Подключение контактов ко входам кмоп

а)

б)

Рисунок 19 - Схемы подключения контактов к входам КМОП

Категорически запрещается в КМОП (КМДП) оставлять свободными (ни к чему неподключенными) входы элементов (даже неиспользуемых). К ним можно подключать цепи +Uпит или 0 В. Это будет соответствовать подаче на них сигналов логической единицы или логического нуля соответственно. Следовательно, здесь возможны два способа подключения контактов к входам КМОП: схема на рисунке 19а соответствует подаче сигнала логической единицы при разомкнутом контакте и схема (рисунок 19б), соответствующая подаче сигнала логического нуля при разомкнутом контакте

Цепи установки в начальное состояние

Для корректной работы устройства необходимо реализовать сброс всех счетчиков и триггеров при включении питания, поскольку их состояние в этот момент не определено. Для этой цели можно использовать R-C цепочку (см. рисунок 20) или другие схемы задержки появления сигнала при подаче напряжения питания.

Рисунок 20

В момент подачи питания конденсатор разряжен, а в дальнейшем его напряжение и, следовательно, сигнал «сброс» увеличивается от 0 до уровня +U_пит. Исходя из этого в момент подачи напряжения питания на выходе «сброс» существует короткий нулевой сигнал, длительности которого хватает для сброса всех счетчиков и триггеров. Постоянная времени заряда конденсатора обычно выбирается больше чем период пульсаций напряжения источника питания. (около 0,01с).

О днако, при медленном нарастании сигнала «сброс» могут возникнуть «гонки». «Гонки» - кратковременные нестабильные состояния схемы, возникающие из за разных времен прохождения сигнала по разным ветвям схемы. В этом же случае «гонки» могут возникнуть из за разных уровней срабатывания разных элементов, подключенных к заряжающемуся конденсатору. Радикальным средством исключения «гонок» в таком случае является установка порогового элемента (компаратора, триггера Шмидта) (см. рисунок 21), преобразующего медленно изменяющийся сигнал заряда конденсатора в сигнал с крутым фронтом.

Рисунок 21

Защита от дребезга контактов

При замыкании механических контактов, после касания подвижного контакта с неподвижным, в силу упругих свойств, подвижный контакт начинает вибрировать около неподвижного на протяжении 1 – 10 мс со звуковой частотой около 1 кГц (контакты «звенят»). В релейно–контакторных схемах этот дребезг не оказывает существенного влияния на работу реле, так как время срабатывания реле больше времени дребезга. В быстродействующих логических схемах логика успевает сработать. В счетных схемах такое замыкание контакта приводит к появлению «пачки» из нескольких десятков импульсов. Чтобы логика не реагировала на эти лишние импульсы, используются схемы защиты от дребезга.

1. Схема на основе разных времен заряда и разряда емкости.

В исходном состоянии,(см. рисунок 22) при разомкнутом контакте SB конденсатор заряжен до напряжения питания. При срабатывании SB во время первого замыкания при дребезге конденсатор мгновенно разряжается через замкнутый контакт, и выход соответствует уровню логического нуля. В дальнейшем, при дребезге, во время кратковременного размыкания конденсатор через резистор не успевает зарядиться до напряжения, соответствующего уровню логической единицы, поэтому выходной сигнал продолжает находиться на уровне логического нуля. Временные диаграммы состояния контакта и напряжения на конденсаторе приведены на рисунке 23.

Рисунок 23

Постоянная времени заряда RC должна быть примерно равной периоду импульсов дребезга, то есть около 0,001 с. В схемах с ТТЛ номинал резистора должен быть не более 10 кОм. (При увеличении R сказывается шунтирующее действие внутреннего входного сопротивления логического элемента). В схемах с КМОП логикой номинал резистора может составлять до 10 мОм. КМОП логика позволяет, кроме того, коммутировать не 0В, а и +U_пит При этом необходимо помнить, что конденсатор всегда подключен параллельно контакту.

Недостатком рассмотренной выше схемы является пологий фронт выходного сигнала при размыкании контакта и как следствие возможность «гонок».

2. . При наличии перекидного контакта возможно п рименение схемы защиты от дребезга на основе RS триггера. Такая схема не имеет вышеуказанного недостатка и приведена на рисунке 24.

При первом же касании перекидным контактом нижнего по схеме неподвижного контакта на R вход триггера подается сигнал логического нуля. Это приводит к опрокидыванию триггера в ноль и дальнейший дребезг контакта около нижнего неподвижного контакта не изменяет состояния триггера, так как для установки его обратно в единичное состояние необходима подача нуля на S вход. А это произойдет когда контакт вернется в свое исходное верхнее по схеме положение при первом замыкании с верхним неподвижным контактом

1.8 Формирование выходного сигнала С(2.2.6).

