Схемота / Цифровая_схемотехника_конспект_Неделя_14

Неделя 14

14.1Аналоговые коммутаторы и мультиплексоры

Впрактической электронике очень часто цифровые блоки соседствуют с аналоговыми и должны ими управлять. Один из способов управления аналого-

выми сигналами это их мультиплексирование (выбор одного из нескольких по примеру выбора программы на телевизоре) либо коммутация – простое включе-

ние и выключение.

Аналоговый коммутатор служит для переключения непрерывно изменяю-

щихся аналоговых сигналов. Если коммутатор находится в состоянии "вклю-

чено", его выходное напряжение должно по возможности точно равняться вход-

ному; если же коммутатор находится в состоянии "выключено", выходное напря-

жение должно быть как можно ближе к нулю или, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного.

Как правило в качестве ключа, через который проходит аналоговый сигнал используют полевой транзистор с изолированным затвором (МОП-транзистор).

Его можно переводить в открытое состояние, подавая управляющее напряжение большее порогового и больше, чем максимальное входное положительное анало-

говое напряжение. Схема ключа на МОП-транзисторе приведена на рисунке.

UУПР

UУПР

Рисунок 108 – Аналоговые коммутаторы на МОП транзисторах

В левой части рисунка ключом является n-канальный МОП-транзистор.

При нулевом управляющем напряжении он закрыт. В этом состоянии сопротив-

ление канала, как правило, достигает единиц или даже десятков ГОм, и сигнал не

проходит через ключ. Подача на затвор относительно истока значительного поло-

жительного напряжения приводит канал в проводящее состояние с типичным со-

противлением от 20 до 200 Ом для транзисторов, используемых в качестве анало-

говых ключей. При этом сопротивление транзистора в открытом состоянии зави-

сит от уровня аналогового сигнала и для снижения этого влияния параллельно n-

канальному транзистору ставят p-канальный, у которого эта зависимость в данной схеме включения будет иметь обратный характер (схема на рисунке справа).

На рисунке приведен пример аналогового коммутатора – микросхемы К590КН5 и КР590КН5. Ключи замкнуты при низком уровне входного управляю-

щего напряжения

Рисунок 109 – Аналоговый коммутатор К590КН5

Для выбора одного из нескольких источников аналоговых сигналов исполь-

зуют аналоговые мультиплексоры. В этом случае управляющий цифровой сигнал задается в виде двоичного числа, которое с помощью цифрового дешифратора преобразуется в позиционный код непосредственно управляющий включением конкретного ключевого транзистора.

На рисунке приведен пример аналогового мультиплексора – микросхемы К590КН6 и КР590КН6.

Рисунок 110 – Аналоговый мультиплексор К590КН6, функциональная схема и внутренняя структура

14.2 Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ)

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) как правило используются в микропроцессорной технике для хранения программ и данных, но в обычных цифровых электронных устройствах им можно найти применение. ПЗУ относятся к комбинационным цифровым устройствам. Поставляются ПЗУ «чистыми», ис-

ходно содержащими как правило все единицы. Данные в ПЗУ должны быть запи-

саны с помощью специальных программаторов, при этом ПЗУ сохраняют инфор-

мацию при отключенном питании.

ПЗУ по принципу работы являются преобразователями n-разрядного кода адреса ячейки А в m-разрядный код хранящегося в ней слова D. Данные считыва-

ются при подаче разрешающего уровня (лог. 0) на вход CS (chip select).

Dn

Am

CS

Рисунок 111 – Условное графическое обозначение ПЗУ

ППЗУ можно рассматривать как устройство с табличным заданием любых функций от переменных, подаваемых на адресные входы. Это могут быть логиче-

ские функции, арифметические и элементарные функции, а также функции про-

извольного вида, допускающие табличное задание. Наиболее целесообразно на базе таких ППЗУ реализовывать преобразователи кодов различного назначения.

Например, существуют дешифраторы для вывода цифр на семисегментные инди-

каторы. В случае, если на индикаторе необходимо отображать не только цифры,

но и буквы для шестнадцатеричных цифр, то использование ПЗУ в качестве де-

шифратора будет самым компактным и простым решением.

