11.12. Тристабильные схемы

Если еще раз возвратиться к рис. 11.7 и11.11, то нетрудно заметить, что в логических элементах ТТЛ, МДП. КМДП сигналы на клемме «выход» образуются путем подключения ее через открытый транзистор к общему проводу (0) или же к шине источника питания (1). Так как сопротивление насыщенного транзистора мало, то и в случае 0, и в случае 1 выходное сопротивление этих элементов мало. Такие схемы называют низкоимнедансными для сигнала 0 и для сигнала 1.

Благодаря низкому выходному сопротивлению обеспечивается большая нагрузочная способность: к выходу схем такого рода допускается подключение многих входов других логических схем. Однако в ряде случаев низкое выходное сопротивление как при нулевом, так и при единичном логическом сигнале на выходе препятствует соединению между собой выходов двух (или нескольких) логических схем с целью создания таким «монтажным» способом более сложных логических устройств. В арсенале базовых схем ТТЛ имеются схемы с «открытым коллектором», в которых выход логического нуля является низкоомным, а выход логической единицы - высокоомным. Если несколько выходов таких схем объединены, то для получения на этом объединенном выходе сигнала 0 достаточно, чтобы хотя бы одна из схем давала на выходе нуль.

Принципиально новую возможность обмена информацией между различными блоками и устройствами позволили получить логические схемы с дополнительным входом управления С. В случае ТТЛ выходные каскады их эквивалентны выходам схем на рис. 11.7 с той лишь разницей, что сигналом управления могут быть одновременно закрыты (т. е. переведены в состояние отсечки) оба выходных транзистора. Клемма выхода оказывается при этом как бы изолированной и от общего провода, и от источника питания.

Такие схемы называют «тристабильными», так как на их выходе могут наблюдаться три устойчивых состояния: 0; 1 и состояние отключения выхода, или R_вых = .

На рис. 11.33, а показана схема ТТЛ, которая при С=1 (т. е. когда добавочный эмиттерный переход и диод VDI закрыты) полностью эквивалентна схеме И- НЕ на рис. 11.7, а. Если же сигнал на С - логический нуль, то R_вых = , так как оба транзистора VT3 и VT4 закрыты одновременно.

Эта схема как бы объединила в себе все то, что на логической схеме выглядит так, как показано на рис. 11.33б. Элемент этого рисунка - магистральный усилитель (рис. 11.33в) может быть реализован и в отдельном исполнении.

Рис. 11.33. Тристабильная схема И-НЕ логики ТТЛ (а), ее обозначение (б) и обозначение магистрального усилителя произвольного типа (в)

Принцип действия его предельно прост: при С=1 сигнал на выходе повторяет сигнал на входе X, а при С = 0 выход изолирован от схемы, или R_вых = .

11.13. Общая шина

На определенном этапе развития цифровой электроники и электронной вычислительной техники дополнение систем обработки информации новыми блоками и устройствами порождало все возрастающее количество проводов для связи между ними. Но в начале 60-х гг. был обоснован принцип и построены первые ЭВМ, в которых дополнительные устройства требовали не введения новых линий связи, а лишь удлинения уже существующих, причем такое «удлинение» конструкторы, как правило, предусматривают заранее, устанавливая в ЭВМ «лишние» разъемы для дополнительных блоков.

Новый способ обмена информацией сильно повлиял на структуру самих ЭВМ и в значительной мере способствовал появлению микропроцессоров. Взаимный обмен информацией между многими источниками и приемниками стали осуществлять по группе одних и тех же проводов (шин), названных магистралью, или общей шиной.

Подача сигнала на любой из проводов магистрали осуществляется одинаковым образом через магистральные усилители (или тристабильные схемы). Источниками кодов для магистрали обычно являются триггерные регистры в различных блоках. Выходы триггеров каждого такого регистра выводятся на общую шину через группу магистральных усилителей с объединенными С-входами (рис. 11.34а). Сигналы управления объединенными С-входами различных блоков вырабатываются дешифратором, поэтому подключение к шине в одно и то же время более одного источника исключено. Считывание же информации может происходить и несколькими приемниками в одно и то же время.

Рис. 11.34. Обмен информацией через общую шину

Показанный на рис.11.34а дешифратор, строго говоря, не всегда существует в виде автономного устройства. Нередко он расчленен на части, находящиеся в различных блоках. Каждая такая часть дешифрирует одно значение кода на шинах В (на рис. 11.34а - В₀, B₁, B₂). Шины В разводятся таким же образом, как и остальные провода магистрали, но в их функции не входит прием информации от различных блоков. По ним во все блоки передаются коды управления, которые в самих блоках преобразуются в управляющие сигналы. Иногда такую группу шин рассматривают как отдельную общую шину управления (рис. 11.34б), так как по ней могут передаваться не только сигналы, определяющие порядок подключения кодов из блоков к общей шине, но и другие коды управления.

В середине 60-х гг. были выработаны единые принципы организации обмена информацией между различными электронными устройствами и ЭВМ, которые после уточнения и дополнения в 1969 и 1972 гг. получили всеобщее распространение и известны под названием стандарта КАМАК (от англ. Computer Application Measurements and Control).

Важное место в нем отводится магистрали, обеспечивающей двухстороннюю передачу данных между различными электронными модулями, помещенными в единый блок - крейт (от англ. crate). Благодаря стандартизации конструктивных и электрических параметров любой модуль, выполненный в стандарте КАМАК, будучи установленным в любой разъем крейта, оказывается подключенным к магистрали и готовым к обмену информацией с другими модулями крейта. Управление этим обменом осуществляет устройство управления - контроллер крейта. Через него же происходит обмен информацией с ЭВМ и контроллерами других крейтов.

Система КАМАК получила широкое распространение в технике физического эксперимента. Она предоставляет пользователю возможность быстро -приспосабливать и оперативно видоизменять структуру сложного электронного обеспечения конкретного эксперимента, возложить на ЭВМ функции сбора и обработки экспериментальных данных, контроля параметров, автоматической подстройки и т. п., иными словами, осуществить комплексную автоматизацию процесса измерения и обработки на базе ЭВМ.