М. Тупи
·справочное
пособие
по цифровой
электронике
Перевод с 111rn111tcкora
каиц. техн. наук В.Л. ГРИГОРЪЕВА
МОСКВА
ЭНЕРГОАТОМИЗдАТ .
1990

ББК 32.973.3
Т82
УДК 681.32(035.5)
Т82
Рецензе нты В. П, Данчеев, Н. Н. Слепов
MIKE TOOLEY
PRACТICAL DIGITAL ELECTRONICS HANDBOOK
РС Puhlishiпg, Lопdоп, 1988
Тули М.
Справочное пособие по цифровой электрОl!.l'!Ке:
Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 176 с.
ISBN 5-283-02492-Х
Систематизированы сведения по применению в микрqnро­
цессорной технике и микроЭВМ различного рода цифровых
интегральных микросхем , Спи.саны схемотехника, назначение,
методы использования и особенности конструирования Цифро­
вых микроэлектронных устройств. Рассмотрены варианты ком­
поновки и печатного монтажа, обсуждена диагностика неис­
правностей цифровой техники . Для рассматриваемых микро­
схем приведены отечественные аналоги.
Для широкого круга читателей, не обладающих специ­
альной подготовкой в области электроники и цифровой микро­
процессорной техники.
Т 2302030700-005 192-90
ББК 32.973.3
051 (OJ)-90
ISBN 5-283-02492-Х (рус.)
IS BN 1-87077-500 · 7 (англ.)
© Mike Tooley апd
Everyday Electroпics, Lопdоп,
1988
© Перевод на русский язык .
Энергоатомиздат, 1990

Предисловие к русскому изданию
Цифровая схемотехника завоевывает все более проч­
ные позиции в творчестве самодеятельных конструкторов.
Тысячи' людей в свое свободное время разрабатывают
довольно сложные цифровые устройства вплоть до пер­
сональных компьютеров. Интерес к популярным издани­
ям на эту тему необычайно широк, но удовлетворяется
он явно недостаточно. Предлагаемая читателям книга
призвана в некоторой степени восполнить этот пробел.
Оиа рассчитана, в первую очередь, на энтузиастов-люби­
телей, не имеющих специалъной подготовки в области
цифровой схемотехники, хотя и специалисты найдут в ней
интересный для себя материал.
В популярной форме автор знакомит читателей с ос­
новными логическими элементами, микропроцессорами,
программируемыми микросхемами для ввода-вывода ин­
формации и современными интерфейсами. Описательный
характер изложения определен, очевидно, небольшим
объемом книги. По-видимому, наибольший интерес чита­
телей вызовут завершающие каждую главу приемы от­
ладки рассмотренных в главе устройств, а также прило­
жение 2, в котором даны подробные описания девяти
самодельных приборов. Для читателей, пожелающих вос­
произвести схемы этих приборов, в конце книги дана таб­
лица зарубежных изделий электронной техники и их оте­
чественных аналогов.
Остается пожелать успехов всем тем, кто использует
в своем техническом творчестве приведенные в книге схе­
мы прос:тых в изготовлении и удобных в работе приборов.
Эти приборы помогут освоиться в цифровой схемотехнике
и будут стимулировать разработку более сложных и 1ш­
тересных устройств.
В. Л. Григорьев
1*

Предисловие
Подавляющее большинство современных электронных
систем реализованы на цифровой элементной базе. Дан­
ная книга рассчитана на всех тех. кто связан с разработ­
.·кой, про, изводством и эксплуатацией цифровых устройств.
и тех, кто только собирается познакомиться с такими уст­
ройствами.
В начале книги изложен основной материал по циф­
: ровым схемам и логическим семействам (сериям) микро­
.~хем.
с последующим обсуждением функций логических
элементов, триггеров и таймеров. В ·книге рассмотрены
также микропроцессоры и некоторые вспомогательные
· микросхемы.
например полупроводниковая память и про­
граммируемые микросхемы для ввода и вывода, интер­
фейс RS-232C и универсальная приборная шина
IEEE-488, приведен краткий обзор микропроцессорной
шины IEEE-1000.
В приложении вынесен справочный материал по широ­
ко распространенным микросхемам и подробно описаны
девять самодельных приборов. которые может собрать
каждый желающий, не обладающий практическим опы­
том в области цифровой схемотехники. Однако качествен­
ные характеристики этих приборов не уступают аналогич­
ным промышленным образцам. Для проверки и калибров­
ки описанных в книге приборов необходимо иметь только
достаточно точный многодиапазониый измерительный
прибор цифрового или аналогового типа.
·

Глава 1
Введение в интегральные схемы
Интегральные схемы (ИС) являются элементами со4
временных цифровых устройств. Применение ИС осво·
бождает разработчика от необходимости проектирования
схем из таких дискретных элементов, как транзисторы,
диоды и резисторы . Благодаря микроэлектронной техно·
логии на крошечном кусочке (кристалле) кремния можно
изготовить огромное число эквивалентных дискретных
элементов. Получающаяся интегральная схема оказыва­
ется не только намного компактнее своего аналога из ди­
скретных элементов, ио и значительно дешевле и гораздо
надежнее.
Сделаем одно замечание, которое, наверняка, обраду­
ет новичков в области цифровой схемотехники: чтобы ус­
пешно применять интегральные схемы, совсем необяза­
тельно знать их подробное внутреннее устройство. Нужно
только знать основополагающие правила, касающиеся на­
пряжений питания и требований к входным и выходным
сигналам. В цифровой схемотехнике для нас представля­
ют первоочередный интерес логf1ческие функции компо­
нентов, а не их электрические характеристики.
J.1. Интегральные схемы
Все современные цифровые системы построены на ин­
тегральных схемах, в которых на кусочке кремния обра­
зованы сотни и тысячи компонентов. Количество отдель­
ных полупроводниковых элементов на кристалле обычно
связывается со степенью интеграции, численные характе­
ристики которой приведены в табл. 1.1.
Конструктивное оформление. Самый распространен­
ный тип корпуса для интегральных схем - пластмассо­
вый корпус с двухсторонним расположением выводов или
контактов (типа DIP). Число контактов на корпусе за-
5

Таблиц а 1.1. Характеристики степени интеграции
Степень интеграции
Малая
Средняя
Большая
Сверхбольшая
Супербольшая
Сокращеииое
название
мис
сие
БИС
СБИС
Число логических
элементов
1-10
10-100
100-1000
1000-10000
10 000-100 ООО
висит от сложности интегральной схемы и, в частности, от
числа требуемых внешних связей. Например, обычные ло­
гические элементы выпускаются в корпусах с 14 и 16 кон­
тактами, а корпуса микропроцессоров и сложных вспо­
могательных схем имеют 40 контактов и более. Широко
распространенные корпуса микросхем и нумерация кон­
тактов показаны на рис. 1.1. Здесь изображен вид микро­
схем сверху, т. е. так, как они выглядят на печатной плате
со стороны компонентов. Такой вид, наверное, самый ес­
тественный, но все же иногда нумерация контактов вы­
зывает путаницу.
Рис. 1.1 . Нумерация контактов на корпусах интегральных схем. I(он­
такт 1 находится слева от выемки; иногда его отмечают точкой
6

Контакты микросхем нумеруются последовательно, на­
чиная с выемки, в направлении против часовой стрелки.
Например, .при рассмотрении 14-контактного корпуса
сверху контакты 1 и 14 находятся соответственно слева
и справа от выемки .
.
Идентификация. При знакомстве с интегр.альными схе­
мами сразу же возникает вопрос об их идентификации
или маркировке. Чтобы помочь нам решить этот вопрос
(а иногда - чтобы запутать нас!), фирмы-изготовители
наносят маркировку на наружной части корпуса. Обычно
она состоит из номера типа микросхемы (включая обще­
принятое кодирование), названия фирмы (обычно в виде
начальных букв) и классификации микросхемы.
Довольно часто маркировка содержит информацию
о типе конструкции, дате выпуска и специальных харак­
теристиках микросхемы. К сожалению, эта в принципе
полезная информация часто приводит к путанице из-за
отсутствия единого стандарта.
1.2 . Логические семейства
Каждая интегральная схема относится к тому или ино­
му логическому семейству . (серии). Термин «семейство»
просто означает тот вид полупроводниковой технологии,
который используется при изготовлении микросхемы.
Именно технология определяет такие важнейшие харак­
теристики конкретной микросхемы, как напряжение пи­
тания, рассеиваемая мощность, скорость переключения
и помехоустойчивость.
В настоящее время наиболее распространены два ос­
новных логических семейства: КМОП (комплементарная,
металл-оксид-полупроводник) и ТТЛ (транзисторно-тран-
. зисторная
логика). Второе семейство имеет несколько
подсемейств, включая популярный вариант маломощной
ТТЛ с диодами Шотки (LS-TTL). Для любознательных
читателей на рис. 1.2 показаны внутренние схемы двух­
входовых элементов И, выполненных по КМОП- и ТТЛ­
технологиям. Несмотря на очевидное их различие, обе
схемы выполняют одну и ту же логическую функцию.
Из обычных ТТЛ-микросхем наиболее широко пред­
ставлено семейство 74. Маркировка микросхем этого се­
мейства начинается с цифр 74, например 7400, 7408, 7432
и 74121; его еще часто называют стандартным ТТЛ-семей­
ством. Разновидности аналогичных микросхем малой
7

Рис. 1.2 . Внутреннее устройство двухвходовых логических элеие11·
тов И, выnолненных no КМОП- и ТТЛ-технологияы:
11- КМОП·э11емент; б -ТТЛ-э11емент
мощности с диодами Шотки имеют в середине буквы LS,
например 74LSOO, 74LS08, 74LS32 и 74LS121.
Популярные КМОП-микросхемы образуют часть се·
мейства 4000, и их номера начинаются с цифры 4, напри·
мер 4001, 4174, 4501 и 4574. Иногда маркировка КМОП·
микросхемы начинается не с цифры, а с буквы. Буква А
обозначает устаревшую (иебуферированную) серию,
а буква В -улучшенную (буферированиую) серию. Ком·
бинация UB обозначает небуферированную микросхему
серии В.
В некоторых случаях в середине кода ТТЛ-микросхе.м
встречаются буквы, приведенные в табл. 1.2 .
8
Буква
с
F
н
s
нс
нет
Табл н ц а 1.2. Буквенные ко,1.ы микросхем
Комментариl
КМОП-вариант соответствующей ТТЛ-ыикросхеыы
Микросхема с Повышенным быстродействием
Сверхбыстродействующая микросхема
Микросхема, выполненная по ТТЛ-техиолоrии с АИОА8·
ми Шатки
Быстродействующий КМОП-вариант (входы КМОП­
совместимы)
Быстродействующий КМОП-вариант (входы ТТЛ-сов­
местимы)

1.З. Блоки питания
Большинство ТТЛ- и КМОП-се.мейсте рассчитаны на
работу с напряжением питания +5 В. Для ТТЛ-микро­
схем необходима довольно жестка.я стабилизация напря­
жения, обычно ±5 % (т. е. диапазон допустимых напря­
жений составляет от 4, 75 до 5,25 В). Тем не менее многие
ТТЛ-микросхемы могут работать и при большем разбро­
се питания, например от 4 до 5,5 В. В частности, одна из
фирм рекомендует использовать в своих изделиях для
питания ТТЛ -микросхем три последовательно включен·
ные сухие батареи с напряжением 1,5 В каждая. Неуди­
вительно, что одной из наиболее частых причин отказа
в этих изделиях оказывается «севшая:. батарея.
Несмотря на то что логическая функция элемента ос­
тается одной и той же при напряжении питания 4 и 5 В,
переключательные свойства элемента зависят от напря­
жения питания. При его уменьшении значительно возрас­
тает задержка распространения, т. е. время прохождения
изменения логического значения со входа на выход. Во
многих устройствах это обстоятельство несущественно,
но такие схемы, как счетчики и делители частоты, при
понижении напряжения питания работают неустойчиво.
Сделаем замечание и о предельном значении напря­
жения питания для ТТЛ-микросхем: абсолютное макси­
мальное напряжение составляет +7 В. Даже при неболь­
шом превышении этого значения ТТЛ-микросхема сразу
же выходит из строя. ·
Для КМОП-схем допускается изменение напряжения
питания в гораздо более широких пределах. Подавляю­
щее большинство их устойчиво работают в диапазоне от
+з до + 15 В. Это обстоятельство, а также ничтожный
потребляемый ток (КМОП-элемент в устойчивом состоя­
нии потребляет всего несколько микроампер) способству­
ют применению КМОП-схем в устройствах с батарейным
питанием. В большинстве портативных КМОП-устройств
не требуется стабилизация напряжения питания, они
устойчиво работают при снижении напряжения до +з В.
Как и у ТТЛ-схем, быстродействие КМОП-схем ухуд­
шается при понижении напряженIJя питания. При напря­
жениях питания +9, + 12 или + 15 В быстродействие
КМОП-схем примерно в 2 раза выше, чем при типичном
напряжении Питания +5 В.
ТТЛ-схемы потребляют значительно больший ток, чем
9

Вход
81.1ход
fJlfщuii
а)
виа снизу_
ffiB
rf}rJ rвiа l
ВыкоtJ гхоа Olfщuu Выход
Ooщuil в1.1ход
вхоd
d'J
6)·
г)
u;
Рис. 1.3 . Типичные корпуса монолитных трехточечных стабилизато­
ров напряжения
их КМОП-эквиваленты. Например, типичный ТТЛ-эле­
мент потребляет ток около 8 мА, что в 1000 раз больше,
чем в эквивалентном КМОП-элементе при рабочей часто­
те 10 кГц.
Стабилизаторы. В большинстве блоков питания ТТЛ­
и КМОП-устройств применяются монолитные трехточеч­
ные стабилизаторы. Они обеспечивают хорошую стабили­
зацию напряжения питания, ограничение тока и тепловое
защитное отключение. Типичные корпуса стабилизаторов
показаны на рис. 1.3. На практике наиболее широко при­
меняются стабилизаторы, перечисленные в табл. 1.3.
Типичный блок питания. На рис. 1.4 показан типич­
ный блок питания для ТТ Л/КМОП-схем со стабилизиро­
ванным выходным напряжением +5 В. Понижающий
F'SI fA $1
L-0 -0- -
ф
Е-----1
Рис. 1,4. Схема типичного блока питания для цифровых схем (номе­
рами обозначены контрольные точки):_
FSJ - предохранитель
10

Та б ли n а 1.3 . Наиболее распространенные стабилиsаторы
паприжепия
Тип·стабилизатора 1
7805
7905
7809
7909
7812
7912
7815
7915
70L05
79L05
78Ll2
78Ll2
78Ll5
79Ll5
78S05
78Sl2
78НО5
78Нl2
Вьtходное 1 Макснмальnьtll 1
напр11жение, В вьtходноll ток, А
+5
1
-5
1
+9
1
-9
l
+12
l
-12
1
+15
l
-15
1
+5
о,l
-5
О,1
+12
0,1
-12
о,1
+15
о,1
-15
о,l
+5
2
+12
2
+5
5
+12
5
Тип корпуса
(рио. 1.3)
а
б
а
б
а
б
а
~
з
г
l/
г
8
г
а
а
д
д
трансформатор Т1 подает переменное напряжение на мо­
стовой выпрямитель DJ-D4. Напряжение на вторичной
обмотке трансформатора обычно составляет около 9 В;
после выпрямления на сглаживающем конденсаторе CJ
получается постоянное напряжение примерно 12 В.
Номинальное напряжение стабилизатора +s В пода­
ется на выход. Дополнительные конденсаторы С2 и СЗ не·
большой емкости (не электролитические) обычно монти·
руются около выводов стабилизатора. Они обеспечивают
эффе~тивную развязку на высоких частотах и подавляют
высокочастотную нестабильность, которая может возник·
нуть из-за паразитных монтажн'Ых реаr<тивных сопротив­
лений.
Меры безопасности. До обсуждения вопросов поиска
неисправностей в блоках питания напомним о мерах irpe·
досторожности при работе с ними.
Большинство цифровых схем работают с низким на·
пряжением питания н вполне безопасны; однако имеюще­
еся в блоке питания сетевое напряжение опасно для жиз·
ни. При работе с блоками питания необходимо всегда со·
блюдать следующие правила.
11