14.3Генератор звуковой частоты

Вцифровых электронных устройствах часто встает задача оповещения о наступлении некоторого события, например факт нажатия на кнопку, момент окончания работы таймера и т.д. В таких случаях генерация соответствующего звукового сигнала будет достаточно простым решением.

Для генерации простейшего звукового сигнала необходимо иметь два эле-

мента – собственно генератор сигналов на определенную частоту или несколько частот и излучатель звука. Человек воспринимает звуковые колебания в доста-

точно широком диапазоне частот, примерно 20Гц-20кГц. Однако для простейших

оповещателей этот диапазон необходимо сузить. Ухо человека наиболее чувстви-

тельно к акустическим сигналам в диапазоне примерно1-3кГц.

Для простейшего оповещателя достаточно иметь генератор (мультивибра-

тор) на одну фиксированную частоту, например на 2кГц. К этому генератору необходимо подключить излучатель. Самым простым и подходящим излучателем будет пьезоизлучатель. С точки зрения нагрузки такой излучатель представляет из себя емкость и может быть напрямую подключен к логическому элементу. Ди-

намические излучали звука имеют достаточно низкое сопротивление (большин-

ство 4-16 Ом) и без специализированного усилителя мощности не могут быть под-

ключены к выходу мультивибратора напрямую, что увеличивает сложность и сто-

имость конструкции. Динамические излучали звука целесообразно применять в случае, если необходима достаточно большая громкость звучания и относительно широкий диапазон частот. Пьезоизлучатель тут однозначно проиграет.

C

R

Рисунок 112 – Схема генератора звуковой частоты

Мультивибратор на логических элементах должен быть рассчитан на ча-

стоту примерно 2кГц (задается RC). Пьезоизлучатель подключен напрямую к вы-

ходу мультивибратора. Вход Разр. Позволяет генерировать звуковые колебания если на нем присутствует лог. 1. Лог. 0 полностью блокирует работу мультивиб-

ратора. Для генерации коротких звуковых сигналов (например, оповещение о нажатии кнопки) можно воспользоваться одновибратором на длительность им-

пульса 0.1-0.2 сек. Событие (нажатие кнопки) вызывает генерацию импульса, ко-

торый на заданное время запускает мультивибратор.

14.4 Управление направлением счета

Счетчики как правило считают в «одном направлении» – либо на увеличе-

ние (например часы), либо на уменьшение (например таймер обратного отсчета).

В некоторых случаях требуется периодическая смена направления счета. Напри-

мер, в помещение периодически входят и выходят люди, при этом требуется знать сколько находится людей в помещении. Для этих целей удобно использовать ре-

версивные счетчики, но необходимо иметь в виду, что такие счетчики могут иметь принципиально разный способ управления направлением счета:

1.Раздельные входы для тактирования на увеличение (вход +1) и на умень-

шение (вход -1)

2.Один вход тактирования и вход управления направлением счета (/ –

up лог. 1 «вверх» и down лог. 0 «вниз»)

Пример реверсивных счетчиков первого типа:

ИЕ6 — двоично-десятичный реверсивный счетчик;

ИЕ7 — двоичный реверсивный счетчик.

Рисунок 113 – Счетчики К155ИЕ6 и К155ИЕ7

Направление счета определяется тем, на какой вывод (5 или 4) подаются импульсы. Входы 1, 9, 10, 15 — информационные, а вход 11 используется для предварительной записи. Эти 5 входов позволяют осуществить предварительную запись в счетчик (предустановку). Для этого нужно подать соответствующие дан-

ные на информационные входы, а затем подать импульс записи низкого уровня на вход 11, и счетчик запомнит число. Вход 14 — вход установки 0 при подаче высокого уровня напряжения. Для построения счетчиков большей разрядности используются выходы прямого и обратного переноса (выводы 12 и 13 соответ-

ственно). С вывода 12 сигнал должен подаваться на вход прямого счета следую-

щего каскада, а с 13 — на вход обратного счета.

Примером счетчиков второго типа может быть 74HC190, 74HC191.