2.6 Выходные буферные схемы
Существуют два типа схем буферных устройств, широко используемых в микро-ЭВМ. Это схемы со свободным коллектором и схемы с тремя состояниями (тристабильные схемы).
Схемы со свободным (открытым) коллектором
Схемы со свободным коллектором широко используются в микро-ЭВМ. Двухвходовая TTL-схема со свободным коллектором, выполняющая операцию И-НЕ, показана на рис. 2.33. Можно увидеть, что в схеме со свободным коллектором отсутствуют элементы, включенные в коллекторную цепь стандартной TTL-схемы И-НЕ. Если выходы двух стандартныхTTL-схем соединены вместе и один из них имеет низкий, а Другой — высокий потенциал, то цепь от источника Екк земле проходит через выходной транзистор с низким потенциалом. В результате появляется избыточный ток (30—40 мА), протекающий в этом транзисторе. Величина тока такова, что приводит к превышению номинального значения потребляемой мощности. Следовательно, объединение выходов двух или более стандартных схем И-НЕ недопустимо.
Рис. 2.33. Схема TTLсо свободным коллектором, реализующая операцию И-НЕ
TTL-схемы со свободным коллектором обычно работают с использованием согласующего резистора (2 кОм), включаемого между коллектором выходного транзистора и Ек. Схема работает как обычная схема И-НЕ. Если два или более выхода таких схем Уединены параллельно, то достаточно одного согласующего резистора 2 кОм, т. е. коллекторы всех схем, соединенные вместе, подключаются к Екчерез этот резистор, и нежелательных последствий для схем нет. Для двух схем И-НЕ, соединенных вместе, их общий вывод
где A,B,C, иD– соответственно входы каждой из двух схем И-НЕ. Условное обозначение этого узла показано на рис. 2.34. Эта схема обычно называется монтажным либо точечным ИЛИ.
Рис 2.34. Условное обозначение схемы «Монтажное ИЛИ»
Тристабильные схемы
Тристабильная схема отличается тем, что ее выход может иметь три различных состояния. С TTL– схемами она может работать как обычная схема, имеющая относительно низкие выходные сопротивления в состояниях логический 0 и логическая 1, когда на управляющий вход схемы подан высокий потенциал. Треть состояние, характеризующиеся очень высоким выходным сопротивлением, имеет место при подаче на управляющий вход низкого потенциала. Типичная тристабильная схемаTTLпоказана на рис. 2.35. Когда управляющий вход имеет низкий потенциал (заземлен), управляющий ток уходит из Т1иТ2, что вызывает появление третьего состояния. Если управляющий вход имеет высокий потенциал, то схема работает как обычный инвертор. Таблица истинности 2.12 иллюстрирует работу этой схемы.
Таблица 2.12. Таблица истинности для тристабильного инвертора.
|
Данные |
Управление |
Выход |
|
0 |
0 |
Высокий Z |
|
1 |
0 |
Высокий Z |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
(а)
(б)
Рис. 2.35. Тристабильная схема (а) и ее условное обозначение (б).
2.7 Счетчики
Счетчик – это последовательностная схема, которая производит подсчет импульсов, поступающих на его вход и фиксация его в определенном коде.
Классификация цифровых счетчиков может быть проведена по следующим признакам:
способ записи информации в счетчик;
способ организации сигналов переноса;
направления счета;
модуль счета.
По первому признаку все счетчики разделяются на синхронные и асинхронные.
В синхронных подсчет импульсов осуществляется только при наличии сигналов синхронизации, в асинхронных счет производится при их отсутствии.
По второму признаку счетчики подразделяются на:
счетчики с последовательным переносом;
счетчики с параллельным (ускоренным) переносом.
По третьему признаку счетчики подразделяются на:
суммирующие, показание которых увеличиваются на единицу с приходом очередного входного импульса;
вычитающие, показание которых уменьшается с приходом очередного импульса;
реверсивные, направление в которых зависит от управляющих сигналов.