1. Выключайте питание и отсоединяйте сетевой шнур
при· выполнении:
демонтажа оборудования;
проверке плавких предо~ранителей;
у.становке в удалении внутренних модулей;
пайке компонентов;
.
проверке монтажных проводников, исправности обмо-
ток трансформаторов, мостовых выпрямителей в т. д.
2. При измерении переменных и постоянных напряже­
ний в блоке питания соблюдайте необходимые меры пред·
осторожности:
избегайте прямого контакта с цепями входного сете­
вого напряжения, проверяйте правильность и надежность
заземления оборудования;
пользуйтесь инструментами с изолированными руч·
ками;
устанавливайте нужный диапазон измерительного
прибора до производства требуемых измерений;
при сомнении в правильности своих действий выклю­
чите питание, отсоедините сетевой шнур и хорошенько
подумайте.
1.4. Поиск неисправностей в блоке питания
Поиск неис11равностей в типичном блоке питания, по­
казанном на рис. 1.4, не вызывает особых затруднений,
так как в нем мало элементов, «склонных:.· к отказам
(стабилизатор, fрансформатор и др.).
На рис. 1.4 для удобства читателей отмечены в круж­
ках четыре контрольные точки. Отметим, что самый бы­
стрый способ локализации неисправности необязательно
связан с проверкой напряжений или сигналов от входа
к выходу или наоборот. Мы рекомендуем такую после­
довательность проверок и измерений.
1, Проверьте, лучше всего с помощью цифрового
мультиметра, что выходное напряжение в точке 1 нахо­
дится в диапазоне от 4,75 до 5,25 В. Если это не так, пе­
реходите к шагу 2, а если выходное напряжение уклады­
вается в указанный диапазон, считайте, что блок питания
исправен.
2. Отсоедините выход +5 В от схемы и повторите пре·
дыдущее измерение. Если напряжение в тоЧке / оказы·
вается в диапазоне 4, 75-5,25 В, то отказ вызван схемой,
а в стабилизаторе сработало ограничение по току. (До·
12

вольно часто подобный отказ возникает из-за наличия
дефектной микросхемы, которая чрезмерно иаrреваетсн.
Ее можно обнаружить, если прикоснуться к микросхеме
пальцем.)
Если напряжение в точке 1 находится вне диапазо­
на 4, 75-5,25 В, проверьте сетевой предохранитель· в точ­
ке 2. Сгоревший предохранитель замените на исцравный
и повторите шаг 1. Если предохранитель сразу же пере­
горает, убер.иrесь с помощью омметра, нет ли короткого
замыкания в выпрямителе DJ-D4, конденсаторе С1 и
микросхеме /Cl*.
З. Если предохранитель исправен, проконтролируйте
мультиметром вторичное переменное напряжение транс­
форматора Т1 в точке 3: оно должно находиться в диа­
пазоне от 7 до 12 В. В противном случае отсоедините
шнур питания, проверьте тумблер SJ и целостность пер­
вичной обмотки трансформатора (неисправность вторич-
ной обмотки маловероятна).
4. Если вторичное напряжение такое,. как и должно
быть, измерьте постоянное напряжение на конденсаторе
С1. Когда оно необычно мало или равно нулю, проверъте
с помощью омметра выпрямитель D1-D4. В одном на­
правлении его сопротивление должно быть бесконечно
большим, а в другом - равно нулю.
Если постоянное напряжение на конденсаторе CJ на­
ходится в диапазоне 9-14 В, замените стабилизатор /С
на заведомо работоспособный и повторите всю процеду­
ру сначала.
Глава2
Основные логические элементы
.В
гл. 1 мы познакомились с интегральными схемами,
логическими семействами отдельных микросхем и блока­
ми питания, а теперь рассмотрим основные логические
элементы и наиболее универсальный прибор для поиска
неисправностей в цифровых схемах - логический проб­
ник. В приложении 2 приведена конструкция логичесkоrо
пробника, который можно использовать для проверки ло­
гических состояний в ТТЛ- и КМОП-схемах .
.·.
• На nриве;депиЫ.х. в книге. Пр.инципиальных схемах сохра~еио
оригинальное обозначение интегральных схем /С. -Прим. пер. ··
•13

2.1. Логические диаграммы
У новичков вызывает удивление тот факт, что циф­
ровые схемы выглядят совсем не так, как аналоговые.
В них почти нет таких привычных дискретных элементов,
как резисторы, диоды и транзисторы. Цифровые устрой­
ства построены в основном на интегральных схемах, со­
держащих логические элементы, триггеры, запоминаю­
щие устройства и т. п., а дискретные элементы, за исклю­
чением развязывающих конденсаторов, встречаются очень
редко.
В гл. 1 мы говорили о таких достоинствах интеграль­
ных схем, как экономичность и надежность. Вместе с тем
применение интегральны~ схем означает совершенно но­
вый подход в электронике: сложное устройство состоит
теперь из взаимосвязанных «кирпичиков» - интеграль­
ных схем. Поэтому диагностика неисправности сводится
к локализации и замене дефектного «кирпичика» (обыч­
но одной интегральной схемы). Однако для успешной ди­
агностики нужно хорошо разбираться в логических функ­
циях и электрических характеристиках каждого «кирпи­
чика», что не только ускорит отыскание неисправностей
микросхемы, но и поможет в решении более сложных за­
дач.
2.2. Цифровые сигналы
Прежде чем рассматривать основные логические эле­
менты, применяемые в цифровых схемах, упомянем об
одном существенном отличии цифровых схем от анало­
говых. Читатели, конечно, знают о том, что в электрон­
ных схемах сигналы представляются напряжениями и то­
ками. В цифровых схемах сигналы существуют только на
дискретных «этажах» или уровнях, а промежуточные со­
стояния не допускаются. Обычная (позитивная) логика
базируется всего на двух состояниях, которые называют­
ся логическим О (низкий уровень) и логической 1 ( высо-
кий уровень).
·
В аналоговых схемах сигналы могут иметь бесконеч­
ное число уровней напряжения или тока и плавно пере­
ходят с одного уровня на другой; в цифровых же схемах
изменение напряжений или токов происходит резко н бы­
стро.
14

2.3 . Тристабильная логика
Большинство сложных микросхем, предназначенных
для микропроцессорных систем, разработаны с учетом
возможности их подключения к шине. К шине разреша·
ется подсоединять выходы и входы нескольких микро·
схем, поэтому возникает опасность одновременного появ­
ления на шине конфликтующих логических уровней.
Чтобы преодолеть эту трудность, требуются логиче­
ские устройства, которые не только формируют на своих
вЫходах логический О и логическую 1, но и при необхо·
димости отключаются от шины. По существу, в них по·
является третье, высокоимпедансное состояние, поэтому
такие устройства (микросхемы) относят к семейству три·
стабильной (трехустойчивой) логики.
· Специальный входной сигнал, обыtJНо называемый
разрешением EN или выбором кристалла CS, переводит
тристабнльную микросхему в рабочее состояние. Сигнал
EN (CS) может быть активным при высоком или низ­
ком уровне: в первом случае выходные сигналы микро·
схемы действительны, когда EN или CS соответствует ло·
гИЧеской 1, а во втором - логическому О. Сигнал с ак·
тивным низким уровнем обозначает.ся небольшим круж­
ком в месте его входа (рис. 2.1) .
2.4. Логические уровни
Под логическими уровнями понимают диапазоны на­
пряжений, используемые для представления логических
состояний О и 1. Неудивительно, что логические уровни
для КМОП-схем существенно отличаются от уровней для
Рис. 2.1 . Сравнение обычных и тристабильных логических схем:
11·-
обычная л огическая схема; б - тряста б ильная логическая схема (разре ·
шается высоким уровнем EN); в - трисrа6иJJьная логическая схема (разре ·
шается низким уровнем EN)
15

Таблиц а 2.1. Зщ~чени• .11оrических уровней в l{МОП­
и ТТ Л-схемах
ТНп схемы
Уровень
l(МОП
тrл
Лоr11ческая ·1
2/3VDD
>2,ОВ
ЛоrическиА О
1/3 VDD
<О,88
Не определен
(1/3-2/3) v00
0,8-28
П р и м е ч а н и е. V DD - положительное напряжение питания.
ТТЛ~схем~ Действительно, уровни для КМОП-схем. дают­
ся относительно напряжения питания (оно варьируется
в диапазоне от +з до +15 В), а для ТТЛ-схем уровни
фиксированы. Значения логических уровней приведены
а табл. 2.1.
2.5. Запас помехоустойчивости
В идеальном случае интерпретация логических уров­
ней не должна вызывать ни неопределенности, ни неодно­
значности. К сожалению, в реальных сигналах всегда
действуют помехи (шум). Следовательно, важнейшим
свойством логических схем становится способность по­
давлять помехи. Особенно это относится к устройствам,
работающим в условиях сильных электрических помех,
например на металлургическом заводе или судоверфи.
Способность логической схемы подавлять помехи из­
меряется запасом помехоустойчивости и определяется как
разность между минимальными значениями выходного
и входного напряжений в сост.оянии высокого уровня
и максимальными значениями выходного и входного на­
пряжений в состоянии низкого уровня.
Запас помехоустойчнвости для стандартных ТТЛ-схем
серии 7400. обычно составляет 0,4 В, а для l(МОП-схем
равен 1/3 Vюю (рис. 2.2).
2.6. Логические злементы
Обозначения основных логических элементов в соот­
ветствии с ·английским (BS) и американским-· (MIL/
ANSI) стандартами показаны на рис. 2;3. В Великобрtt-
1~

v,,,
V.DD
58
{
Vmr
3aJNze nDH,16•
1
!/Cltf6dlfulocl11fl
'%Vs
Vzнmfл
ltикlc noнlnvcm«l-
HиnfМllAINNН
11ulucmu
tJIJC""1fNU6
2,116
Vмmln
tq'RD
Vrt.max
2,06
Vxiimtn
0116
V1,max ·
Зizлас ЛO/llltUI- .
Q
fli:"16UЧU66tlll1U
4*"
Vaиmrt
о
()
о
Q
о
кноп
ттл
Рис. 2.2. Логические уровни I<МОП· и ТfЛ-схем
танин · широко распространен американский стандарт,
· 11 · лишь некоторые фирмы следуют стандарту BS*. Рас•
смотрим вкратце функции логических элементов, приве·
денных на рис. 2.3.
Буфер. Буфер не изменяет логического состояния циф­
рового сигнала, т. е. логическая 1 (или О) на входе вызы·
вает логическую 1 (или О) на выходе. Буферы обычно
применяются для повышения нагрузочной способности по
току, а также формирования логических уровней, дейст·
вующих в интерфе.йсе (устройстве сопряжения).
Инвертор. Инвертор осуществляет дополнение логиче·
ского . состояния, т. е. логическая 1 на входе вызывает ло­
гически~ О на выходе и наоборот. Кроме того, инверторы
усиливают сигюм по току и, как буферы, применяются
в схемах интерфейсов.
Элемент И. На выходе элемента И логическая 1 появ·
ляется, если только все входы одновременно находятся
в состоянии Логической 1. Все остальные комбинации вхо·
дов приводят к образованию на выходе логического О.
Элемент НЕ-И. На выходе элемента НЕ-И образуется <
логичесr_<ий О, когда все выходы одновременно находятся
в состоянии логической 1. Любая другая комбинация вхо- ·
дов вызывает появление на выходе логической 1. следо­
вательно, элемент НЕ-И - это просто элемент И с ин•
вертироваиным выходом; кружок на выходе показывае,т
зту инверсию.
Элемент ИЛИ. На выходе мемента ИЛИ появляется
погическая 1, если хотя бы один из входов находится в со-
·
-~ Таблица стаидартиьrх обозначений логических элементов, при• :
иц~к: в СССР, приведена в приложении. ,~ Прим. пер.
1-Эlt
t7

Логv.ческаR
ооозначение
Оt!оJначение
rpl/HKЦUR
110 t:maнdapmg
110 t:maнtlt?pm11
зленента
.НIL/ANS!
l!SJЗJЗ
Буер ер
x--1>-v
x-0-v
Нн8ертор
x--(>o--v
x-Q -v
Jf
:::[)---v
A=D-
8
у
НЕ-Н
::::[)-v ;::[j-v
нли
:=L)--v А::[}
8
v
НЕ-НЛН
::::[>--v
A=L}-
8
у
Нсхдючающее А::)~
нлн
5
у
~=О-у
Таtfлцца
Ut:'/ '!!l .! НН0~171U
1\ву
ооо
о1о
7()о
,11
1\ву
оо1
()11
,о,
,1о
Аву
ооо
о,,
,о,
,,1
Авv
()о,
о,о
,оо
1,()
Аву
ооо
о1,
,(),
,1о
Рис. 2.3. Обозначения и таблицы истинности основных логических
элементов
стоянии логической 1. Другими словами, выход элемента
ИЛИ соответствует логическому О, если состояния всех
входов одновременно равны логическому О.
Элемент НЕ-ИЛИ. Элемент НЕ-ИЛИ выдает на вы­
ходе логическую 1, если только все его входы одновре­
менно находятся в состоянии логического О. Любая дру­
гая комбинация входов вызывает появление на выходе
логического О. Нетрудно заметить, что этот элемент пред­
ставляет собой элемент ИЛИ с инвертированным выхо­
дом. По-прежнему на инверсию указывает небольшой
кружок на выходе элемента.
18

Элемент исключающее ИЛИ. Выход элемента исклю­
чающее ИЛИ (сумматора по модулю 2) соответствует
логической 1, если один из входов находится в состоянии
логической 1, а другой - в состоянии логического О. На
выходе появляется логический О, когда логические состоя­
ния обоих входов одинаковы. Отметим, что инверторы
и буферы имеют по одному входу, элементы исключаю­
щее ИЛИ - два входа, а остальные логические элемен­
ты могут иметь до восьми входов.
2.7. Таблицы истинности
В таблицах истинности на рис. 2.3 в у доб ной форме
представлены функции логического элемента. Для логи­
ческого элемента сп входами получается 2п входных ком­
бинаций, т. е. двухвходовый элемент имеет четыре вход­
ные комбинации, а трехвходовый - восемь и т. д.
2.8 . Схема охранной сигнализации
Попробуем найти практическое применение изложен­
ному материалу. На рис. 2.4 показана схема охранной
сигнализации с четырьмя входами. Каждым из входов
управляет нормально замкнутое реле, которое соединяет
RTO fхОи
контакт//.
rcf,ICZ,
rсз,вrс"
+sв
Контакт1 С3
Rg
о
ZZNl/Ф
+
zro
'------""""',./~:io--C:::J----.....J ....""'о"",.,_ _._ о
Рис. 2.4. Схема охранной сигнализации на четыре входа
19

