Электроника (цифровая электроника)

ности наблюдения символов на экране ЖКИ при малой освещенности используется внутренняя подсветка. Наиболее часто используется светодиодная, но применяется также и электролюминесцентная (требуется меньший ток, но высокое напряжение – около 100 В).

Рисунок 2.33 – Схема подключения ЖКИ со встроенным контроллером к микропроцессору

Потребление по цепи питания (+5 В) – около 0,5 мА (макс.). ЖКИ, рассчитанные на работу в расширенном температурном диапазоне

(от –20 до +70 С), требуют отрицательного напряжения питания

для драйверов индикатора. При его отсутствии (вывод N3 соединен с N1) либо будет отсутствовать изображение, либо оно будет недостаточно контрастным.

2.5 Дополнительные узлы электронных систем

Кроме основных узлов обработки информации электронная система сбора и обработки информации содержит ряд дополнительных узлов, непосредственно не участвующих в обработке данных, но необходимых для обеспечения работоспособности устройства. К таким дополнительным узлам можно отнести узлы источников питания, тактовые генераторы (устройства синхронизации) и т. д.

100

Рисунок 2.35 – Двухполярный источник питания

При необходимости получения источника питания противоположной полярности, например, источника отрицательной полярности из напряжения источника положительного напряжения, напряжения питания с более высоким значением на выходе, чем на входе, например, 12 В при питании от источника 6 В, или источника питания с очень высоким КПД, используют схемы импульсных источников питания.

2.5.2 Тактовый генератор

Взависимости от требований к абсолютному значению частоты синхронизации и ее стабильности обычно используют либо простые схемы на базе RC-мультивибраторов, либо схемы с кварцевой стабилизацией частоты.

Для отладки систем используют схему синхронизации нулевой тактовой частотой. При этом тактирование производится от кнопки со схемой подавления дребезга.

Вкачестве генератора тактирования удобно использовать ИС аналогового таймера типа NE555 (К1006ВИ1), которая может работать в широком диапазоне питающих напряжений. На рисунке 2.36 приведена схема включения ИС таймера для генерации тактовых

102

На рисунке 2.38 приведена схема тактового генератора на ИС мультивибратора К531ГГ1. На верхней части схемы построен генератор RC-типа (вывод 10 ИС), на нижней – с кварцевой стабилизацией частоты (вывод 7 ИС). В отличие от схемы на ИС типа К1006ВИ1 мультивибратор К531ГГ1 (ИС типа ТТЛ) работоспособен только при напряжении питания 5 В. Существуют также ИС мультивибраторов на базе КМОП схемотехники.

Рисунок 2.38 – Схема тактового генератора на ИС мультивибратора К531ГГ1

2.6 Узлы преобразования аналоговых сигналов в цифровые и наоборот

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП, DAC — «Digital-to- Analog Converter») и аналого-цифровые преобразователи (АЦП, ADC — «Analog-to-Digital Converter») главным образом применя-

ются для сопряжения цифровых устройств и систем с внешними аналоговыми сигналами, с реальным миром. При этом АЦП преобразует аналоговые сигналы во входные цифровые сигналы, поступающие на цифровые устройства для дальнейшей обработки или хранения, а ЦАП преобразует выходные цифровые сигналы цифровых устройств в аналоговые сигналы.

104

и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Кроме информационных сигналов, микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода. Обычно цифровые входы ЦАП обеспечивают совместимость со стандартными выходами микросхем ТТЛ.

Чаще всего в случае, если ЦАП имеет токовый выход, его выходной ток преобразуется в выходное напряжение с помощью внешнего операционного усилителя и встроенного в ЦАП резистора RОС, один из выводов которого выведен на внешний вывод микросхемы (рисунок 2.40). Поэтому, если не оговорено иное, считается, что выходной сигнал ЦАП – напряжение UO.

Рисунок 2.40 – Преобразование выходного тока ЦАП в выходное напряжение

Суть преобразования входного цифрового кода в выходной аналоговый сигнал довольно проста. Она состоит в суммировании нескольких токов (по числу разрядов входного кода), каждый последующий из которых вдвое больше предыдущего. Для получения этих токов используются или транзисторные источники тока, или резистивные матрицы, коммутируемые транзисторными ключами.

В качестве примера на рис. 2.41 показано 4-разрядное (n = 4) цифро-аналоговое преобразование на основе резистивной матрицы R–2R и ключей (в реальности используются ключи на основе тран-

106

В общем случае выходное напряжение ЦАП при RОС = R будет связано со входным кодом N и опорным напряжением UREF простой формулой

Uвых = –NUREF 2–n,

где n – количество разрядов входного кода.

Знак «минус» получается из-за инверсии сигнала операционным усилителем.

Микросхемы ЦАП, имеющиеся на рынке, различаются количеством разрядов (от 8 до 24), величиной задержки преобразования (от единиц наносекунд до единиц микросекунд), допустимой величиной опорного напряжения (обычно – единицы вольт), величинами погрешностей преобразования и другими параметрами. Различаются они также технологией изготовления и особенностями внутренней структуры, что нередко накладывает ограничения на их использование. Поэтому выбирать микросхему ЦАП для конкретного применения необходимо с использованием подробной справочной информации, предоставляемой фирмами-изготовителями. Мы же будем говорить только об общих принципах включения ЦАП в цифровые схемы без учета их частных особенностей.

Иногда бывает необходимо уменьшить количество разрядов ЦАП. Для этого нужно подать сигналы логического нуля на нужное число младших разрядов ЦАП (но никак не старших разрядов).

На рисунке 2.42 показано, как из 10-разрядного ЦАП можно сделать 8-разрядный, подав нули на два младших разряда.

Рисунок 2.42 – Уменьшение разрядности ЦАП

108