По последнему классификационному признаку счетчики делятся на:
двоичные, модуль счета которых равен степени числа 2;
не двоичные, модуль счета которых не являются степенью числа 2 (например: десятичные).
Кольцевые счетчики импульсов – цифровые счетчики, образованные сдвигающими регистрами, замкнутых в кольцо. В таких счетчиках выход последнего разряда регистра соединен с информационным входом младшего разряда регистра. Коэффициент деления такого счетчика равен разрядности регистра, замкнутого в кольцо или больше его на единицу.
Пример счетчика
Микросхема ИЕ2 (рис. 2.36.) состоит из четырех триггеров, внутренне соединенных для деления на 2 и 5. Установочные входы осуществляют запрет счета по счетным входам и возвращение всех выходов в состояние низкого уровня или отсчет двоично-десятичного числа 9. Так как выход Q1 внутренне не соединен с последующими триггерами, то можно осуществить три независимых режима работы.
Использование ИС как двоично-десятичного счетчика. В этом случае вход С2 должен быть внешне соединен с выходом Q1. На вход С1 поступают счетные импульсы и счетная последовательность реализуется соответствии с таблицей истинности, приведенной в табл. 2.13, 2.14.
Деление выходного импульса на 10 со скважностью 2. При этом выход Q4 должен быть внешне соединен с входом С1, а входные счетные импульсы подаются на вход С2. Требуемый сигнал снимается с выхода Q1.
Деление на 2 и 5. В этом случае не требуется внешних соединений. Триггер А используется как двоичный элемент для деления на 2, вход С2 — для деления на 5. Оба счетчика работают независимо.
Таблица 2.13.
|
Счет |
Выходы |
Счет |
| ||||||
|
|
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
Q4 |
Q3 |
Q2 |
|
|
о |
0 |
о |
0 |
о |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
О |
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
о |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
о |
о |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Таблица 2.14.
|
Входы установки |
Выходы | ||||||
|
R0(1) |
R0 (2) |
R9 (1) |
R9 (2) |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
|
1 |
1 |
0 |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
X |
X |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
X |
0 |
X |
0 |
Счет | |||
|
0 |
X |
0 |
X |
Счет | |||
|
0 |
X |
X |
0 |
Счет | |||
|
X |
0 |
0 |
X |
Счет | |||
Рис. 2.36. Логическая структура микросхемы ИЕ2
Логическая структура и временная диаграмма работы схемы ИЕ7 приведены на рис. 2.37. и 2.38.
Основной особенностью является их построение по синхронному принципу, при котором все триггеры переключаются одновременно от одного счетного импульса. Счетный разряд построен на основе типового триггера JK. Направление счета определяется тем, на какой из счетных входов (вывод 3 или 4) подается импульс. В это время на другом счетном входе поддерживается высокий уровень напряжения. Наличие информационных входов (выводы 1, 9, 10, 15) и входа предварительной записи (вывод 11) позволяют осуществлять предварительную запись в счетчик (переустановку) необходимого числа (в пределах емкости счетчика) подачей соответственных данных на информационные входы и положительного импульса на вход предварительной записи, следующего с некоторой задержкой относительно информационных сигналов (не менее 20 нс). Выходные сигналы будут изменятся в соответствии с сигналами на информационных входах.
Вход установки 0 (вывод 14) предназначен для установки счетчика в код 0000, когда на этот вход подается высокий уровень напряжения. Работа счетчика по входу установки 0 осуществляется независимо от состояний счетных входов и входов предварительной записи. Для построения счетчика с большой разрядностью используются выходы прямого и обратного переноса (выводы 12 и 13). С прямого переноса импульсы передаются на вход прямого счета следующего каскада. Аналогично, импульсы обратного переноса подаются на вход обратного счета следующего каскада. Выходы предварительной записи и установки 0 каждой ИС при каскадном включении объединяются в отдельные шины.
Рис. 2.37. Временная диаграмма работы микросхемы ИЕ7
Рис. 2.38. Логическая структура микросхемы ИЕ7