Рис. 2.5 . Внутреннее устройство лоrнческоrо элемента 1С3а
вход с землей («общий»), т. е. обеспечивает на входе. со­
стояние логического О. Когда реле размыкается, состоя­
ние соответствующего входа изменяется с логического О
на логическую 1, что вызывает появление сигнала трево­
ги. Четыре светодиода, управляемых инверторами, инди­
цируют· логические состояния входов, а пятый светодиод
показывает наличие питания. На выходе схемы включен
Динамик LSJ, который импульсно включается с исполь­
зованием звукового и низкочастотного сигналов. Эти сиг­
налы формируют два генератора Шмитта (/С2) с время­
задающими цепочками CJ-RJO и C2-RJJ.
В микросхеме !СЗ типа 7408 используются только два
элемента из четырех, а два других просто оставлены не­
задействованными («плавающими»). На входные контак­
ты 1 и 3 микросхемы !СЗа подаются прямоугольные сиг­
налы разных частот, а пульсирующий выход берется
с контакта 3. На вставке показано соответствие элемен­
тов логической диаграмме микросхемы, а на рис. 2.5 при­
ведена полная схема одного логического элемента. Ли­
нии питания +5 и О В являются общими для всех четы­
рех элементов микросхемы. Как принято для 14-коитакт­
ных корпусов DIP, питание подается на контакты 14
(+5В) tr7 (ОВ}.
2.9 . Прослеживание логических состояний
Обычно, если хотя бы один из внутренних компонен­
то~э логического элемента выходит из строя, приходится
заменять всю микросхему. Поиск элемента, неправильно
вьiполняющеrо свою логическую функцию, можно вести
разными. способами, но эффективнее· и проще всего вос-
;20

пользоваться для этой цели логическим пробником. Этот
удобный и компактный прибор индицирует на светодио­
дах состояние входного сигнала своего зонда (щупа). От·
иосительно длинный импульс (например, в одну секунду
или более) логическим пробником, показывающим толь·
ко состояния логического О и логической 1, обнаружить
довольно легко. Короткий же импульс (0,1 с и менее)
можно зафиксировать, только если в пробник встроен рас·
ширитель импульсов и третий светодиод будет включен
иа достаточное для визуального восприятия время.
Питание логического пробника обычно берется от про·
веряемой схемы с помощью двух скрученных проводии·
ков, оборудованных изолированными зажимами типа
«крокодил». Для подключения пробника можно исполь·
зовать любые подходящие точки, но наиболее удобно под·
ключаться к выводам развязывающих электролитических
конденсаторов или к выходам стабилизатора.
Предположим теперь, что схема охранной сигнализа·
ции не выдает звукового сигнала вне зависимости от со·
стояний ее входов. При наличии логического пробника
рекомендуется следующая процедура поиска неисправ·
иости.
1. Измерьте напряжения питания +s и +12 В. Если
любое из них слишком мало или полностью отсутствует,
проверьте блок питания в соответствии с указаниями,
приведенными в гл. 1.
2. Отключите все четыре входа, при этом благодаря
«вытягивающим» резисторам Rl-R4 на входы !С/а
и !Clb (см. рис. 2.4) подаются уровни логической 1. По­
смотрите на светодиоды Dl-D4. Если ни один из них не
светится, удалите и замените !С4.
3. Проверьте наличие уровня логической 1 на контак­
тах 3, 6 и 8 микросхемы !Cl. Если такого уровня нет,
удалите и замените !Cl. (Отметим, что микросхемы !С/а,
/Clb и !Clc образуют четырехвходовый элемент ИЛИ.)
На выходе 8 микросхемы !Cl должен появиться высокий
уровень, когда на одном или нескольких входах действует
высокий уровень. Если этого нет, замените эту микро­
схему.
4. Теперь проверьте логическим пробником состояния
входов и выходов микросхемы IC3d; на контакте 13 дол­
жен быть высокий уровень; а на контактах 11 и 12 -
пульсирующий сигнал. Если иа входе 12 действует посто-
21

янный высокий или низкий уровень, перейдите к шагу 6,
а в противном случае - к шагу 5.
5. Если на выходе 1 микросхемы !СЗ импульсов нет,
а на входе 13 существует высокий уровень и имеются им­
пульсы на входе 12, удалите и замените !СЗ. Если же
импульсы на выходе 11 есть, перейдите к шагу 8.
6. Проверьте логическим пробником состояния :вхо­
дов и выходов микросхемы /С3а - на контакт~.:~t 1-3
должны действовать импульсные сигналы. Если на одном
или обоих входах !С3а имеется постоянный низкий или
высокий уровень, перейдите к шагу 7. l(огда же импуль­
сы на входах 1 и 2 ест~, а на выходе 3 их нет, следует за­
менить микросхему JСЗ.
7. Удалите и замените !С2. Если неисправность не ис­
чезает, проверьте времязадающие цепочки Cl-RIO
и C2-R11.
8. Отсоедините питание и проверьте с помощью оммет­
ра динамик LSl и резистор R13. Если оба элемента нс·
правны, замените транзистор TRJ.
ГлаваЗ
Моностабильные и бнстабильные схемы
3.1. Моностабильные схемы
Выходные состояния логических элементов, рассмот·
ренных в гл. 2, сохраняют логические О или 1 в зависимо­
сти от логических состояний на их входах. При неизме­
няющихся входах выходные состояния также остаются
постоянными. Однако довольно часто вместо фиксирован­
ного логического состояния требуется короткий импульс,
т. е. переход 0-1 -0 или 1-0 -1 . Схема, которая реали­
зует эту функцию, имеет только одно стабильное (устой­
чивое) состояние и называется мон.остабильн.ой.
Принцип работы моностабильной схемы довольно
прост: на выходе действует уровень логического О до тех
пор, пока на входе запуска не возникает переход или
фронт сигнала. Уровень может измениться с О на 1 (за­
пускающий положительный фронт) или с 1 на О (запус­
кающий отрицательный фронт) в зависимости от конкрет­
ной моностабильной схемы. Сразу же при восприятии
22

Рис. 3.1 . Простой моно·
с~
стабильный генератор от- BxolJ -;
Выход
рицательноrо импульса J
R
~
't70Ом
о
запуска выход схемы перех одит в состояние логической 1.
Через некоторый временной интервал, определяемый
внешними времязадающими элементами, выход возвра·
щается в состояние логического О, и схема ожидает еле·
дующего запуска.
Существует множество разновидностей моностабиль­
ных схем; хотя простейшую из них можно собрать из ло­
гических элементов и дискретных деталей, лучше все­
таки применять специализированные микросхемы . Для
начала рассмотрим простейшие моностабильные схемы
с инверторами. На рис. 3.1 показана схема простого ге·
иератора или формирова1'еля отрицательного импульса
(1-0 -1), запускаемого положительным фронтом. Для
понимания работы схемы следует проанализировать, что
происходит в ней при подаче запускающего импульса.
Воспользуемся для этого временной диаграммой, приве·
денной на рис. 3.2 . Поскольку до заПуска уровень напря­
жения на входе равен нулю, конденсатор С первоначаль·
но разряжен. На входе инвертора действует логический
О, а на его выходе имеется высокий уровень (логическая
1). При запуске входное напряжение быстро изменяется
от нуля до +5 В. Этот перепад напряжения передается
через конденсатор на вход инвертора. Инвертор воспри·
нимает вход логической 1, когда входной сигнал перехо-
0
1
1..._____....._ ______ BxolJ
_
зaf1!JCK(l
;k---------~1
Bxoil
ин6ертора
0
71
г•-----Bыxorl
_
.
ин6е/lтора
Вреня
-
Рис. 3.2 . Диаграмма сигналов схемы, показанной: на рис . 3.1
23

Рис. 3.3. Простой моиостабиль·
иый: генератор положительного
импульса
Рис. 3.4 . Генератор положи·
тельного импульса, запускае·
мый спадающим фронтом
дит порог логической l (примерно 1,5 В), и его выход
бысrро изменяет состояние с логической 1 на логиче·
скиii О.
Затем конденсатор заряжается через резистор R, и на·
пряжение на входе инвертора -экспоненциально спадает
до иуля. Когда входное напряжение инвертора уменьша­
ется ниже порога логического О (также около 1,5 В), он
воспринимает вход как логический О, и на его выходе
устанавливается состояние логической 1.
Временной интервал заряда конденсатора зависит
от постоянной времени RC. Следовательно, при выборе
соответствующих значений резистора и конденсатора
можно получить нужную длительность выходного импуль­
са. Отметим, однако, что для обычных ТТЛ-элементов
оптимальное значение R составляет около 470 Ом и его
нельзя ни сильно увеличивать, ни уменьшать. Поэтому
для получения выходных импульсов различной длитель­
ности приходится варьировать .емкость конденсатора С.
Очевидно, для импульсов большой длительности тре­
буется конденсатор большой емкости, обычно электроли·
тический. В схеме желательно применять конденсаторы
Выхо4
1S
Рис. 3.5. Генератор отрицатель­
ного импульса, запускаемый
спадающим фронтом
Рис. 3.6. Внутреннее устfой:ст­
.во
микросхемы 7412
24
Вр11111.Jаоающи1
.м1н1ит111

-
.е малым током утечки, а если необходимо получить им·
пульс с точной длительностью-:- еще и с малым разбро­
сом. Когда нужен положительный- импульс. (0-1~0),
к выходу подключается второй инвертор (рис. 3.3).
На рис. ЗА и 3.5 показано, как получить nоло:Житель­
ный и отрицательный выходные импульсы при запуске
отрицательным фронтом. Эти схемы похожи на предыду­
щие, ио в инх вход инвертора переводится в состояние
лоrиЧеской 1 при помощи резисторного делителя. Благо­
даря делителю на входе инвертора действует постоянное
иапряжение примерно 2,5 В.
Рассмотрев простейшие моностабильные схемы, по­
знакомимся с популярной микросхемой 74121 ждущего
мультивибратора или одновибратора. В зависимости от
конфигурации схемы запуск осуществляется фронтом лю­
бой полярности. Микросхема имеет два дополняющих вы­
хода Q и Q, а длительность импульса определяется внеш­
ними резистором и конденсатором. Внутреннее устройство
микросхемы представлено на рис. 3.6 . Управляющие вхо­
ды Al; А2 и В определяют три режима запуска:
1) при подключении Al или А2 к логическому О одно­
вибратор запускается положительным фронтом сигнала
на входе В;
2) если AJ и В подключены к логической 1, одновиб­
ратор запускается отрицательным фронтом сигнала на
входе А2;
3) когда А2 и В подключены к логической 1, запуск
осуществляется отрицательным фронтом сигнала на вхо­
де А!.
В отличие от других микросхем одновибратор 74121
не допускает повторного запуска (перезапуска) при фор­
мировании им выходного импульса. Иными словами, по­
сле начала формирования выходного импульса последу·
ющие сигналы запуска не распознаются. Более того,
в обычных условиях одновибратор до следующего запу­
ска требует интервала восстановления, равного длитель·
ности выходного импульса.
3.2. Расширители импульсов
Типичное применение одновибратора связано с рас­
ШЩ>ением очень короткого импульса. Микросхема 74121
идеально подходит для реализации этой функции; ее мож­
но запустить очень коротким импульсом, на который она
25

!ООнс
_fнкФ
1Р'<с
111с
41.чкФ
1
100.чкс
1
1
1
1
/
1
1
1
/
1 1.(Jf1KC
~1dfhк'I'
!нкс
1Q(Jl(_C_; ,
1
'tОкОн
1
Jркон
2окон
f$/(0HI
1
tокон
1
1
/
/
fl(OH
1•qJ
1
1
!
Рис. 3.7 . Номограмма для расчета
длительности импульса в микро­
схеме 74121. При С=О,01 мкФ
и R= 15 кОм длительность им-
пульса составляет 100 мкс
реагирует формированием
выходного импульса фикси­
рованной
длительности.
Единственное условие на­
дежного запуска состоит в
том, чтобы длительность
входного импульса превы­
шала 50 нс. Номинал время­
задающего резистора дол­
жен находиться в диапазо­
не от 1,5 до 47 кОм. Мини­
мальная емкость внешнего
конденсатора составляет 10
пкФ, а максимальная огра­
ничивается только его током
утечки. При необходимости
можно использовать конден­
сатор емкостью в сотни ми­
крофарад. Следовательно,
одновибратор обеспечивает
значительно больший диа­
пазон длительностей выход­
ных импульсов, чем рассмот­
ренные выше простые схемы
с инверторами. Длительность
выходного импульса микро-
схемы 74121 в зависимости
от R и С можно определить
по номограмме (рис. 3.7.)
3.3. RS-триггеры
Рано или поздно у вас возникает потребность в уст­
ройстве, которое может хранить логическое состояние (О
или 1) неопределенно долго, но, разумеется, пока есть
питание. Такие устройства образуют элементарную раз­
новидность памяти, а поскольку их выход может нахо­
диться в одном из двух устойчивых состояний, их называ­
ют бистабильными схемами или триггерами.
26

Рис. 3.8 . Типы RS-тpиrrepoв:
4 - ва эле~е~~тт~; {f€."fi.hи6 - на эле-
Простейший триггер реа­
·.1111зуется на двух элементах
НЕ-И или НЕ-ИЛИ (рис.
8.8). Он имеет два входа
установки и сброса и два До-
полняющих выхода Q и Q.
'~~:t:
Устано8ка а) Устано8ка oJ
Сигнал логической 1 на входе установки заставляет вы·
ход Q перейти (или остаться) в состоянии логической 1,
а сигнал логической 1 на входе сброса заставляет выход
Q перейти (или остаться) в состояние логического О. В лю·
бом случае триггер останется в установленном или сбро·
шенном состоянии до тех пор, пока входной сигнал не
изменит это его состояние.
..
·У простейших триггеров, выполненных на элементах
НЕ-И или НЕ-ИЛИ, имеется существенный недостаток,
который виден из таблицы истинности (табл. 3.1). Невоз·
Таблиц а 3.1. ТабJJнца истинности триггеров,
показанных на рис. з:s
Установка
Сброс
Q
о
о
Не изменяется
о
l
о
l
о
1
l
l
Не определен
Q
1
о
можно предсказать выходное состояние, которое останет­
ся после подачи логической 1 на оба входа одновременно.
~ледовательно, необходимы специальные меры, чтобы
предотвратить такую запрещенную входную комбинацию.
На практике триггеры на элементах НЕ-И и НЕ-ИЛИ
встречаются редко, так как существует множество более
универсальных микросхем триггеров, поведение которых
полностью предсказуемо. Обозначения трех наиболее рас·
пространенных триггеров RS-, D- и JК-типов показаны на
рис. 3.9 .
27

tLf1Clf
кQ
CLR
Рис. 3.9. Условные обозначения
. RS- , D- н /К-триггеров
Состояииt 6xqla D
"~f"Ufltm~ ка l•1xi1f1fl
110 нарасmаNoщtнt
tppoиm!J cuнxp11нu3afltlU
ДанН61г,
Xpt1NUH6/_t 1
3rtЩIJll(t С Нfl•
н1нлrа 1rи1trl­
н110 нарасm«­
ющ110 rppt1нma
синхр11ии1ачии
Рис. 3.10. D-тpиrrep как за­
щелка данных
D-триггер имеет два основных входа: D (от Delay -
задержка или Data - данные) и CLOCK (синхрониза­
ция). Входные данные (логический О или логическая 1)
подаются в триггер так, что его выходное состояние ИЗ''1е­
няется только в те моменты, .когда меняется состояние
сигнала синхронизации. Такая работа называется син­
хронизируемой. Предусматриваются также вспомогатель­
ные входы (обычно с активным низким уровнем), предна­
значенные для прямой установки или сброса триггера.
Эти входы называются (пред) установкой PR и очист­
кой (сбросом) CLR.
Типичное использование D-триггера ка к однобитной
защелки данных показано на рис. 3.10. Работа схемы на­
глядно поясняется временной диаграммой на рис. 3.l l .
; ''--. .. .1 ------'- ------Bxoi .11
п
BxoD
п синхрониза.ции
; \""__.......________.I_
· ____в61хоаа
.
:''--------------:-- -861XDt1i
Вр11111
Рис. 3.11. Временная .rtиаграмма работы D-триr·
repa

