8. Микросхемы малой степени интеграции и особенности их использования в су

8.1. Логические элементы с открытым коллектором

Логические элементы с открытым коллектором (ЛЭ с ОК) имеют на выходе транзистор, у которого в корпусе микросхемы (МС) отсутствует нагрузка в цепи коллектора. При использовании данного ЛЭ для реализации логической функции к выходу необходимо подключить внешний нагрузочный резистор (рис. 8.1.1). Напряжение U_CC должно соответствовать напряжению питания микросхемы. Некоторые МС с открытым коллектором, разработанные для преобразователей уровней напряжения, допускают подключение напряжения U_CC более напряжения питания МС. Открытый коллектор в МС позволяет разработчику СУ использовать данный элемент для реализации специальных функций. Некоторые из них рассмотрены ниже.

На рис. 8.2 приведена схема управления светодиодом VD. Управление осуществляется током нуля I₀ = I_VD = I_Rn логического элемента, который обычно на порядок больше тока «1» и составляет от нескольких десятков до сотни мА. Резистор R_n в схеме необходим для ограничения тока до значения I_VD, определяемого вольтамперной характеристикой светодиода.

Рассмотрим пример управления светодиодом АЛ307А от МС КР1533ЛН2. Для этого необходимо рассчитать нагрузочный резистор Rn (рис. 8.1.2). Исходные данные для расчёта: I_VD = 10 мА, UCC = 5 В.

Расчёт ведётся в следующей последовательности:

• по вольтамперной характеристике светодиода (рис. 8.1.3) [10], находится падение напряжения U_VD при заданном значении тока (U_VD = 2 B);

• по справочным данным МС [9] U0 = 0,4 B;

• падение напряжения на Rn определяется выражением

U_Rn = U_CC – U_VD – U₀ = 5 – 2 – 0,4 = 2,6 В;

• сопротивление Rn по закону Ома равно

Rn = U_Rn / I_VD = 2,6 / 0,01 = 260 Ом;

• по стандартному ряду [12] выбирается ближайший резистор Rn =260 Ом ;

• определяется мощность резистора

P_Rn = U_Rn • I_VD = 2,6 • 0,01 = 0,026 Вт;

• по результатам расчёта выбирается нагрузочный резистор Rn

МЛТ 0,063 Вт – 260 Ом ± 10%.

Аналогично осуществляется управление слаботочными реле (рис. 8.1.4). Расчёт нагрузочного резистора ведётся исходя из значения тока срабатывания реле. Если рабочее напряжение реле U_K=U_CC, то нагрузочный резистор не устанавливается. Для защиты МС от ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке реле при выключении питания, необходимо параллельно реле устанавливать шунтирующий диод VD.

Во всех схемах подключения внешних нагрузок к логическим элементам с открытым коллектором необходимо чтобы ток, протекающий через нагрузку был меньше тока I₀ МС.

М

Рис. 3.

икросхемы с открытым коллектором используются также в качестве преобразователей уровня (рис. 8.5). В таких МС выходные транзисторы рассчитаны на подключение к источникам питания U_CC1 с напряжением большим, чем напряжение питания микросхемы U_CC (К155ЛП9). Логические уровни на входе МС соответствуют ТТЛ уровням ("1" ≥ 2,4 B, "0" ≥ 0,4 В, U_CC = 5 B), а на выходе - определяются напряжением источника питания U_CC1 ≤ 15 В.

В схеме "Монтажное И" выходы МС объединяются и подключаются через нагрузочный резистор R_n к источнику питания U_CC (рис. 8.1.6). Наличие хотя бы одного сигнала низкого уровня на входе приводит к формированию низкого уровня на выходе. Данная схема в СУ может использоваться для формирования внутри МСО сигналов: /ОТВ (ОТВЕТ), /ЗПР4 (ЗАПРОС ПРЕРЫВАНИЯ), /ЗМ ( ЗАПРОС МАГИСТРАЛИ), /ПЗ (ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАПРОСА) в интерфейсе МПИ; /ХАСК (ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ), /INT7-/INT0 (ЗАПРОСЫ ПРЕРЫВАНИЯ) и т.д. Аналогично по схеме "Монтажное И" объединяются выходы указанных выше сигналов на магистральных линиях соответствующих интерфейсов (рис. 8.6). На концах магистральных линий интерфейсов присутствуют делители R₁ и R₂, формирующие при отсутствии сигналов с МСО высокий уровень (логический "0").

При формировании сигнала /ОТВ а также в некоторых других случаях возникает необходимость организовать задержку прохождения сигнала. Задержка может быть сформирована с использованием RC-цепочки, МС таймеров либо логическими элементами. Недостатком RC-цепочки является её зависимость от внешних условий. МС таймеров используются при организации больших задержек. Если в проектируемом МСО остаются свободные элементы их можно использовать для организации небольших задержек. При этом может быть сформирована задержка с высокой временной стабильностью.

Рассмотрим пример формирования сигнала /ОТВ в интерфейсе МПИ с необходимой задержкой. При этом необходимо учитывать следующее: сигналы интерфейса МПИ имеют низкий активный уровень; последняя МС, используемая для формирования сигнала /ОТВ должна быть с открытым коллектором.

Задержка в примере реализуется на МС КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1, КР1533ЛН2. Схема формирования сигнала /ОТВ (U_ВЫХ) с необходимой задержкой представлена на рис. 8.1.7.

Рис. 8.1.7. Пример схемы формирования сигнала /ОТВ

В соответствии с логическими функциями МС временные диаграммы входного и выходного сигналов имеют вид, показанный на рис. 8.1.8.

Рассчитаем задержки сигнала U_ВЫХ при установке сигнала U_ВХ и его снятии:

;

.