О компании   Автохимия  Бытовая химия  Мойка вагонов, разработки для жд  Бесконтактная мойка  Средства для Ультразвука  Дезинфицирующие средства  Вся продукция
 

Что такое электроника? Принципы работы радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...

Дата обновления

05.06.2016

Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека

Наши дополнительные сервисы и сайты:

 

e-mail:	office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:	613603564
skype:	matrixplus2012
телефон	+79173107414 +79173107418

г. Саратов

 поддержка проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку! И мы разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на e-mail

Статистика

Цифровые интегральные микросхемы

Все мы, часто не осознавая, стремимся в жизни к твердости, определенности и уверенности. Если "Да", так да, "Нет"-так нет. И в цифровой электронной технике разработчик и пользователь должны быть уверены: если устройство выдает на выходе "единицу", так это-единица, а не что-нибудь другое. Обычно 1 соответствует высокий уровень выходного напряжения, а 0-низкий. Логические уровни 1 и 0 практически не должны зависеть от того, подключаем мы на выход устройства какую-нибудь нагрузку или нет. Отсюда следует, что одним из основных "кирпичиков" цифровой электроники должен быть усилитель, твердо устанавливающий на выходе значения логических уровней. Очень часто в цифровом сигнале бывает необходимо поменять значения уровней между собой, т.е. иметь на выходе 0, если на входе 1, и наоборот. Всеми этими свойствами обладает инвертор, на схеме условно обозначаемый прямоугольником, а кружок у выходного проводника означает инвертирование сигнала. Слово "усилитель" мы не зря поставили в кавычки, ведь усиления напряжения сигнала в цифровых микросхемах не происходит. Более того, все микросхемы одной серии проектируют с одним и тем же напряжением питания и одинаковыми логическими уровнями. Но выходной ток логического элемента, например инвертора, может быть значительно больше входного. В справочниках указывается коэффициент разветвления по выходу, показывающий, сколько входов других элементов можно подсоединить к выходу данного элемента без нарушения работоспособности. Обычно он бывает около десяти.

Инвертор

Два инвертора, соединенные последовательно, точно повторяют цифровой входной сигнал. Они могут служить, например, регенератором телеграфного сигнала, искаженного помехами. Обратите внимание, насколько регенератор на логических элементах проще и надежнее электромеханического реле! Ну а что касается быстродействия, то тут и сравнивать нельзя. Если хорошее малоинерционное реле может переключаться 100, ну от силы 300 раз в секунду, то полупроводниковый инвертор способен переключаться десятки, а если он построен на особо быстродействующих микросхемах, то и сотни миллионов раз в секунду! Он способен обрабатывать сигналы с полосой до сотен мегагерц, т. е. передаваемые со скоростью сотни мегабит в секунду!

Значительно большими логическими возможностями обладает двухвходовый инвертор, или элемент 2И-НЕ. Прежде чем описывать его работу, давайте рассмотрим устройство этого элемента, выбрав один из самых распространенных-К155JIA3. Снаружи -это стандартный пластмассовый корпус с 14 выводами и с габаритными размерами 10 х 20 х 4 мм. Один вывод соединяется с общим проводом ("массой", "землей"), на другой - подается напряжение питания + 5 В. Остальные выводы-входы и выходы элементов. Всего в корпусе их четыре. Схема одного из элементов показана на рисунке. Сразу бросается в глаза необычный вид первого транзистора у него два эмиттера, соединенные с двумя входами.

Регенератор цифрового сигнала

Элемент 2И-НЕ

 Ничего удивительного, просто это-транзистор с двумя независимыми эмиттерами. Их может быть и больше. Например в элементе K155J1A2 восемь входов и соответственно восемь эмиттеров у первого транзистора. Если хотя бы на один эмиттер подан низкий потенциал (логический 0) или просто вход соединен с общим проводом, через эмиттерный переход пойдет ток, и "первый транзистор VI откроется, закрыв второй транзистор V2. При этом на базу транзистора V3 будет подан ток, проходящий через резистор коллекторной нагрузки транзистора V2. Транзистор V3 откроется. В это время V4 будет закрыт, поскольку ток базы у него отсутствует. На выходе элемента окажется высокий уровень напряжения (логическая 1). Если же на всех входах будет высокий уровень напряжения, транзистор V2 откроется, открывая и V4, a V3 будет закрыт из-за большого падения напряжения на коллекторной нагрузке транзистора V2. На выходе элемента будет низкий уровень напряжения (логический 0).