Как видно нз диаграммы, состоянне входа D передается
.на
выход Q по нарастающему фронту сигнала синхрони­
ЗаU.йй. Спадающий фронт сигнала синхронизации не ока­
зывает воздействия на выход Q. Отметим, что обычные
D-:-триггеры, например 7474, 74174 и 74175, синхронизи­
руются нарастающим фронтом CLOCK, а JК-триггеры -
'с'Падающим фронтом.
3.4. JК-триггеры
/К-триггер имеет два синхронизируемых входа J и К.
два прямых входа PR и CLR, вход синхронизации, а два
выхода являются дополняющими, т. е. когда один ИЗ' них
пре,цставляет 1, другой представляет О, и наоборот. Вхо­
ды PR и CLR активны при низком уровце, т. е. сигнал
догиче.ского О на входе PR переводит выход Q в состоя­
.иие
логической 1, а сигнал логического О на входе CLR -
в состояние логического О. Таблица истинности /К-триг-
гера приведена в табл. 3.2.
Действия сигналов (пред) установки PR и очистки
(сброса) CLR приведены в табл. 3.3
Т а б л и ц а 3.2. ТабJJица истинности / К-:rpиrrepa
Вход
Выход Qn+t
1
(Q пос.пе перехода
Примечание
J
к
синхронизации
1-+0)
о
о
о
Без изменений (0-0 , 1~1)
о
1
о
Выход сбрасывается (в О)
1
о
1
Выход устанавливается (в 1)
1
1
о
Состояние выхода нзмеияется
(!~. 0-1)
Таблиц а 3.3. Действия сиrна.яов PR и CLR
PR (nt~е.цустановка) 1 CLR (очистка\
Выход Q
о
о
о
1
1
о
1
1
Не определено
1
о
Разрешается синхронизируемая
работа

3.5 . Двоичные счетчики/делители
На рис. 3.12 представлен типичный четырехразряд­
ный двоичный счетчик-делитель на JК-триггерах. Каж­
дый из триггеров делит частоту пополам, поэтому, как
видно из временной диаграммы на рис. 3.13, частота вы­
ходного сигнала равна 1/16 частоты входного сигнала.
Поиск неисправностей в таком делителе обычно сводит­
ся к просмотру выходных сигналов Q каждого разряда
с помощью логического пробника или осциллографа. По­
дозрительным оказывается разряд, в котором действует
правильно синхронизируемый входной сигнал, а выход-
Вход
синхро­
низации
Низкий
f1ро6ень
t7л11 r:opoca
_&'fem'fикa
CLOCK
CLUCK
CLDCtr
Рис. 3.12. Четырехразрядный счетчик на JK-тpнrrepax
30
1
or--- .. ... .. ... .. ... ... .. ...~ . . .. . . . . . . . ...1..L.L.l..L.1...1..1...u..u..u..u..J..1.J..1L.LJ~
а"
(=синх онизациR/2)
1
0t--.L...JL-IL...J'--l.__J,~_J,,-J....J....L..L.-L..1-J_.L-L_
аа
(=синхрони aaquR/Ч.)
ас
___
с;.."_си_нхронизачи11/sJ
.-------..:.с_=с_и_~,","шS~• . ,, ")
Врен11
-
Рис. 3.13. Временная диаграмма работы счетчика, показан­
ного на рис. 3.12

вое состояние не изменяется . В триггере этого разряда
нужно проверить логическое состояние входов J, К, PR
и CLR. Чтобы триггер осуществлял счет, на все х этих
входах должен быть высокий уровень (логическая 1).
3.6. Регистры сдвига
На рис. 3.14 показан четырехразрядный регистр сдви ­
га, построенный на JК-триггерах. Данные сдвигаются из
отдельного ра з ряда в соседний справа разряд по каждо­
му спадающему фронту синхронизации. За четыре пол -
. вых
такта синхронизация логическая 1 со в х ода первого
.. разряда
передается на выход Q последнего разряда.
Временная диаграмма работы регистра сдвига представ-
. Jieнa
на рис . 3.15. При ее построении предполагалось, что
первоначально регистр сброшен, а логическое состояние
на входе не изменяется в течение четырех тактов сннхро­
ннзации.
Поиск неисправностей в регистре сдвига оказывается
· не таким простым, как в двоичном счетчике . Обычно про­
в.еряют, что в каждом разряде имеется синхронизация,
lf прослеживают выходы Q каждого разряда. К сожале·
нию, такая проверка может дать обескураживающий ре-
. зультат,
если вход данных не изменяется. Поэтому иног­
да приходится отсоединять входную цепь и проверять
эффект загрузки во все разряды логического О (вход J
первого триггера подсоединяется к земле) и логической
1· (вход J первого триггера через резистор 1 кОм поl!сое­
диняется к питанию +s В) .
QA
ав
Q~
4'о
SxoJ
J1oгul/ecxa11 .Логuческt:Lя Лоеuчеr:кая Лozu'letl(aR
1
1
1
1
~анн111к
JPRа
J'PRQ
JРНQ
Cl.OCK
CLOCI<
CLOCX
Q /(CLRfi
1(CLR Q
/(CLRQ
НtftotJ-
/(l/f9'ftlf
Рис. 3.14. Четырехразрядный регистр сдвига на JK·тpиrrepax
31

tuнxpOHUЗtЩUll
;1попоплnn-Пnnnnопопг
ОL....~~~..._~~~~~~~~~~~Dвр=~~н=-я
~
Рис. 3.15. Временная диаграмма работы регистра сдви·
ra, показанного на рис. 3.14 (предполагается, что на
входе данных действует сигнал JJorичecкoll 1)
3.7. Логические пульсаторы
Производить физические отсоединения в схеме для
изменения логического состояния конкретного узла и не­
удобно, и долго. Конечно же, должен существовать бо·
лее практичный способ моментального изменения состоя·
ния узла без вмешательства паяльником и риска
повреждения элементов на печатной плате. Для этого
требуется логический пульсатор.
Логический пульсатор - это простой прибор, пред­
назначенный для введения в проверяемую схему корот·
кого импульса (самодельный логический пульсатор опи­
саи в приложении 2). Длительность импульса устанав­
ливается небольшой для того, чтобы не повредить ни
проверяемую схему, ни сам пульсатор, а полярность им­
пульса изменяется с помощью специального переключа­
теля. Импульс генерируется при нажатии соответствую­
щей кнопки, вмонтированной в корпус прибора. Нор·
мально зонд пульсатора должен иметь высокое
сопротивление, чтобы не влиять на логическое состояние
узла.
Питание пульсатора, как и лоr11ческого пробника,
обычно берется от проверяемой схемы с помощью пары
32

",
1к0н
синхрон/J·
·~--"---0:::::~
/Cf Контакт 1
rczкoнmaкmff
rсз нонmакm 7
(fНГЦ)
Сцнхрон11-
ааци11ш цны
(fНГц)
РаJрешениl!
1:инхрони-
1ачии
Рис. 3.16 . Двухфазный делитель частоты синхронизации для микро­
процессора. Логический пульсатор подключается в точке А, а логи­
ческим пробником касаются точки В
Рис. 3.17. Внутреннее устройст­
во JК-триггера
о
+58
скрученных проводов, оканчивающихся зажимами типа
«Крокодил» . Зажимы удобно подключать к выводам
электролитических развязывающих конденсаторов или
к выходным выводам стабилизатора.
Для иллкх:трации приемов работы с логическим пуль­
сатором обратимся к схеме двухфазного генератора
синхронизации с делителем, показанной на рис . 3.16. Де"
.питель выполнен на ТТЛ-микросхеме, представляющей
собой сдвоенный JК-триггер (см. ее внутреннее устрой­
ство на рис . .3 .17). Отметим, что в этой микросхеме пи­
тание подается на нестандартные контакты.
Предположим, что на шине нет обоих сигналов синх­
ронизации в модуль отсоединен от системной синхрони­
зации, которая считается исправной. Подсоединим пуль­
сатор на вход синхронизации !С2а и одновременно про·
, 3-391
33

контролируем выход /С2Ь с помощью логического
пробника. Для проверки правильности работы делителя
нужно несколько раз нажать на кнопку и наблюдать из­
менения сигнала на выходе прибора. (Отметим, что пуль­
сатор «перевешивает» любой логический выход микро­
схемы JCJ.)
Узнавать, какой конкретно JК-триггер не работа~т,
не имеет смысла, так как придется заменять всю микро­
схему. Убедившись в правильной работе /С2, необходи­
мо проверить шинные драйверы /СЗа И /СЗЬ. Для этого
нужно просто перенести логический пробник на соответ­
ствующую линию шины, продолжая подавать импульсы
на вход синхронизации первого] К-триггера.
Глава4
Таймеры
В цифровых схемах часто требуется источник импуль­
сов с точно определенной длительностью. Обычно необ­
ходимы и одиночный импульс с заданной длительностью,
и непрерьпшая последовательность импульсов с заданны­
ми частотой и коэффициентом заполнения. Первому тре­
бованию удовлетворяет моностабильная схема (см. гл.
3), а второму - астабильная схема. (Термин «астаб_иль­
ный» означает, что выход схемы не находится в стабиль­
ном или устойчивом состоянии, а непрерывно изменяет­
ся между низким и высоким уроюrями, т. е. схему можно
считать разновидностью генератора . )
Вместо проектирования схемы из традиционных ло­
гических элементов проще и экономичнее использовать
одну из выпускаемых микросхем таймеров. Таймер мо­
жет работать в обоих режимах, а для задания его рабо­
чих параметров требуется очень мало внешних элемен­
тов.
До рассмотрения схемы типичного таймера уточним
некоторые относящиеся к нему термины.
Частота повторения импульсов f импульсного сигнала
характеризует число импульсов, приходящихся на задан­
ный временной интервал, обычно на 1 с. Сигнал с часто­
той 1 кГЦ соответствует 1000 импульсам в секунду.
34

100% --------
90% ---- -------
50%----
10% ---
0 --~н+оt-t~Ф _tc~.j..1-1.o<-
t
Рис. 4.1. Типичные параметры импульсного сиг­
нала
Период импульсов t импульсного сигнала - это вре­
мя одного полного цикла импульса:
t= 1/f.
Период указанного выше импульсного сигнала со­
ставляет 1/1000 с, или 1 мс.
Коэффициент заполнения (КЗ), %, импульсного сиг­
нала равен отношению tакл (высокий уровень) к сумме
tвкл и tвы.кл _(низкий уровень)' т. е.
КЗ = fвнл
100%.
(tвнл + fвынл)
Сигнал, у которого fекл= 1 мс н fвы.кл= 1 мс, имеет
коэффициент запо.11нения 50 %, т. е. собственно импульс
действует в течение половины периода.
Коэффициент формы (К.Ф) импульсного сигнала ра­
вен отношению tвкл _(высокий уровень) к fвыкл (низкий
уровень).
Ширина и.мпульса прямоугольной формы равна вре­
менному интервалу, измеренному на уровне 50 % ампли­
туды, в тече·ние которого сигнал имеет высокий уровень
Jвключен).
Время нарастания (фронта) tФ импульса равно вре­
менному интервалу между точками 10 и 90 % его ампли­
туды. Время нарастания «идеального» импульса равно
нулю.
Время спада (среза) fc импульса равно временному
интервалу между точками 90 и 1О % его амплитуды.
Время спада «Идеального» имПу:; ::.~а. равно нулю.
На рис. 4.1 представлен типиl: : ; ый импульсный сигнал
и показаны рассмотренные параметры.
3*
35

4.1. Таймер 555
Микросхема таймера 555, по-видимому, является од·
ной из наиболее универсальных микросхем. Она не толь­
ко сочетает в себе комбинацию аналоговых и цифровых
схем, но и широко применяется в области цифровых
генераторов импульсов. Чтобы разобраться в работе
микросхемы, остановимся на ее внутреннем устройстве.
Упрощенная схема таймера 555 приведена на рис. 4.2 .
По существу, таймер состоит из двух операционных уси­
лителей, используемых в качестве компараторов, и RS-
триггера. Кроме того, предусмотрен инвертирующий вы·
ходной буфер, обеспечивающий достаточно высокую
нагрузочную способность. Для быстрого разряда внеш­
него времязадающего конденсатора имеется транзистор­
ный R.'IIOЧ TRJ.
На рис. 4.3 показано включение стандартного тайме­
ра 555 в качестве астабильного генератора импульсов.
36
порог
(6)
Рао1р10
(7)
+Vtc (8)
г- --------------: . . ..,
1
1
1
R
1
1
Сорос
1
(,, .,
1
R
sа
Рис. 4.2 . Упрощенное внутреннее устройство тайме­
ра555.

Предположим, что на Выходе (контакт 3) первоначаль­
но действует напряжение высокого уровня и транзистор
выключен. Тогда конденсатор С начнет заряжаться от
источника питания через резисторы R1 и R2.
Когда напряжение на входе Порог (контакт 6) пре­
высит две трети напряжения питания, состояние на в х о­
де верхнего компаратора изменится, RC-тpиrrep сбросит-
_ся (О) и на выходе Q появится напряжение высокого
уровня, котор ое включает транзистор TRJ. Из-за нали­
чия инвертирующего буфера на Выходе (контакт 3)
формируется напряжение низкого уровня.
Теперь конденсатор С будет разряжаться током, ко­
торый протекает через резистор R2 и транзистор TR 1.
Через некоторое время напряжение на входе Запуск
, (контакт 2) уменьшится до одной трети напряжения ис­
т о чника питания н нижний компаратор изменит свое со­
стояние, возвратив триггер в исходное состояние (1). На
nыходе Q появится напряжение низкого уровня, транзи­
стор TRJ выключится, и на Выходе (контактЗ) появится
напряжение высокого уровня. Таким о б разом, весь цик.11
работы таймера повторяется непрерывно.
111
Лороt
Ht
+Vee
r---e+numaнut
. ....-- --r'I С~рtН:
....
1
-- -,
1
16
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
IJ!
Рнс. 4.3 . Астабильная конфигурация таймера 555
37

Форма выходного сигнала схемы, показанной на рис.
4.3, аналогична сигналу на рис. 4.1. Основные параметры
генератора рассчитываются следующим образом:
fвнл = 0,693 (RJ + R2) С;
fвыкл = 0,69ЗR2ХС;
t= tвкл+lвыклF 0,693(RJ+2R2)С;
f
1,44
=
(Rl + 2R2)C
К.З= lвнл = (Rl+R2) Xl00%;
fвкл + lвынл (Rl + 2R2)
КФ = tвкл
=
Rl+R2
lnынл
R2
Для получения симметричного прямоугольного сигна­
ла следует выбрать резистор R2 намного больше Rl.
На рис. 4.4 показан стандартный таймер 555, работа­
ющий в моностабнльном режиме. Для получения выход­
ного импульса на вход Запуск подается спадающий
38
R
+~с
,____ _.
Порое 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7·1
+питание
8
--------
сор ос
4-
---,
Запqск
2
Рис:. 4.4 . Моностабильная конфигурация тайме­
ра 555

фронт, т. е. осуществляется переход от 1 к О. К.огда дей­
,етвует этот сигнал и запускающее входное напряжение
уменьшается ниже одной трети напряжения питания, на
выходе нижнего компаратора появляется напряжение
высокого уровня и триггер переводится в состояние 1. На
выходе Q триггера формируется напряжение низкого
уровня, транзистор TRJ выключается, и на выходе схе­
мы (контакт 3) появляется напряжение высокого
уровня.
После этого конденсатор С заряжается от источника
питания через резистор R до тех пор, пока напряжение
Порога не достигнет двух третей напряжения питания.
В этот момент напряжение на выходе верхнего компара­
тора изменяется и триггер сбрасывается. На его выходе
Q оказывается напряжение высокого урщшя, транзистор
TRJ включается, а на выходе (контакт 3) формируется
напряжение низкого уровня. Следовательно, схема пере­
водится в пассивное состояние и ожидает следующего
запускающего импульса.
Для этого режима справедливы следующие расчет­
ные соотношения:
временной интервал, в течение которого на выходе
действует напряжение высокого урQвня, t= 1,1 XRC;
рекомендуемая ширина запускающего импульса
fзап<fвкл/4.
4.2 . Семейство таймеров 555
Стандартный таймер 555 выпускается в 8-контактном
корпусе типа DIP (рис. 4.5). Диапазон рабочего напря­
жения питания составляет от 4,5 до 15 В. Он перекры­
вает обычный диапазон ТТ Л-схем, поэтому таймер мо­
жет работать вместе с ними. Выпускаются также и дру­
гие разновидности стандартного таймера 555.
Маломощный КМОП-таймер -- 555
(например,
ICM7555IPA). Эта микросхема является аналогом стан­
дартного таймера, но изготавливается по К.МОП-техно­
логии. Благодаря этому расширяется диапазон напряже­
ния питания (от 2 до 18 В) и уменьшается потребляемый
ток (120 мкА при питании 18 В). Несмотря на то что вы­
ходная нагрузочная способность микросхемы уменьша­
ется, все же допускается подключать к схеме до двух
стандартных ТТЛ-нагрузок.
Сдвоенный таймер 555 (например, NE556A). Это про-
39

7 Paзpfid
6 Порог
s Vnp,Jll11111ut,
Разряо 1
Пораг
!lпра6-
.ление
Taii~ttp сtЛрос
А·
Sы;.:аа
Jangcк
о7
556
Рис. 4.5. Разводка ко1щt,ктов
одиночноrо таймера 655
порог
!Jrrna6· 7i. ~ е'Р
11 ле'Ние
аинв
Ctlpac
Выхоа
Jangcк
Рис. 4.6. Разводка контактов сдвоенного тайме· .
ра 555
сто сдвоенный вариант стандартной микросхемы 555, вы­
пускаемый в 14 - контаюном корпусе (рис . 4.6). Оба тай­
мера можно использовать независи110 друг от друга; они
обладают такими же электрическими характеристиками,
как и стандартный таймер 555.
Мало,11ощный сдвоенный таймер (например,
IСЛ'175561РА). Микросхема представляет собой сдвое н­
ный вариант КМОП-таймера 555 и оформлена в 14-кон­
тактном корпусе, так же как и приведенная на рис. 4.6 .
Оба таймера автономны и обладают электрическими ха­
рактеристиками, аналогичными I\МОП-таймеру 555.
4.3. Поиск неисправностей в схемах с таймераl\tи
Определить неисправности в схемах с таймерами до­
воJiьно просто. Прежде всего требуется выяснить, в каком
режиме (астабильном или моностабильном) работает
таймер. Затем следует сделать обоснованное предполо­
жение о длительности выходного импульса. При . этом
можно вос по льзо:!аться ппиведе:шыми выше соотноше­
ниями либо номограммами, приведенными па рис. 4.7
и 4.8.
40

[Plf/(ф
{),22Н!(ф
0,1/'f.'(ф
0,1Гц
!Гц
100Гц
.........
........
4оо?ц
f!(ГЦ
Ь,01/lfХФ l
101rrц
100хГц
!JJOH
1кон
Рис. 4.7. Номограмма для опре-
деления частоты импульсов
таймера 555 в астабильном ре­
жиме. При С=О,22 мкФ и R=
=Rl=R2= 10 кОм частота со-
ставляет около 400 кГц
!J!!КФ
/
/
/
О,оtнкФ
1ocl
rc:
тоне
sнс/
/
/
/
111с
fНОН~
47к0н
/
/
/
/'
f!(O/tf
Рис. 4.8 . Номограмма для
определения ширины им­
пу;1ьса таймера 555 в моно­
стабильном режиме. При
С=О,1 мкФ и R=47 кОм
ширина импульса составляет
около 5 мс
Выходное состояние таймера (сигнал на контакте 3,
см. рис. 4.6) опредеJ1яется с помощью .11оrического проб­
ника (схема самодельного пробника дана в приложении
2) или осщ:ллографа, сели, конечно, он есть. В астабиль­
ном режиме логический пробник при касании его зондо~1

--- ---- --- +Vcc
Ct
JrJt!Ct:J KOCH(/m6·
сн ло~иvескин
r-1--*~...'
npotFнuкон
555 /
JGГl!JCK ~ t----+- - - -t
'J
._
__.ГL_~
- - L___ --~-
-------------о
«ороткшi. .Jапgскающий инпgльс
Рис . 4.9 . Моделир о вание запуска спадающим
фронто~
контакта 3 стандартного таймера должен показать на­
личие непрерывной импульсной последовательности (ин­
дикация светодиодами логических О и 1). По относитель­
ной яркости свечения светодиодов можно даже грубо
оценить коэффициент заполнения импульсов.
Отметим, что для обеспечения астабильного режима
работы на входе Сброс (контакт 4) должен действовать
сигнал высокого уровня. В некоторых устройствах этот
вход используется для переключения триггера. Поэтому,
если астабильная работа не обнаруживается, целесооб­
разно проверить сигнал на входе сброса.
Для проверки моностабильной работы также доста­
точно одного логического пробника. Но если длитель­
ность выходного импульса невелика (например, менее
100 мс), важно, чтобы в пробнике была схема расшире­
ния импульсов. Зондом пробника следует коснуться вы­
хода (контакт 3 в стандартном таймере 555) и осущест­
вить запуск. В некоторых схемах запуск реализуется
очень просто, например с помощью специально предус­
мотренной для этого кнопки.
В других случаях запуск можно смоделировать, за­
коротив контакт 2 H<l землю, как показано на рис. 4.9 .
Подчеркнем, что при сопряжении сигнала запуска по
постоянному току спадающий фронт импульса должен
иметь достаточную амп.rштуду, чтобы напряжение на
контакте 2 упало ниже одной трети напряжения пита­
ния.
Если длительность выходного импульса не совпадает
с ожидаемой (особенно в схемах с электролитическим
времязадающим конденсатором), приходится проверять
42

fЮСТоянные напряжения на входах Порог и Разряд (см.
~нс. 4.6). Для измерения следует пользоваться только
во.пьтметром с очень высоким входным сопротивлением.
Ьбычные мультиметры со входным сопротивлением око·
по 20 кОм/В для таких измерений не подходят, так как
сильно изменяют постоянные времени заряда и разряда.
Глава 5
Микропроцессоры
В этой rлаве рассмотрим основные характеристики
четырех наиболее распространенных 8-битных микропро­
цессоров и некоторые приемы поиска неисправностей
j микропроцессорных системах. Глава начинается с об­
jцего введения в микропроцессоры и микропроцессорные
системы, рассчитанного на читателей, которые с ними
);еще не знакомы .
.··
Микропроцессоры - это СБИС, которые могут вос-
·nринимать, дешифровать и выполнять команды, пред­
·i«.:тавленные в двоично·кодированной форме. Микропро-
· дессор
образует ядро любой микрокомпьютерной систе­
. мы.
Однако сами по себе микропроцессоры ·не являются
компьютерами, поскольку требуют разнообразных вспо­
могательных («Поддерживающих») микросхем. Среди
последних важнейшую роль играют микросхемы, пред­
назначенные для хранения последовательностей команд
(т. е. программ) и изменяющейся информации (т. е. дан­
ных), привлекаемой для обработки.
Некоторые специализированные микропроцессоры
снабжены внутренней памятью (для хранения программ
я данных) и входными/выходными портами. Для таких
,микропроцессоров требуется минимальный объем внеш­
. lfиx
вспомогательных схем, и они идеально подходят для
.. дешевых
систем управления. Обычно упомянутые микро­
)1роцессоры называются однокристальными микро­
:}fомпьютерами.
-
Микропроцессоры в зависимости от размера двоич­
lfых чисел, которыми они оперируют, можно разделить
•ila два класса. Большинство современных микропроцес­
~.tоров выполняют операции . над группами из 8 или 16
· д~юичных разрядов ,(бит). Очевидно, 16-битные микро-
:43

процессоры оказываются мощнее 8-битных. В ряде слу­
чаев их применения выбирать между этими двумя клас­
сами почти не приходится. Например, относительные
стоимость и сложность 16-битных микропроцессоров пре­
пятствуют их использованию в системах управления.
Поэтому будем ориентироваться на 8-, а не н а 16-бнтные
микропроцессоры .
8-битный микропроцессор вводит и выводит данные
групп а ми по 8 бит, называемы х байтами. Данные пере ­
даются по восьми отдельным Jшниям DO-D7, образую­
щим шину данных. Микропроцессоры определяют ис­
точник данных (откуда их нужно считать) и их получа­
тель (ку да данные нужно записать), указывая
местоположение данных в форме уникального адреса.
Для этого адресный двоичный набор помещается на ши­
ну адреса. В 8-битных микропроцессорах шина адреса
всегда состоит из 16 отдельных линий АО-А15 .
Адреса, по которым считываются и записываются
данные, могут относиться к системной памяти (напри­
мер, ЗУПВ или ПЗУ) либо к вводу-выводу (ВВ). Рас­
пределение адресного диапазона 64К в 8-битных микро­
процессорах удобно показывать с помощью карты па­
мяти.
Еще одна шина применяется для определения направ­
ления передачи данных (т. е. указания операции считы­
вания или записи) и некоторых общих служебных функ­
ций, например сброса. Эта шина называется шиной уп­
равления и в зависимости от типа микропроцессора
СОСТОИТ ИЗ 5-15 ,IJИНИЙ.
Первое поколение 8-битных микропроцессоров появи­
лось в середине 70-х годов, начиная с микросхемы 8008
фирмы Intel. По тому времени она казалась удивитель­
ным прибором, который мог заменить множество других
микросхем и адресовать «огромную » память 16К байт.
По современным меркам микропроцессор 8008 выглядит
довольно ~слабым» по своим возможностям. Затем. по­
явился более «удачный » микропроцессор 8080, выполнен­
ный по NМОП-технологии (микропроцессор 8008 выпус­
кался по РМОП-технологии). Микропроцессор 8080
имеет 16 линий адреса, обеспечивающих адресацию па­
мяти 64К байт, и 78 команд, находящихся в распоряже­
нии программиста. На базе этого микропроцессора были
разработаны более совершенные микропроцессоры 8085
и Z80.
44

Наряду с фирмой lпte\ к производству микропроцес~
соров подключшшсь и другие фирмы, например 1\ilotoro!a
(микропроцессор 6800) и MOS Techпology (микропро~
цессор 6502). В последующие rоды было затрачено мн о­
го усилий на переход к 16- и 32-битным микропроцессо­
рам. Несмотря на новейшие разработки, первые образцы
микропроцессоров, а также их модификации довольно
широко применяются и в настоящее время . Цеиы на них
значительно снизились , и теперь можно собрать микро­
процессорную систему (состоящую из центрального про­
ц ессора и ряда вспомогательных микросх ем) за умерен­
ную плату . Например, основой системы управления
микроклиматом почти наверняка будет микропроцес­
сор или однокристальный микрокомпьютер. Такая систе­
ма не только выполнит все традиционные функции, но
и обеспечит более с_ложные средства обработки. данных,
а также х ранение их с во з можностью использования в по­
следующем и даже передаст информацию в удаленный
компьютер. Сэкономленное при проектировании аппарат­
ных средств время целесообразно посвятить программно-
.мr
обеспечению проекта, а последующие улучшения све­
сти к замене программного ПЗУ.
5.1 . Внутренняя архитектура
Главными внутренними элементами микропроцессора
являются:
регистры для временного хр а нения команд, данных
и адресов;
арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое
реализует множество арифметических и логических
функций;
схема управления, воспринимающая и генерирующая
внешние управляющие сигналы (например, считывания
и записи) и формирующая сигна л ы для синхронизации
всей системы.
.
Конечно, внутреннее устройство (или архитектура)
микропроцессоров разных семейств различно, но в них
. имеется
и много общих элементов. Например, в основ­
ных микропроцессорных семействах заметна тенденция
сохранить «совместимость вверх » в части их внутренней
архитектур1:>1 и системы коман д, что, безусловно , делает
~овые приборы более привлекательными для потребите­
лей.
45

Внутренние регистры - это просто наборы триггеров­
защелок (см. гл. 3), в которые при обработке помещают­
ся двоичные данные. Некоторые из регистров доступны
программисту (т. е. он может записать в них или счи­
тать их содержимое), а другие не доступны. Регистры
подразделяются на специализированные (т. е. имеющие
конкретное назначение, например указание ячейки памя­
ти или хранения результата операции АЛУ) и общего
назначения.
Особенно важную роль в микропроцессоре играют
следующие регистры.
Программный счетчик или указатель команды. Про­
граммный счетчик РС или указатель команды IP в 8-бит­
ном микропроцессоре - это 16-битный регистр, содержа­
щий адрес следующего командного байта. При выборке
каждого командного байта производится автоматичес­
кий инкремент программного счетчика.
Аккумулятор А функционирует как регистр-источник
и регистр-получатель; он одновременно является и ис­
точником одного из байт данных, которые требуются для
операции АЛУ, и местом, куда помещается результат
операции АЛУ. Разумеется, в 8-битных микропроцессо­
рах длина аккумулятора составляет 8 бит.
Регистр флажков F (или регистр состояния SR, ре­
гистр кода условия CCR) содержит информацию о вну­
треннем состоянии микропроцессора, в частности об осо­
бенностях результата последней операции АЛУ. Под­
черкнем, что регистр флажков не является регистром.
в обычном смысле, а представляет собой просто набор
триггер-защелок, состояния которых зависят от резуль­
тата операции АЛУ. Можно считать, что выход каждого
триггера действует как флажок. Обычно имеются флаЖ­
ки нуля Z, переполнения V, отрицательного результата
N и переноса С.
Указатель стека. В большинстве микропроцессоров
требуется доступ к такой области внешнего ЗУПВ, кото­
рая предназначена для временного хранения данных. Эта
область называется стеком и занимает от 16 до 256 байт.
(Заметим, однако, что стек - это динамическая структу­
ра и его размер изменяется в процессе обработки).
Стек работает по принщшу «Последний пришел-пер­
вый. ушел» (LIFO). Данные включаются («проталкива­
ются») в стек, а затем извлекаются · («выталкиваются»)
из него. Указатель стека sp_ следит за положением стека,
4fi

11
11
IL
L-
fиина .
iJанных(8}
Шина
Шина
!Jпра6ления
t:11Jpeca(t6)
Рис. 5.1. Упрощенная внутренняя архитектура типичного 8-битного
микропроцессора
т. е. содержит адрес последней исriользованной ячейки
стека. В некоторых микропроцессорах, например в мик­
ропроцессоре 6809, имеются два независимых указателя
стека - системный указатель стека SSP и пользователь­
ский указатель стека USP .
Регистр команды непосредственно программисту не­
доступен. Он содержит текущий командный байт, который
декодируется дешифратором команды. Выходы дешиф­
ратора команды подаются в схему управления микропро­
цессора, определяющую направление передач данных
и реагирующую на внешние сигналы, появляющиеся на
шине управления, а также выполняет другие функции.
Упрощенная внутренняя ахритектура типичного
8-битноrо микропроцессора показана на рис. 5.1 . Отме­
тим, что линии внешней шины управления изолированы
от линий внутренней шины с помощью буферов и основ­
ные внутренние элементы связаны быстродействующей
внутренней шиной данных.
47

5.2 . Линии управления
Рассмотрим вкратце функции наиболее важных внеш­
них линий управления, которые имеются в большинстве
микропроцессоров.
Считывание/запись. На линии считывания/записи
R/W действует сигнал низкого уровня, когда микропро­
цоссор выполняет операцию записи, и сигнал высокого
уровня в операции считывания. В некоторых микропро­
це<Х:орах, например в Z80, имеются отдельные линии счи­
тывания READ и записи WRITE .
Запрос прерывания. На входной линии запроса пре-
рывания IRQ или INT внешнее устройство формирует
сигнал низкого уровня, обращая «внимание» микропро­
цессора на этот сигнал. Если флажок прерывания сбро­
шен (логический О), запрос воспринимается и микропро­
цессор прерывает обычную обработку и переходит к вы­
полнению нужной процедуры прерывания.
Нелtаскируемое .!!J!.!РЫвание. Реакция на обычный за­
прос прерывания (1RQ или !NТ) определяется флажком
прерывания, поэтому прерывание может быть замаскиро­
вано. В программу вводятся команды, которые устанав­
ливают и сбрасывают флажок прерывания и, следова­
тельно, разрешают или запрещают прерывания. Такой
способ позволяет гибко реагировать на прерывания -
мы сами определяем, воспринимаются они или игнори­
руются. Однако в некоторых ситуациях требуется, чтобы
прерывание обслуживалось независимо от текущих дей­
ствий микропроцессора. Для этой цели предусмотрена
отдельная линия немаскируемого прерывания NMJ. Ког­
да иа ней появляется сигнал низкого уровня, выполнение
программы прерывается независимо от состояния флаж­
ка прерывания, т. е. независимо от того, разрешены пре­
рывания или запрещены.
Сброс. Сигнал низкого уровня на входной линии сбро­
са RES применяется для инициализации системы, т. е.
приведения ее в известное состояние, до обычного вы­
полнения программы. При активном сиrnале сброса про­
граммный счетчик РС переводится в определенное со­
стояние (например, в него загружается нуль или кон­
кретный адресный вектор) и прерывания запрещаются.
Выполняются и другие внутренние операции, зависящие
от типа микропроцессора.
48

8ыхо8
Л-fl
1
'
~
10rJOn1<Ф
25Онс
Рис. 5.2. Типичная схема синхрониз ации
Синхронизация. Для упорядочивания передач дан­
ных внутри микропроцессора необходимо синхронизиро­
вать их специальными сигналами. Они формируются ли­
бо внешним генератором (рис. 5.2), либо аналогичным
внутренним генератором. Для поддержания точности
и стабильности сигнаJ1ов синхронизации обычно приме­
няется кварцевый осциллятор; диапазон частоты синхро·
низации составляет от 1 до 8 МГц.
Такт синхронизации (Т-состояние) является в микро­
процессоре основным временнь1м интервалом. Машин­
ный цикл (М-цикл) - это минимальная неделимая еди·
ница действий микропроцессора. Обычно он состоит из
3-5 тактов синхронизации. Командный цикл, включаю­
щий в себя выборку, дешифрование и выполнение
команды, обычно требует от 1 до 5 машинных циклов .
Оценим реальные временные интервалы, о которых
идет речь. Предположим, что микропроцеосор Z80 рабо·
тает с частотой синхронизации 4 МГц. Тогда такт син­
хронизации (Т-состояние) соответствует 250 нс. Продол­
жительность машинного цикла (М - цикла) составляет от
0,75 до 1,25 мкс, а командного цикла (в зависимости от
команды) - от 1,25 до 6,25 мкс. Другими словами,
микропроцессор может выполнить от 160 ООО до 800 ООО
команд в секунду!
5.3 . Микропроцессорные системы
Даже самый совершенный микропроцессор практиче·
ски бесполезен без «поддержки» других устройств, кото­
рые подразделяются на три групы.
Запоминающее устройство с произвольной выборкой.
Выше мы говорили о том, что всем микропроцессорам
требуется доступ к памяти со считыванием и записью,
4-391
49

цп
itapaifлt­
льныii.
66o6-6w6o4
после606а­
тельн•1ti.
66oiJ-6616o6
~.--~.я---- nреры6ание
Рис. 5.3 . Основные компоненты микропроцессорной системы
и хотя однокристальные микропроцессоры обладают та­
кой небольшой внутренней памятью, обычно для органи­
зации памяти требуются соответствующие микросхемы
(подробнее см. в гл. 6).
Постоянное запоминающее устройство. Микропроцес­
сорам необходима некоторая фиксированная память для
управляющих программ и, возможно, операционных си­
стем и интерпретаторов языков программирования высо­
кого уровня. Такая память обеспечивается микросхема­
ми постоянных запоминающих устройств (см. гл. 6).
Микросхемы для ввода-вывода. Чтобы выполнить лю­
бую полезную функцию, микропроцессор должен как-то
взаимодействовать с внешним миром. Такие связи реа·
лизуются с помощью БИС, конфигурация которых опре­
деляется программно и которые называются программи­
руемыми.
Микросхемы для ввода-вывода подразделяются на
параллельные (одновременно передается байт) и после­
довательные (по единственной линии передается один
бит за другим).
-
.
На рис. 5.3 показана базовая конфигурация микро­
процессорной системы, содержащая центральный микро­
процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ), запоминающее устройство с произвольной вы­
боркой (ЗУПВ) и микросхемы для ввода-вывода. Отме­
тим наличие в системе трех шин; компоненты объединя­
ются шинами адреса, · данных и управления, поэтому
одним из требований к вспомогательным микросхемам
оказывается наличие у них тристабильных выходов. С их
50

помощью обеспечивается Десятичнь1u
афее
отключение микросхемы
65535
от шины, когда последняя
не требуется.
S7JH
5731tJ
' r9152
' r9T51
'r0960
Jr09S9
32768
32767
21#576
2'r575
о
8 К П3!11
ВК ПЗУ2
Расширение
86od-6ь16od
Расширение
21f.K ЗУПВ
!6-рцчнь1U.
arlpec
FFFF
EQOO
I/FFF
COrJO
BFFF
АООО
8000
7FFF
6000
SFFf'
0000
б'rl
Вспомогательные мик­
росхемы, например ПЗУ
или ЗУПВ, почти всегда
выбираются или разреша­
ются низким уровнем сиг­
нала разрешения кристал­
ла EN или выбора (вы­
борки) кристалла CS.
Обычно эти сигналы фор·
мируют дешифраторы ад­
реса, на входы которых
подаются сигналы с ши­
ны адреса. Дешифратор
адреса как бы разделяет
имеющуюся память на.
блоки, каждый из кото-
ы
тветствует кон Рис. 5.4. Типичная карта памяти
РХсоо
·
системы управления с 8-битным
кретной вспомогательной
микропроцесоором
микросхеме. Следователь-
но, когда микропроцессор
считывает или записывает информацию, например в
ЗУПВ, дешифратор адреса обеспечивает выбор только
ЗУПВ, а внутренние буферы микросхем ПЗУ и ввода­
вывода удерживают их выходы в высокоимпедансном
состоянии.
Распределение пространства памяти в микропроцес­
сорной системе удобно показывать с помощью так назы­
ваемой карты памяти. 8-битный микропроцессор с 16-ли­
ниями .адреса может адресовать любую из 65536 (216)
ячеек памяти, поэтому диапазон адресов памяти состав­
ляет от О до 65535 (максимальный адрес). На рис. 5.4
показана типичная карта памяти с адресами.
5.4 . Поиск неисправностей в микропроцессорах
Поиск неисправностей в микропроцессорных систе­
мах, особенно для новичков, может оказаться сложной
задачей. Однако расстраиваться не нужно, потому что
4*
51

большинство неисправностей довольно 11росты и их мож­
но обнаружить несJюжным прибором. До начала работы
следует по возможности получить принципиальную схе­
му и документацию по эксплуатации системы; в ней
приводятся наиболее часто встречающиеся неисправ­
ности.
Отправной точкой при работе со схемной платой слу­
жит идентификация основных элементов, включая мик­
ропроцессор и вспомогательные микросхемы. Микросхе­
мы полупроводниковой памяти обычно размещаются
компактно, и их легко найти (подробнее см. в гл. 6),
а микросхемы для ввода-вывода располагаются вблизи
(~оответствующих разъемов. Генератор еинхронизации
легко найти по кварцу, а дешифраторы адреса выполня­
ются на ТТ Л-схемах либо на заказных логических мат­
рицах (программируемые логические матрицы ПЛМ или
нескоммутированные логические матрицы НЛМ).
Разобравшись в схемной плате и найдя основные
микросхемы, нужно попытаться найти ответы на следую­
uше ВОПDОСЫ.
1. В· каком состоянии находится система
-
имеется
ли какая-либо индикация или система выглядит пол н о­
стью неработающей? В последнем случае прежде все г о
н е:обходимо проверить напряжение питания +5 В. Ес .ТJи
оно мало или отсутствует, следует отключить питание от
печатной платы и установить, «виноват» блок питания
или чрезмерная нагрузка из-за короткого замыкания
в самой системе.
2. Нажмите кнопку сброса и посмотрите, возникают
ли в системе какие-либо изменения. Если происходит
частичный сброс (например, индицируется сообщение об
авторском праве или появляется какой-то начальный
стимул), неисправность микропроцессора маловероятна,
а более правдоподобен отказ в какой-либо вспомога­
тельной микросхеме, например в ЗУПВ.
3. Если наблюдается перемежающаяся неисправность
(система какое-то время работает, а затем останавлива­
ется в непредсказуемой точке), проверьте все разъемы.
Соединения в краевых разъемах довольно ненадежны,
и их контакты следует периодически чистить. Аналогич­
ная проблема возникает, если основные микросхемы
вставлены в · гнезда. Осторожно нажмите на каждую из
«больших» микросхем и посмотрите, не возобновляется
ли правильная работа. Иногда до замены микросхемы
52

достаточно просто аккуратно вынуть ее и снова вставить,
так как эта операция может прочистить контакты.
4. Если микропроцессор вроде бы работает и неис­
правность не перемежающаяся, целесообразно прове­
рить сигналы управления в самом микропроцессоре. На
рис. 5.6 - 5 .8 показана разводка контактов четырех
наиболее популярных 8-битных микропроцессоров. С по­
мощью логического пробника (см. приложение 2) убеди­
тесь, что:
а) имеются сигналы на входе синхронизации (проб­
ник показывает наличие импульсов) . Если их нет, про­
верьте схему генератора синхронизации;
б) на входе сброса отсутствует сигнал низкого уров­
ня (проверьте также действие короткого импульса п р и
нажатии кнопки сброса). При «зависшем» входе сброса
проверьте соответствующую схему формирования сигна­
ла сброса;
в) отсутствует постоянный сигнал низкого уровня на
входе немаrкируемого прерывания. Если такой сигн а л
все же имеет место, попробуйте поочередно отключать
внешние устройства до тех пор, пока сигнал немаскируе­
мого прерывания не станет пассивным. Проверьте та1\­
же микросхему ввода-вывода (можно временно вынуть
ее из гнезда, не забыв, конечно, предварительно выклю­
чить питание);
г) линии считывания и записи (или одна линия счи­
тывания/записи) активны. Если микропроцессор выбира­
ет команды и выполняет их, на этих линиях действует
непрерывный поток импульсов. Если их нет, нажмите
кнопку сброса и проверьте наличие кратковременной ак­
тивности на линии считывания. В случае отсутствия им­
пульсов и при срабатывании сигнала сброса, по всей
вероятности, неисправен сам микропроцессор.
5. Если на предыдущих этапах проблема не выяснена,
поочередно коснитесь логическим пробником каждой ли­
нии адреса и данных (при наличии осциллографа удоб­
но использовать и его). Наблюдайте сигнал на каждой
линии.
Если на какой-то линии постоянно действует сиг­
нал низкого или высокого уровня (т. е. она «зависла»)
или поетоянно находится в высокоимпедансном состоя­
нии, выключите питание и попробуйте поочередно отсое­
динять вспомогательные микросхемы. В случае сохране-
53

c:n
.,..
SYNCl7
+58
АО
А1
А2
АЗ
A'r 11.
А5
А6~
А7~
AS~
А9~
Atorn
Att а=ч
F.I
д1(J
д9
АО
А7
А6
,д5
АЧ.
AJ
А2
!}А1
~АО
о
HFSH
111
llESEr
tf:IOSIUJ.
'WA!r
BtJSAk
WR
Е!
JШР.1.7
Рис. 5.5 . Разводка контак- Рис. 5.6 . Разводка коитак- Рис. 5.7. Разводка контак- Рис. 5.8 . Разводка контак­
т.ов микропроцессора 6502 тов микропроцессора 6800 тов микропроцессора 6809 тов микропроцессора Z80

ния неисправности ее причиной может быть отказ
в одном из внутренних буферов микропроцеосора, что
требует его замены.
6. Если все ваши попытки оказались тщетными, вос­
пользуйтесь следующими «менее научными», но тем не
менее эффективными приемами:
а) пусть система поработает некоторое время, затем
поочередно коснитесь пальцем каждой микросхемы. Ес­
ли какая-то микросхема слишком горячая, то вполне
возможно, что неисправность произошла именно в ней
.(температуру можно сравнить, касаясь аналогичной мик­
росхемы на этой же или другой печатной плате);
б) когда микросхемы вставлены в гнезда, поочеред­
но вынимайте и заменяйте каждую из них (не забывая,
конечно, выключать питание). Замену следует произво­
дить на заведомо работоспособную микросхему.
5.5. Логический анализатор
Данные в сложной микропроцессорной системе непре­
рывно изменяются с очень высокой скоростью (быстро­
действие многих современных микропроцессоров состав­
ляет более 1 млн. операций в секунду). Чтобы получить
осмысленное представление о состоянии системы, в неко­
торых случаях требуется проанализировать изменение
данных по командам. Для этого разработан способ вос­
приятия данных от системы за небольшой временной ин­
тервал и запоминания их для индикации и наблюдения.
Как и многие современные контрольно-измеритель­
ные приборы, логические анализаторы содержат встро­
енные микропроцессоры. Стоимость этих приборов ко­
леблется от 50 фунт. ст. (сравнительно несложный прибор
с 16-ричным индикатором и небольшой памятью -
2К) до нескольких тысяч фунтов стерлингов (многофунк­
циональный прибор с памятью 16К и дисплеем на элект­
ронно-лучевой трубке).
Логические анализаторы подключаются к исследуе­
мой системе через входной порт и быстродействующую
память для регистрации данных . Благодаря этому при­
бор может зарегистрировать часть изменяющихся дан­
ных, существующих в исследуемой системе.
В анализаторе обычно предусматриваются различные
режимы запуска и сбора данных. Важно, чтобы~он мог
55

зафиксировать данные, имеющиеся в системе до и посJ1е
определенной точки при выполнении программы. Для
этого приходится сравнивать входную информацию с оп­
реде.1енным пользователем запускающи.м словом. Когда
в системе возникает запускающее слово (например, мик­
ропроuессор обращается по конкретному адресу памя­
ти) , схемы запуска формируют импульс, «замораживаю­
щий» состояние памяти для регистрации данных. Таким
образом обеспечивается фиксация данных и их доступ­
ность для последующего анализа.
Еще один из способов запуска заключается в исполь­
зо вании импульса, генерируемого на одной из входных
линий. Типичным примером такого запуска является ре­
гистрация данных до и после появления импульса на ли­
нии прерывания.
Большинство многофункциональных логичес1шх ана­
ли заторов обеспечивают два режима индикации - во
вреJtенной области и в информационной области. В пер­
во м случае индицируется временная диаграмма в виде
с и гналов, показывающих состояния каждой вход ной ли­
нии в выбранном временном интервале (диаграмма
н а поминает изображение на экране многоканального
запоминающего осциллографа). Обычно допускается
движение «окна» по памяти для регистрации (и.аи пере­
мещ ени е курсора по неподвижному изображению), что
поз в оляет получить более подробную информацию,
rшлючая двоичное и 16-ричное преобразования сигналов
в ко нкретный момент времени. Индикация в ш1форма­
uионной области производится в двоичном или 16-рнч­
ном форматах, а иногда позволяет дисассемблировать
; 1л ! ; 11ые щ1я различных микропроцессоров.
Глава 6
Полупроводниковая память
В гл. 5 мы говорили о необходимости схем, предназ­
наченных для хранения последоватеJ1ьностей команд
и изменяющейся информации (данных), используемой
в процессе обработки . Выпускается несколько разнови д ­
ностей микросхем полупроводниковой памяти. Некото­
рые из них обеспечивают постоянное хранение программ
56