В большинстве заданий по курсовому проекту выходной сигнал С появляется в момент появления (или исчезновения) сигнала В, а исчезает, когда число появлений сигнала А сравняется с каким либо числом. Раз в задании указано условие появления сигнала С (передний или задний фронт сигнала В), и это условие – кратковременное, то для существования выхода С рекомендуется использовать триггер, устанавливающийся в единичное состояние по указанному в задании фронту. Отключаться же триггер должен по выходному сигналу счетчика, считающего появления сигнала А. Функциональная схема формирователя сигнала С, с учетом сказанного, примет вид, изображенный на рисунке 25.

Рисунок 25

При подаче напряжения питания на схему, формируется сигнал « » (см. рисунок 21) и триггер, а следовательно и сигнал С обнуляются. Нулевой сигнал С поступая на инверсный R вход счетчика сигналов А запрещает счетчику СТ считать импульсы А. Это происходит до тех пор, пока не придет передний фронт сигнала В. Триггер устанавливается в единичное состояние, формируя выходной сигнал С, который в свою очередь, снимает запрет работы счетчика СТ. Счетчик начинает считать импульсы сигнала А, и когда их количество совпадет с числом n (указанном в задании), счетчик через элемент ИЛИ сбрасывает триггер. Сигнал С – обнуляется. Схема готова к очередному приходу переднего фронта сигнала В.

Для реализации схемы, формирующей сигнал С необходимо подобрать счетчик, с коэффициентом пересчета равном n, или создать его из двоичного счетчика, установив на выходе логику, срабатывающую при выходном коде равном n.

Построение триггера, срабатывающего по фронту входного сигнала, возможно двумя способами: использованием тактируемого D триггера или установкой формирователя короткого импульса на S входе RS триггера.

1.8.1 Использование тактируемого D триггера для построения триггера, срабатывающего по фронту входного сигнала, представлено на рисунке 26.

Рисунок 26

При поступлении переднего фронта (перепада из 0 в 1) сигнала В на тактируемый вход С триггера, изображенного на рисунке 26, триггер устанавливается в то состояние, которое соответствует сигналу на его D входе, то есть в единичное состояние. Следовательно, такая работа полностью соответствует работе триггера, изображенного на рисунке 25. Для включения рассматриваемого триггера по заднему фронту сигнала В достаточно поставить инвертор на входе С.

1.8.2 Для формирования коротких импульсов используются интегрирующие цепи или элементы задержки. Схема формирователя коротких импульсов на элементах логики с использованием интегрирующей RC цепи представлена на рисунке 27. Временные диаграммы в различных точках схемы, поясняющих работу, приведены на рисунке 28.

Рисунок 27

Рисунок 28

Длительность импульса равна времени разряда конденсатора до порогового значения напряжения :

,

и примерно составляет 0,3 RC. Номинал резистора в схемах ТТЛ должен быть не более 240 Ом. В КМОП логике ограничений на предельные значения резисторов не устанавливают.

Подавать очередной передний фронт на вход формирователя можно лишь после полной зарядки конденсатора, то есть через период времени равный . Для уменьшения данного интервала следует уменьшить постоянную времени заряда конденсатора. Этого добиваются введением в схему диода, шунтирующего резистор в период заряда конденсатора.

На рисунке 29 представлена схема формирователя коротких импульсов с применением лини задержки, в качестве которой использована собственная задержка логических элементов включённых последовательно; временные диаграммы представлены на рисунке 30.

Рисунок 29 Рисунок 30

Длительность полученного импульса в вышеприведенных схемах сильно зависит от температуры и напряжения питания логического элемента. В допустимом диапазоне температур и напряжений длительность может изменяться на ~30%.

1.8.3 Если требования к точности выше, следует использовать специально выпускаемые схемы формирователей импульсов (ждущих мультивибраторов), например, микросхемы ТТЛ: К155АГ1 (74121), К155АГ3, К555АГ3, К155АГ4 (74LS221); КМОП: К564ГГ1, К564АГ1 (CD4098B), CD4047, CD54HC221, и подобные; их точность не хуже .

Если требования к длительности импульса ещё более жёсткие, используются высокочастотные генераторы с кварцевыми резонаторами и счётчиками импульсов. Точность генератора с кварцем составляет более чем секунды.