Сейчас уже редко пользуются принципиальными схемами микросхемы. Предпочитают нарисовать прямоугольник условное обозначение элемента, а рядом - таблицу его состояний в зависимости от уровней напряжений на входах. Обратите внимание на значок в левом верхнем углу. Он означает, что элемент работает именно так, как указано в таблице. Элементы, действующие в соответствии с другой таблицей состояний, обозначаются и другими значками.

Какие устройства можно выполнить на двухвходовом элементе  (2И НЕ) Великое множество. Например, выключатель сигнала.

Коммутатор цифрового сигнала на двухвходовом элементе 2И-НЕ

Пусть на один вход поступает цифровой сигнал. Если на другой вход подать логическую 1, то на выходе выделится инвертированный сигнал. А если на другой (управляющий) вход подать 0? На выходе будет 1, и цифровой сигнал через инвертор не пройдет.

Другой интересный элемент цифровой электроники-триггер. Поскольку многие слова, и это в том числе, пришли в электронику из английского языка, полистаем англо-русский словарь. Trigger-защелка, спусковой крючок. Сразу всплывают в памяти рассказы об охотниках, индейцах... Стараясь не шуметь, не наступить ненароком на сухую ветку, пробираемся по звериной тропе. Цель где-то близко. Осторожно взводим курок ружья. Слабый щелчок, и курок остался во взведенном положении. Спусковой механизм смазан и отрегулирован, теперь достаточно легкого нажима на спусковой крючок, и курок вернется в исходное положение -грянет выстрел! Итак, триггер является устройством, которое может находиться в двух устойчивых состояниях: взведен-1, спущен-0. Причем в каждом из состояний триггер может пребывать как угодно долго, и никаких внешних воздействий для поддержания этого состояния не требуется. Внешнее воздействие нужно только для переключения триггера из одного состояния в другое. Собственно, свойствами триггера обладает выключатель электрической лампы в вашей комнате. Но и в охотничьем ружье, и в выключателе триггерными свойствами наделены механические устройства с крючками, защелками и пружинами.

Триггер на транзисторах

R-S-триггер на элементах 2И-НЕ

А вот и схема простейшего триггера на двух транзисторах - без всяких пружин и механических движущихся частей. Если транзистор VI открыт, то его коллекторный ток создает большое падение напряжения на коллекторной нагрузке R1, следовательно, коллектор VI и база V2 имеют низкий потенциал. Значит, транзистор V2 закрыт, а ток через резистор R2 идет к базе транзистора VI, открывая его полностью, до насыщения. Чтобы "перебросить" триггер в другое состояние, достаточно приоткрыть транзистор V2 коротким импульсом напряжения, поданным на его базу. Появится коллекторный ток, напряжение на коллекторе V2 уменьшится, что приведет к закрыванию транзистора VI и к еще большему открыванию транзистора V2. Этот лавинообразный процесс переключит триггер в другое устойчивое состояние, когда транзистор VI закрыт, a V2 полностью открыт.

Триггер можно выполнить и на двух уже рассмотренных нами логических элементах-инверторах. Два входа соединяются крест-накрест с выходами элементов, а два других входа можно использовать как установочные. Вход 5- вход установки 1. Если этот вход соединить с общим проводом, то на выходе верхнего элемента появится уровень 1. Этот уровень, действуя на вход нижнего элемента, установит 0 на его выходе, а значит, и на втором входе верхнего элемента. Триггер "защелкнется" и будет находиться в этом состоянии до тех пор, пока на вход Л-вход "сброса"-не будет подан сигнал логического 0. Тогда триггер переключится, и на верхнем (по схеме) выходе установится низкий уровень 0, а на нижнем высокий уровень 1. Триггер с раздельными входами называют RS-триггером. Оба элемента удобно объединить в одной микросхеме, так обычно и делают. Более того, триггер оснащают еще и входной логикой, позволяющей включать его в разных режимах работы. Например, делают совместно с R- и S-входами счетный вход с. При поступлении импульса на счетный вход триггер переключается в состояние, противоположное тому, в котором он был ранее.

Пользуясь счетным входом, очень просто осуществить деление частоты поступающих импульсов на два. Вот как это делается. Входы S и R не использованы, а на счетный вход подана последовательность импульсов. Триггер переключается каждым отрицательным перепадом входного сигнала, в результате на выходе импульсы следуют вдвое реже, чем на входе.

Делитель частоты на два

Сконструирован DС- триггер -прекрасное устройство запоминания информации. На вход d подается исходный сигнал, но состояние триггера не изменится до тех пор, пока на вход с не будет подан импульс-команда записи. Тогда на выходе триггера установится такой же уровень, какой был на входе в момент записи. Это состояние не изменится, пока на вход с не будет подана новая команда. Предположим, что нам надо записать некоторое число в двоичном коде, например 01001110. Каждый разряд этого числа передается по отдельному проводу (так называемый параллельный ввод). Мы подключаем все провода к /)-входам триггеров, а все входы С соединяем вместе. На эту шину подается команда записи. Все триггеры устанавливаются в состояние, соответствующее уровням на входах d, и число записано. Оно будет храниться неограниченно долго, пока на входы с не подадут новую команду для записи другого числа.