и данных , поэтому их называют энергонез ависи ы ымн.
В энергозависимой памяти при выключении пит а ния се
содержимое теряется.
Несмотря на то что в некоторых сп ец н а лизи р ов а нны:х
микропроцессорах (рассчитанных , например, на п ростые
и дешевые системы управления) предусматр и вается н е­
большая внутренняя па м ять для программ и да нных, д.~1я
большинства микропроцессоров обы ч но требуется вне ш ­
няя память. Напомним, что такая память подразделяет­
ся на ЗУПВ и ПЗУ.
Память, в которую можно записывать и из котор ой
можно считывать , - это ЗУПВ. Иными слов а ми , мы са­
ми изменяем ее содео ж имое. Из ПЗУ же можно толь к о
считывать информацню; попытка записать в такую п а ­
мять н е изменяет ее содержимого. Примерами П З У
и ЗУПВ служат комп а кт · диски и компакт-к а ссеты, ис­
пользуемые для записи музыки и речи. После записи со­
держимое к о м пакт-диск а и з мен.ить не "1ьзя, а содержим о е
кассеты можно стереть и записать на нее с н ов а .
В ми кропроцессор ных системах для хр анени я данных
применяется малогабаритная и быстроде й ствующая п о­
луп р оводюшо в ая память. Выпуска етс я н е сколько т1:1по в
микросхем ПЗУ для ра з .~ичных целей. В термине ЗУПIЗ
слова « прои звольн ая выборка » прост о означают, ч • о
в такой памяти одинаково лепю осуществляется обращ е ­
ние к любым хранимым в ней данным. В отличие иг
ЗУПВ и ме ется памят ь с пос.'!едовател ьным доступоt.: ,
например на магнитной ленте.
6.1. Постоянные запоминающие устройства
Энергонезависимая память в микропроцессорных с и­
стемах необходима для хранения управляющих п ~: о­
грамм, операционных систем и интерпретаторов язы ~-;о в
программирования высокого уровня. Именно на т а ю·~с
применения и рассчитаны ПЗУ. Если требуется сменить
управляющую программ.у или перейти к другой версии
операционной системы, микросхему(ы) ПЗУ следует за­
-менить.
В ПЗУ 8-битноrо микрокомпьютера примерно 4К
- байт
отводятся для операционной системы, котор а я
обеспечивает ввод с клавиатуры, управляет в ы в одом н а
днсплей, кассетным на:юпнтсJiсм и т. п. Интерпретатор
БЕйСИI(а обычно занимает 121( байт. Реализовать
57

ПЗУ емкостью 16К можно на одной микросхеме 16К,
двух микросхемах 8К или четырех микросхемах 41\.
Программируемые Аюской ПЗУ. Если микропроцес­
сорная система рассчитывается на массовый выпуск, на­
пример домашний компьютер, наиболее целесообразно
применять ПЗУ, программируемые маской или фотошаб­
лоном. Запись в такие устройства осуществляется в про­
цессе производства - хранящиеся данные определяются
применяемой маской. Разработчик системы сообщает
спецификации содержимого ПЗУ фирме-изготовителю.
Поскольку заказ оказывается выгодным только для
партии в десятки тысяч микросхем, разработчик должен
быть полностью уверен в том, что данные и программы
безошибочны и не потребуют изменений.
Программируемые ПЗУ с плавки,«и перемычками.
Такие ПЗУ (ППЗУ) оказываются экономичными при
среднем объеме производства, и их программирует сам
разработчик. Внутри микросхемы находится матрица из
нихромовых или поликремниевых перемычек, которые
можно расплавить, подав импульс тока с соответствую­
щИми параметрами. Программирование занимает значи­
тельное время, но сам прибор (програмАtатор) оказыва­
ется простым и относительно недорогим. Довольно часто
опытные образцы микропроцессорных систем поставля­
ются с ППЗУ, которые после выявления ошибок и при
переходе к массовому выпуску заменяются на ПЗУ.
Стираемые ППЗУ. После программирования изме­
нить со8ержимое рассмотреннЫх выше микросхем ППЗУ
нельзя, т. е. они не допускают стирания содержимого
и повторного программирования. В то же время стирае­
мые ППЗУ (СППЗУ)- обеспечивают многократные сти­
рание их содержимого и программирование.
В корпусе СППЗУ сделано «окно», через которое на
матрицу запоминающих элементов попадает свет. При
экспонировании ультрафиолетовым светом в течение не­
скольких минут хранимые данные стираются. После это­
го в микросхему с помощью дешевого программатора
импульсами тока можно записать новую информацию.
Процесс программирования длится несколько минут, од­
нако некоторые программаторы позволяют записывать
информацию в несколько микросхем одновременно.
Стираемые ППЗУ удобно применять при мелкосерий­
ном производстве и на этапе проектирования, однако от-
58

Табл н ц а 6.1 . Характеристики микросхем С ППЗУ
Тип микросхемы 1
2716
2732
2764
27128
27256
Емкость, бит
16 384
32 768
65 536
131072
262 144
Организация
2Кх8
4Кх8
8Кх8
16Кх8
32Кх8
Тип корпуса
DIP
DIP
DIP
DIP
DIP
носительно высокая стоимость устройств препятствует
их использованию в серийных изделиях. В табл. 6.1 при­
ведены основные характеристики наиболее популярных
микросхем СППЗУ, а разводка контактов их корпусов
показана на рис. 6.1.
Электрически стираемые ППЗУ. В относительно но­
вых микросхемах электрически стираемых (Изменяемых)
ППЗУ в отличие от СППЗУ можно стереть содержимое
электрическими импульсами; при этом микросхемы не
нужно вынимать из гнезд. К сожалению, такие микросхе­
мы довольно дороги и пока не получили широкого рас­
пространения, тем более что имеются экономичные
КМОП-ЗУПВ, оправдывающие использование батарей­
ного резервного питания.
Не следует полагать, что последние два вида микро­
схем можно отнести к памяти с записью и считыванием,
т. е. к ЗУПВ. Хотя в них реализуются обе операции, сле­
дует все же отчетливо представлять себе различие меж­
ду ними и истинными ЗУПВ, обеспечивающими момен­
тальное изменение содержимого любого байта. Важны­
ми характеристиками являются также время и простота
репрограм.мирования микросхем. Типичное время обра­
щения к любому байту в ЗУПВ составляет около 150 нс.
Следовательно, все содержимое микросхемы ЗУПВ 8К
можно изменить за 150Х8192 нс (плюс некоторое допол­
нительное время на действия процессора). Общее время
обращения измеряется несколькими миллисекундами.
Программирование микросхемы СППЗУ емкостью 8К
байт длится несколько минут без учета извлечения ее из
гнезда и стирания имеющейся информации ультрафиоле­
товым светом. В этом отношении микросхемы электриче­
ски стираемых ППЗУ предпочтительнее, так как их пе
59

О>
о
АО
г11Б
•
•
2732
2'16 '1
27'28
Рис . 6 .1 . Р а зводка контактов распространенных микросхем СТТПЗУ

требуется вынимать из гнезд. Но все же время их репро-­
граммирования в несколько тысяч раз больше, чем
у микросхем ЗУПВ эквивалентной емкос~:.и.
6.2 . Запоминающие устройства с произвольной выборкой
Такие устройства необходимы в любой микропроцес­
сорной системе. Часть их памяти используется операни­
онной системой для хранения системных переменных
и в качестве рабочей области. Кроме того, ЗУПВ также
требуется операционной • системе и управляющей про­
грамме в целях организации стека для временного хра­
нения данных. Еще одна область ЗУПВ необходима
пользователю для его программ и данных. Кроме того,
при наличии растрового дисплея часть ЗУПВ выделяет­
ся для экранной памяти; обычно при этом применяется
точечное отображение, т. е. каждый бит экранного
ЗУПВ соотЕ>етствует конкретной точке на экране (пиксе­
лу). Типичное распределение ?УПВ в 8-битном микро­
компьютере приведено в табл. 6.2 .
Та 6 ли ц а 6.2. Карта ЗУП В 8-битноrо микрокомпьютера
Функция
Системные переменные
Стеки
Экранная память
Программа и данные
пользователя
Емкость
памяти,
6айт
512
0--256
16000 1
<;315001
Примечания
Для каждой системной пере­
менной использустсн фикrн­
рованнн~i адрес
Размер изменяется при выпол­
нении программы
Точечное отображение
Объем зависит от конкретной
программы
Биполярные ЗУПВ. Основу биполярных ЗУПВ обра­
зует обычный транзисторный триггер, схема которого
·показана на рис. 6.2. Такая память потребляет значи­
.тельную мощность, поэтому емкость ее ограничена. Од­
нако быстродействие биполярных ЗУПВ очень высоко,
что объясняет их применение в высокопроизводительных
системах и в качестве буферов между быстродействую­
щими устройствами и обычной более медленной па­
мятью.
61

Рис. 6.2. Элемент бипо­
лярной ст а тической па­
мяти
1
1
~
Рис . 6.3 . Элемент статической
NМОП-памяти
Рис. 6.4 . Элемент дина­
мической NМОП -памяти
Статическая NМОП-память. Основным запоминаю­
щим элементом статической NМОП-памяти также явля­
ен:я триггер (рис. 6.3) . Такая память потребляет значи­
тельно меньшую мощность, чем бипо.11ярные ЗУПВ, что
позволяет достичь намного большей плотности упаковки.
Статическая КМОП-память. Запоминающий элемент
статической КМОП-памяти аналогичен элементу стати­
ческой NМОП-памяти. В режиме пассивного хранения
данных КМОП-память потребляет ничтожную мощность,
поэтому она применяется в тех системах, которые долж­
ны работать от батарейного питания.
Динамическая NМОП-память. Принцип действия ди­
намической NМОП-памяти основан на хранении заряда
на конденсаторе, а не на применении триггера. Упро­
щенная схема элемента динамической NМОП-памяти
показана на рис. 6.4 . Заряд, имеющийся на конденсато­
ре С, неизбежно «растекается», поэтому динамическую
память необходимо периодически регенерировать. Про-
62

С1>
w
'f16'f
' f86'f
4256
5!16
Рис. 6.5. Разводка контактов распространенных микросхем ЗУПВ
526'f

Та б л и ц а 6.3. Характеристики микросхем ЗУП В
Тип 1
NНКJ>О-
С.ХеМЫ
Технология
1
Емкость. \ Органи- 1
биr
ЗЗ ЦИR
Тип корпуса
2114 NМОП, етатиче-
4096
1К Х 4 DIP, 18 контактов
екая
4116 NМОП, дннамиче- 16 38 4 16КХ1 DIP, 16 _ контактов
екая
416'1 NМОП, динамиче- 65 536 64KXI DIP, 16 контактов
екая
4256 NМОП, динамиче- 262 144 256КХ 1 DIP, 16 контактов
екая
4161 КМОП , етатиче- 65 536 64КХ1 DIP, 28 контактов
екая
4864 NМОП, динамиче- 65536 64KX I DIP, 16 контактов
екая
6116 км оп, етати <1е- 16 384 2Кх8 DIP, 24 контакта
екая
6264 км оп , динамиче- 65 536 8КХ8 DIP, 28 контактов
екая
41 ~ 56 NМОП, статиче- 262 144 256КХ1 DIP, 16 ко11тактов
екая
цесс регенерации заключается в периодическом считыва­
нии хранимых данных с их пос.'lедующей записью . Реге­
нерацию осуществляет либо микропроцессор, либо мик­
росхема контроллера регенерации динамической памяти.
В табл. 6.3 приведены характеристики наиболее по­
пулярных микросхем ЗУПВ.
Разводка контактов некоторых распространенных
микросхем ЗУПВ показана на рис. 6.5 .
6.3. Дешифрирование адреса
Каждая ячейка полупроводниковых ПЗУ и ЗУПВ
имеет свой уникальный адрес: по этому адресу хранится
байт, состоящий из 8 бит. Каждая микросхема ПЗУ или
ЗУПВ (или банк микросхем ЗУПВ) считается отдель­
ным блоком памяти, размер которого зависит от емкости
используемых микросхем. Например, система может
иметь ПЗУ 16К и три блока ЗУПВ по 16К (каждый из
блоков состоит из восьми микросхем 16КХ 1), которые
перекрывают весь адресный диапазон 64К. Одно из воз­
можных назначений адресов блокам представлено в табл.
64

Таблнца6.4 .Адреса блоков памяти
А дрес11 ыА 11.11апазон
Н а звание блока
Емкость.
Кбайт
ПЗУ
ЭУПВ, бан1< 1
ЭУПВ, банк 2
· ЗУПВ,
банк 3
16
16
16
16
шестнад•1атеричныn
0000-ЗFFF
4000-7FFF
8000-BFFF
COOO-FFFF
десятичныА
0-16 383
16 384-32 767
32 768-49 15 1
49 152-65 535
6.4, а соответс1вующая карта памяти показана ш1
· рис. 6.6.
Входы и выходы данных микросхем ЗУПВ вместе
с выходами данных микросхем ПЗУ подключаются к со­
ответствующим линиям системной шины данных.
Каждая микросхема ЗУПВ имеет 14 входных линий
адреса АО~АJЗ и одну линию выбора кристалла CS. На
линии CS активным является сигнал низкого уровня, по­
этому для подключения выходов выбранных ЗУПВ или
ПЗУ к шине на вход CS необходимо подать именно такой
сигнал. Кроме того, ко всем микросхемам памяти под-
5-391
Шестнаt111.ате­
:риvныtl а-арес
;FFFF"
сооо
BFFF
8000
7FFF
+ооо
.3FП
0000
З!JПВ,
оанкJ(16К)
3!:/ПВ,
оанк2(Т6КJ
J!IПB,
оанк 1 (Т6К)
ПЗУ
(16К)
Десятиvнь1ii..
adper:
65535
+9152
IJ.9151
32768
32767 Б+К .
16381r
16JBJ
о
Рис. 6.6 . Типичн а я карта ПОJIНостью
занятой памяти 64К
65

