст данные на шину в видевосьмибитоводновременно. Следовательно, периферийноеустройство позволяет восьми буферам с тремя состояниями одновременно выдавать сигналы на шину. В этом случае нет необходимости иметь независимые входы разрешения, как это предусмотрено в микросхемах '125 и '126. Поэтому для уменьшения размера корпуса при использовании многоразрядных шин обычно применяют СИС, содержащие много буферов с тремя состояниями и общим входом разрешения.
На рнс. 5.57, например, показаны принципиальная схема и условное обозначение ИС 74х547, содержащей восемь отдельных неинвертируюших буферов с тремя состояниями. Чтобы разрешить устройству выдавать свои сигналы на шину, сигналы 61 (. и 02 ( на обоих входах разрешения должны иметь активный уровень. Небольшие прямоугольные символы внутри условного обозначения буферов указывают на наличие у входных характеристик гисшерезиса (флвгехи), повышающего помехоустойчивость (см раздел 3.7.2).
типичное значение ширины петли гистерезиса у микросхемы 74х541 составляет 0.4 вольта В.В.Устройства с тремя состояниями 453 74хв41 еп ь 62 1 А1 АЗ А4 У4 бз) Аа Уб А7 (в) АВ Рис. 5.57. ИС 74х541, содержащая восемь буферов с тремя состояниями (а) принципиальная схема н цоколевка для стандартного корпуса О(Р с 20 выводамн, ((з) традиционное условное обозначение На рис. 5.58 приведен фрагмент микропроцессорной системы с 8-разрядной шиной данных ОВ (Π— 7), где в качестве входных портов применены ИС 74х541. Микропроцессор выбирает входной порт 1 путем выдачи единичного сигнала 1ЙЗЕ(.1 и устанавливает режим чтения, вырабатывая единичный сягнал ЙЕАО.
Выбранная ИС 74х541 передает на микропроцессорную шину данных поступазощие от пользователя данные. Выдача других единичных сигналов йчВЕ~ совместно с единичным сигналом ВЕАО позволяет выбират ь другие входные порты. В продаже имеется много других ИС, содержащих по 8 буферов с гремя состояниями. Примером может слуяапь ИС 74х540, идентичная ИС 74х541, за исключением того, что буферы в ней — инвертируюшие. Микросхемы 74х240 и 74х241 подобны схемам '540 и '541, за исключением того, что они разбиты ка две 4-разрядные группы, у каждой из которых своя, общая для четырех бучеров линия разрешения.
Шинный приемопередатчик (Ьиз Ггалзсепег) между каждой парой выводов содержит два буфера с тремя состояниями, включенные в противопбложных направлениях, так что данные могут передаваться в любую сторону. Например, на рис. 5.59 приведена принципиальная схема и условное обозначение ИС 74х245, содержыцей восемь приемопередатчиков стремя состояниями. Сигюлом на вхо- 454 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики Ммрспвсссссср 74ха41 рис.
5.55. Использование микросхем 74х541 в качестве входных портов микропроцессора де 0!й определяется направление передачи: от шины А к к шине В (когда О!й = 1) нли в обратном направлении (когда 0)й = 0). Буфер с тремя состояниями передает данные в выбранном направлении только при условии, что сигнал О ~- имеет активный уровень. Шинный приемопередатчик обычно включается между двумя двунаправленными шинами (Ьпбгесйопа! Ьпзез), как изображено на рис. 5.60. Из табл.
5.27 следует, что возможны трн различных режима работы в зависимости ет значений сигнапов 6 ~ и О!й. Как правило, заботой разработчика является обеспечение того, чтобы ни иа одну нз шин одновременно не поступали сигналы от двух устройств. Правда, в случае, когда приемопередатчик заблокирован, чему соответствует последняя строка таблицы, возможна одновременная независимая передача данных по обеим шинам. 5.6.Устройствас тремяеоотоюнииеи 455 гм вз толка Вт (а) Рис. 5.59. ИС 74х245, содержащая восемь двунаправленных буферов с тремя состояниями (а) принципиальная схема, (Ь) традиционное условное обозначение Табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