А что делать, если информация поступает последовательно, по одному-единственному входу? Последовательно вводимую информацию тоже можно записать с помощью триггеров, только соединить их следует по-другому. Представьте шеренгу солдат, застывших в строю. Звучит команда: "По порядку номеров рассчитайсь!"-"Первый, второй, третий" и т.д. Каждый из солдат по очереди объявляет свой номер, и "точка счета" бежит вдоль строя до самого его конца.

D-триггер

Параллельный регистр

 Подобным образом действует и ряд последовательно соединенных Д-триггеров, образующих регистр сдвига. Триггеры в регистре организованы еще лучше, чем солдаты в строю. Каждый из солдат выкрикивает свой номер после того, как крикнет предыдущий, причем задержка в счете зависит от индивидуальных качеств каждого - кто-то среагировал быстро, а кто-то задумался и крикнул свой номер с опозданием. Посмотрим теперь на схему триггерного регистра сдвига. На шину записи поступает команда -тактовый импульс. Каждый триггер записывает ту информацию, которая была в предыдущем триггере. Значит, записанная информация (двоичное число) не изменилась, просто все разряды сдвинулись на один шаг вправо. В этот же момент в первый триггер (крайний слева на схеме) можно записать новый разряд числа. Таким образом, для записи упомянутого 8-разрядного двоичного числа нужно восемь триггеров. Тактовые импульсы подаются вместе с поступлением разрядов числа, и после восьмого тактового импульса триггеры устанавливаются в состояние (слева направо) 01001110. Запись закончена. Надо считать число? Подведем еще восемь тактовых импульсов, и на выходном проводе в такт с подаваемыми импульсами появляется информация. Надо вывести информацию в параллельном двоичном коде? Просто сделайте выводы от выхода каждого из триггеров.

Регистр сдвига

Десятичный счетчик

Мы уже говорили, что при интегральной технологии в одном корпусе можно разместить очень много транзисторов, объединенных в логические элементы, триггеры и другие устройства. Поэтому выпускаются уже готовые регистры сдвига на восемь, шестнадцать и более разрядов.

На триггерах легко выполняются и другие устройства цифровой техники, например счетчики импульсов. Не буду утруждать читателя детальным описанием их устройства, расскажу только о входах, выходах и работе одного из самых распространенных счетчиков -двоично-десятичного. Основу его составляют четыре счетных триггера, соединенных последовательно. Первый триггер перебрасывается каждым входным импульсом, второй - каждым вторым, третий -каждым четвертым, и т.д. Таким образом, четыре триггера могут считать до шестнадцати, а пять-до тридцати двух.

Двоичный способ счета у нас не принят, а в повсеместном ходу десятичная система. Поэтому и в десятичном счетчике возможности четырех триггеров полностью не используются, и после установки состояния 1010 на специальном выходе счетчика появляется импульс для переноса в следующий счетчик или следующую декаду. Вот условное изображение двоично-десятичного счетчика. На вход С поступают импульсы, которые нужно сосчитать. Вход R используют для сброса всех триггеров счетчика в нулевое состояние. На выходе J; 10 появляется импульс с приходом каждого десятого входного. А на выходах 1-8 в параллельном двоичном коде появляется сосчитанное число импульсов. Разработаны и более сложные счетчики. У некоторых есть входы предварительной установки, позволяющие начать счет не с нуля, а с любого наперед заданного числа. Есть реверсивные счетчики, позволяющие считать и "туда" и "обратно", т. е. как в сторону увеличения записанного числа, так и в сторону его уменьшения. Все типы счетчиков можно соединять последовательно для счета и записи многоразрядных чисел.

Рассказ о цифровой технике можно продолжать еще и еще, но, по-моему, пока на этом можно остановиться, ведь мы к ней еще не раз вернемся, главным образом в главе о вычислительной технике.

Занимательная электроника, читать далее.

Советы по содержанию и уходу за водным транспортом

На главную страницу

О компании   Автохимия  Бытовая химия  Мойка вагонов, разработки для железнодорожного транспорта и метрополитена  Бесконтактная мойка  Средства для Ультразвука и ультразвуковых ванн   Дезинфицирующие средства  Вся продукция
 

Размещение статей  Каталог автомобильной тематики Химия для мойки водного транспорта  Полезные советы по содержанию и тюнингу водного транспорта  Как научиться водить катер и получить права