Елючается линия считывания/записи или спеuиальная ли­
ния считывания/записи памяти.
Линии адреса всех микросхем ЗУПВ и ПЗУ лодКJIЮ·
чаются к соответствующим Jiиниям шины адреса. Следа·
вательно, если не принять спеuиальных мер, все четыре
блока памяти будут выполнять операции считыванrrя
и записи одновременно. Конечно же, для этого применя­
ется дешифрирование сигналов на двух старших л1шиях
А15 и А14, чтобы активизировать соответствующие м1-
нни CS. Подходящий способ дешифрирования· приведен
в табл. 6.5 .
Таблица6.5.
Дешифрирование
сигналов на линиях
А15 и А/4
Выбираемы~
~:нн:росхсмы
А\5 А\41 -
ООПЗУ
о
1о
ЗУПВ, банr< 1
ЗУПВ, банк 2
ЗУПВ, банк 3
Тпп
Таблнuа6.6.Типичные
дешифраторы
мпкро·
Выполняемая функция
схемы
74LS!38 Одинарный дешифратор
3:8
74LSJ39 Сдвоенный дешифратор
2:4
74LS154 Одинарный дешифратор
4: 16
74LS238 Одинарный дешифратор
3:8
Дешифрирование сигналов на двух старших линиях
адреса осуществляется простой схемой, показанной на
рис. 6.7. Ее можно реа.~шзовать на обычных логических
элементах или встроить в программируемую логическую
матрицу (ПЛМ).
Для дешифрирования адреса можно использовать
также специаJiьно предназначенные для этого микросхе­
мы. Их называют дешифраторами пли делtультиплексо­
рами. Распространенные дешифраторы приведены в
табл. 6.6 .
На рис. 6.8 показано применение одного из дешифра­
торов микросхемы 74LS139 в целях формирования четы­
рех сигналов CS дJIЯ ПЗУ и ЗУПВ из предыдущего при­
мера. Отметим, что дешифратор 74LS139 имеет вход раз­
решения EN. Его можно использовать для запрещения
дешифратора, чтобы сразу запретить обращение ко всей
памяти. Такая возможность очень удобна в тех ситуаци-
66

А15
ё§ 3!/nB,
~анк3
АТ+
cs зупв,
О"анк2
ёSз~тв,
оанкf
CS ПЗУ
Рис. 6.7. Схема дешифрат о ра адреса
А74 2
А15
J
{!azu11ec!fцu О
dлR разрешенц11
15
памЯ!."'! и.
+5
16
$0 YJ
7
CS З~JПВ ,
t----o--.
0{!.!f/( J
Sl И?
У2 6t----..,з~ ёS 3!iп8,
74LS1J9
'i1i У1
УО
8
о
оанк2
1--- . -+ - Cs J!JПB,
5
1t
оанк1
---• CS3'JП8,
оанкО
Рис. 6.8. Типичный дешифратор адреса с микросхе­
мой 74LS139
ях, когда в одном и том же адресном пространстве необ­
ходимо разместить несколько банков ПЗУ, ЗУПВ и вспо­
могательные микросхемы.
6.4 . Практические схемы ЗУП В
На рис. 6.9 показана практическая реализация памя­
ти с емкостью 64К из восьми микросхем. Микросхема
6264 имеет организацию 8КХ8, поэтому все пространст­
во памяти 64К разделяется на восемь блоков по 81(
(каждый блок соответствует отдельной микросхеме).
Дешифрирование адреса осуществляется микросхемой
!С9.
Еще один вариант построения памяти 641( представ-
5*
67.

.о
irJ~з:E~l~==:=tl~~~~--~IB~lf~
Шина ~ _=:;ц:::~::
.Р_qнных о:
]]1
110
'Ar2
А11-
А10
АЗ
ЕЕ
t=
t:::
t=
Шина j~~
аореса ~~
~~--
А2
А1
.!С 2 §j It:J r@ IСЧ.
526lf
C2Slf
6'ZSlf
(2000-
('1000-
(бa. oo-
:тr-·FFJ
SFFF)
7FFF)
Е t: §111
IC.t;
IC6
Ic7
тса
626~·
5254
625'1 -
5264
(AOGO-
(СООО-
(COJJO-
(EOOO-
OFFF}
J:JFFF)
:OFFF)
FFFF)
AO~==:[]jj:1~-=r+11~-~flij::~l:t!±±::::f:~±t:::::j~:tt::::+t::tf::=fi=
Я/W:~::J:t~i:::::f:j~tt===t~ii===l=t=~f=::fI~I::=jj:::t:==tt==~~:11'""-'
RAM
.tj11111
+s;-,: 1 1
1
L!'11
1
11
1
11
.__
--
..___, __ __~ 111
J
YOY1Y2YJ.V'tYSYfi'l7i
11:9
7't-LS138
АВС
JД!:r._
1
!JJцна .A .fl;. -::·========--·------...
aapucr l ArS-
Рис . 6.9 . Практи ческая схема
ЗУПБ 64К на микросхемах 6264

а>
(Q
х~~~"{tШ 1111п 1~~
А15·
А14
А13
А12
А11
Шина ·1мо
./zrJдeca А9
АВ
А7
А6
А5
А1т
АЗ
А2
А1
АО
Мульти­
плексор
adpeca
(npeбpa­
щtzemJ5
лцни.и.68)
+;;.
р• JI• !11 /1' р• JI' /11 11'
Рис. 6.10. Практиче·~1<ая схема ЗУПВ 64К на микросхел1а:;
-186 4

лен на ри с . 6.10 . Микросхемы 4864 имеют организацию
64К Х 1, поэтому из-за отсутствия «конфликтов» между
б.ТJокама дешифратор адреса для блоков не нужен. Ко­
нечно, в зависимости от типов применяемых микросхем
существуют и другие варианты построения памяти (мы
привели наиболее распространенные конфигурации).
6.5 . Пои с к неис правностей в полупроводниковой памяти
В операционные системы бо.11ьшинства современных
микропроцессорных систем встроены простые диагности­
ческие процедуры, выполняемые при запуске системы.
Довольно часто они проверяют функционирование мик­
росхем ПЗУ и ЗУПВ. Для проверки ПЗУ обычно приме­
няется метод нахождения контрольной суммы. Получен­
ная сумма сравнивается с эталонной, и в случае их раз­
личия в ыд ае гся соответствующее сообщение об ошибке.
Длн диагностики ЗУПВ применяется совершенно дру­
гой м е тод , связанный с поочередной записью и считыва­
нием к аждого б а йта. При этом контролируется п р авиль­
ность выполнения требуемого изменения. Если к а кой-то
бит не изменяется, диагностическая процедура времен­
но оста н а вливается и выда ется иде нтифицирующее сооб­
щение о б ошибк е. Обычно показывается адрес неисправ­
ного ба й та, что по з воляет выявить конкретную микро-
схему или банк микросхеУI .
·
Более совершенные способы диагносп ш и ЗУПВ ВI< лю­
ч а ют n с е б я запись и считы в ание определенных двоичных
н а бороn п о бол е е сложному алгоритму . Диагностику
ЗУПВ м ож но т а нже выполнить на нер а зрушающейся
основе, и сч и танный из ЗУПВ байт заменяется сраз у же
после е го пров е рки. При этом появляется возможность
осущест в ать диа г ностический контроль через некоторое
время псс.,1е инициализации системы.
Прн 1 1 а л и 1 ~ин диа гностических процедур поиск неис­
правно с те ii в полупро в одниковой памяти значительно
упроща ется . Од на ко иногда отказ микросхем ПЗУ или
ЗУПВ п р е пятствует норма;1ьной инициализации системы,
и в такой ситуации следует выполнить действия, описан­
ныевгл.5.
Обычно отказ отдельных элементов памяти можно
обнаружить с помощью диагностических процедур, а за­
тем требуется отыскать отказавшую мш<росхему. Иног­
да выход данных микросхемы зависает в том или ином
7U

состоянии. Такой отказ легко обнаружить с помощью ло­
гического пробника . В других случаях отказ в памяти
может быть серьезнее, и отказавшая микросхема начи­
нает потреблять излишнюю мощность, что приводит к ее
перегреву. Рекомендуется придержи в аться следующей
процедуры определения отказа.
1. Пусть система поработает некоторое время. После
этого коснитесь пальцем каждой микросхемы ПЗУ
и ЗУПВ и проверьте их рабочую температуру. Наиболее
н аг ретая микросхема становится подозрительной. (Тем­
пературу можно сравнить, r<асаясь аналогичной микро­
сх ем ы на этой же или другой печатной плате.)
2. Когда микросхе м ы ЛЗУ или ЗУПВ находятся
n г нездах, посчередно вынимайте и заменяйте каждую из
них (не забывая, конечно, в ьшлючать пит а ние). Поль­
зуйтесь заведом о работоспособными микросхемами. Если
микросх е мы ПЗУ или ЗУПВ впаяны в печатную плату,
для поиска отказавшей микросхемы удоб но использовать
индикатор тока. С его помощью нужно проверить токи
в критических точках печатной платы (напри;-,1ер, по ли­
нии питания каждой микросхемы). Микросхема, потреб­
ляющая значительно больший (или зн ачительно мень­
ший) ток, чем другие, становится подозрительной.
Наконец, в качестве общего правила уЕажем, что
когда подозрительная микросхема выпаяна из печатной
платы, настоятельно рекомендуется пользоваться гнез­
дом, а не просто впаивать в плату новую микросхему.
Глава 7
Микросхемы для ввода-вывода
В этой главе рассматриваются основные принципы
параллельной и последовательной передачи данных, ме­
тоды управления вводом и выводом, а также несколько
популярных программируемых микросхем для ввода
И ВЫВОЛ,а.
7.1. Требования к вводу-выводу
Микропроцессорная система без средств ввода и вы­
вода оказывается бесполезной. Конечно, характеристики
и объемы ввода и вывода в системе определяются, в пер-
71

'12
ЦПи
п:r.няmь
Схены
8uiJ1c-
uнmeptpetica
Кла8иатура
1/.....-----1
t
все сиzнал•1
/J ,moii movкe
ТТЛ-со6нестин1>1
Hнmep1peiic
каситноао
нal!нumorpoнa
Bьll(()r] нq
вv-
тел116иJор
HOtlflARmop----·
Рис. 7.1. Средства ввода-вывода в nростом домашнем ком­
nыотере
ЦПи
naнRmь
Буrреры
и
.... _ ,__,. .. .. .,,, защелки
t
Послеdо8а­
m11льный
интерtрейс
PS-2 'J2C
Все сuzналы
8 зтой тачке
тrл-се ,~щ::mиNы
24 линии 66oiJa-8ь16oila
iJлR Внешних устройстS
(кажdаR с coom6emcm·
6gющин iJрай8ерон)
Драй611р
и
приеннин
}С6RЗЬ с
глабньт
кон11ью­
терон
Рис. 7.2. Средства ввода-вывода в промыш.1ешюй с11стеме
управлениfl

вую очередь, спецификой ее применения. Например,
в простом домашнем компьютере, как минимум, необхо­
димы ввод с клавиатуры и вывод на обычный телевизор.
Кроме того, же.11ательны канал связи с бытовым магни­
-тофоном и дополнительный выход на принтер (рис. 7.1).
Однако, в микропроцессорной системе управления не­
которым промыш,'Iенным процессом не требуются кла­
виатура и дисплей, так как почти наверняка ее дистаrr­
ционно программирует и контролирует главный микро­
компьютер (с использованием последовательной линии
RS-232C). Контроллер должен иметь до 24 отдельных
;1шний ввода и вывода для управления реле, двигателями
.н лампами (рис. 7.2).
7.2. Способы организации ввода-вывода
Существуют два основных способа организации вво­
'1{а-вывода. С одной стороны, устройства (микросхемы)
.JJвода-вывода считаются адресами памяти, а с другой­
•'каждому устройству (микросхеме) назначается адрес
,\iюнкретного порта. В любом случае данные выводятся
;Простой записью их по соответствующему адресу памяти
или порта, а вводятся считыванием по аналогичному ад­
ресу. В случае ввода-вывода, отображенного на память,
ЦП реализует операции ввода-вывода точно так же, как
операuии памяти. Часть пространства памяти резервиру­
ется для ввода-вывода: ее, конечно, нельзя одновремен­
но назначать ЗУПВ или ПЗУ. При организации ввода­
.Бывода через порты выделяется набор адресов портов,
'.которые совершенно не зависят от обычного пространст­
·Ва памяти. Адреса портов отделяются от адресов памяти
t помощью сигна.11ов, действующих на шине управления.
~апример, в микропроцессоре Z80 для этого использу­
J>тся сигналы: MREQ- линия запроса памяти, на кото­
•ой формируется сигнал низкого уровня, когда ЦП вы­
iолняет операцию считывания или записи с памятью;
IORQ- линия запроса ввода-вывода, на которой фор­
fируется сигнал низкого уровня, когда ЦП выполняет
iперацию ввода-вывода.
Для ввода и вывода в микропроцессоре Z80 сущест­
JУЮТ специальные команды, например:
OUT (FFH), А- записывает содержимое аккумулято-
73

ра (8-битное значение) в порт с 16-ричным адресом FF;
IN (А) FFH - считывает содержимое порта с 16-рич­
ным адресом FF и помещает результат в аккумулятор.
7.3. Парал.r1ельный и последовательный ввод-вывод
Необходимо различать также параллельный и после­
довательный ввод-вывод. В первом случае одновременно
передается байт данных (следовательно, здесь требуется
8-битный буфер или защелка), а во втором д а нные пе­
редаются отдельными битами. Параллельный ввод-вывод
реализуется довольно просто (рис. 7.3). Здесь для выво­
да применяется стандартная 8-битная защелка, а для
ввода - 8-битный тристабильный буфер. О днако такая
простая схема оказывается недостаточно гиб1юй, и луч­
ш е воспользоваться про грамм ируемой микросхемой па­
раллельного ввода-вывода.
Посrюлы(у данные обычно представлены на шине мик­
ропроцессора в параллельной форме (байтами), их Г!О­
следовательный ввод-вывод оказывается неско,'!ЫЮ слож-
74
Считы6а­
ни1/~аnu(11
Шина
adptca
---s-.rfumн1.1u
--- r---t DIJlPllP
Схtма
6ыtfopa -----
ДtlJl.Utp­
paмop
aaptca
6айтный
6ыxotl
Баuтныii
6xotl
Рис . 7.3 . Схема простого параллельного ввода и вывода

Вход t1ослеrJ0Sа­
mепьных аанных ___,
(от 6нешнеео
ycmpoti.cmfJa)
81>1xoil
11араллел1>ных ао:н­
нь1х(кшцне dанныхJ
Регистр
с86ига SIPO
!lпрабление
Синкро-
Jагрvзкоii/са8игоN ниJацин
вхоа
лараллельнь1х аан­
нмх(с шины аанныi)
Регистр
саSига PJSO
Сцнхро-
!111ра8ление
нцзацця
загрузкой/сt18цеон
а)
Выход послеt108а-
111ельных :itumыx
(S.о6нешее
!Jcmpoiicm6o)
о)
Рис. 7.4 . Схемы последовательного ввода и вы­
вода :
а - п о следовательный ввод с реrи с-;ром сдвиrз.
S!PO; 6 - после довате льный вывод с регистром
PISO
нее. Для последовательного ввода потребуются средст­
ва преобразования последовательных входных данных
в параллельные данные, которые можно поместить на ши­
ну. С другой стороны, для последовательного вывода не­
обходимы средства преобразования параллельных дан­
ных, представленных на шине, в последовательные вы­
ходные данные. В первом случае преобразование осуще­
ствляется регистром сдвига с последовательным входом
и параллельным выходом (SIPO), а во втором - регист­
гом сдвига с параллельным входом и последовательным
выходом (PISO). Схемы обоих вариантов ввода и вьшо­
да показаны на рис. 7.4. Их можно реализовать на обыч-
7~

ных логических элементах, 110 более эффективное реше­
нне заключается в применении специализированных про·
rраммируемых микросхем.
7.4 . Методы управления вводом-выБодом
Существуют три основных метода управлення опера·
цнями uвода-вывода. Наиболее простой и очевидный ме­
тод заключается в том, чтобы разрешить ЦП управлять
есс:ли операциями ввода-вывода. Этот метод, называе­
~1 ы{1 програм.ю-tЫkt вводом-выводом (илИ- вводом-выводом
с опросом), обеспечивает ЦП полное управление ситуа·
щ; сй , 1-10 01.; азывается наименее гибким и довольно мед­
ленным. По существу, ЦП периодически опрашивает
кuждое периферийное устройство (через соответстnую­
щую схему ввода-вывода), не требует .'!И оно обслужива-
11ш1. Если запрос имеется, ