1.4. Формирователь импульсов на одновибраторе

Схема формирователя с длительностью импульсов, не зависящей от длительности входного импульса, реализуется на одновибраторе (рис. 6).

До прихода управляющего импульса на выходе А  лог. 1, следовательно, при изначально разряженном конденсаторе  на выходе Y лог.1. Передним фронтом элемента ИЛИ-НЕ сбрасывается в лог. 0, а на выходе Y  лог. 1 (высокое положительное напряжение). За счет обратной связи через резистор R с выхода Y конденсатор С начинает заряжаться так, что на его верхней обкладке +. Диод VD в настоящий момент закрыт, т.к. на n-область подан +.

В момент времени 2 происходит срез управляющего импульса (Х = лог. 0), но за счет лог. 1, поступающей с выхода Y, в точке А  лог. 0. Следовательно, на входе D2  два лог. 0, а на выходе  лог. 1.

Через время t_и = 0,7 = 0,7RC (момент 3) напряжение U_с на конденсаторе достигает напряжение переключения элемента ИЛИ-НЕ из лог. 0 в лог. 1, так что на входе D2  лог. 0 и лог. 1, а на выходе  лог. 0 (низкое напряжение).

а) б)

Рис. 6. Формирователь импульсов на одновибраторе

Разрядка конденсатора С от положительной пластины происходит через открытый диод VD (на p  +) с малым дифференциальным сопротивлением r_диф. Поэтому конденсатор быстро разряжается до момента времени 4.

Поскольку зарядка конденсатора идет через большое сопротивление R, вследствие этого времена зарядки и разрядки различны.

В серии ЛЭ КМОП сопротивление R достигает 10 Мом, поэтому время импульсов достигает десятков секунд.

Заметим, что срез входного импульса не влияет на происходящие процессы.

В состав серии К155 (ТТЛ) входит микросхема 155АГ3, в одном корпусе которой находятся два отдельных одновибратора (рис. 7). Каждый одновибратор имеет три управляющих входа (С - по фронту, - по срезу, - инверсный), прямой (Q) и инверсный ( ) выходы и выводы С и RC для подключения внешних времязадающих цепей.

Как показано на временной диаграмме, одновибратор может запускаться как положительным (на вход С), так и отрицательным перепадами входного напряжения (импульсами).

Работу схемы рекомендуется проанализировать самостоятельно.

Длительность выходного импульса зависит от параметров времязадающей цепи и примерно равно t_и = 0,7 = 0,7RC. При С < 1000 пФ (рис. 6, а) величина R > 5 кОм. При С > 1000 пФ (рис. 6, б) величина R > 30 кОм и требуется включение диода во времяформирующую цепь. Приоритетный вход требуется для сброса схемы в произвольный момента времени (прекращение выходного импульса).

Рис. 7. Одновибратор на микросхеме К155АГ3

1.5. Дребезг контактов и формирователи импульсов с запуском от механических переключателей

В цифровых устройствах на микросхемах большую роль играют различные формирователи импульсов  от кнопок и переключателей, из сигналов с пологими фронтами, дифференцирующие цепи, а также мультивибраторы.

Непосредственная подача сигналов от механических контактов на входы интегральных микросхем допустима не всегда из-за так называемого дребезга контактов  многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в момент их переключения. Дребезг, т.е. многократный переход от замкнутого состояния к разомкнутому, длится обычно 8-12 мс. В результате вместо одиночного импульса на входе цифрового устройства может появиться пачка коротких импульсов (рис. 8).

а) б)

Рис. 8. Импульсы с дребезгом на контактах кнопки

Если входы, на которые подается сигналы, нечувствительны к дребезгу, например, входы установки и сброса триггеров и счетчиков, то непосредственная подача сигналов допустима. Подача сигналов на счетные вводы требует специальных мер по подавлению дребезга, т.к. без них возможно многократное срабатывание триггеров и счетчиков.

Для устранения дребезга после контакта устанавливаются специальные формирователи.

Рассмотрим работу бездребезгового ключа, применяемого в лабораторной работе.

Бездребезговый ключ SB1 создан на основе триггера (на элементах И-НЕ ) с инверсными информационными входами (рис. 9). Для данного триггера характерна таблица истинности 1.

Таблица 1

Таблица переходов асинхронного триггера с инверсными информационными входами

		Qt		Пояснение
0	1	1	0	Запись единицы
1	0	0	1	Запись нуля
1	1	Qt-		Схема не меняет состояния
0	0	Х	Х	Х  запрещенный случай

Допустим, что в момент t = 0 кнопка SB1 нажата: = 1, = 0, на выходе ключа Х1 − Q = 0. При отпускании кнопки в момент времени 1 имеем: = 0, = 1 и на выходе ключа асинхронно устанавливается Q = 1 (имеем фронт положительного испульса, продолжающегося до тех пор, пока не будет нажата кнопка). За счет первого импульса дребезга вблизи контакта , в момент 2 происходит установка = 1 (пассивный импульс), но остается = 1 (схема не меняет состояние).

Рис. 9. Строение бездребезгового ключа на -триггере (а) и его временные диаграммы (б)

На срезе импульса дребезга в момент времени 3 снова происходит установка = 0 (активный импульс), но остается = 1, и на выходе ничего не изменяется, т.к. ранее уже стало Q = 1.

В момент времени 4 проиходит случайный дребезг вблизи контакта , так что = 1 (пассивный импульс), но остается = 1 (схема не меняет состояние).

В момент времени 5 происходит новое нажатие кнопки SB1: устанавливается = 1; = 0− на выходе ключа Х1 − Q = 0 (светодиод VD1 – не светится). Первый дребезг на входе в момент времени 6 приводит к тому, что = 1, = 1, но схема не меняет состояние.

Влияние дальнейших импульсов дребезга рекомендуется проанализировать самостоятельно.

В итоге, в промежутке времени от 1(кнопка не нажата) до 5 (кнопка нажата) сформирован положительный импульс на выходе Q.

Фактически при отпускании кнопки SB1 на выходе Q формируется фронт импульса положительной полярности, а при нажатии кнопки – срез положительного импульса.

Заметим, что данная кнопка SB1 имеет контакты на переключение.

Если кнопка SB1не имеет контактов на переключение, а работает только на замыкание или размыкание, то приходится использовать D-триггер с динамическим управлением (рис. 9). При этом на С-вход подаются тактовые импульсы ТИ с периодом следования не менее 15 мс. Как видно из диаграмм (рис. 9, б) преимуществом этого способа является временная привязка момента появления выходного сигнала по тактовым импульсам.

Например, в момент времени t = 0 кнопка нажата: D = 0, С = 0, а на выходе ранее было Q = 0.

Рис. 10. Подавление дребезга с помощью D-триггера

Начало отжатия кнопки в момент 2, сопровождаемое дребезгом, не приводит к переключению, т.к. С = 0. В момент 4 поступают одновременно импульсы С = 1 (фронт) один из импульсов дребезга D = 1, так что на выходе устанавливается Q = 1. Заметим, что при дальнейшем дребезге контакта SB1 (момент 5) ничего не происходит, т.к. C = 0.

Нажатие кнопки в момент 7 сопровождается дребезгом до момента 8, после которого D = 0, но только в момент прихода С = 1 произойдет переключение D-триггера: Q = 0.

Сопротивление резисторов в рассмотренных схемах на триггерах ТТЛ серий составляет 1-2 кОм, КМОП-серий – 100-300 кОм [cм. Ямпольский, Бирюков].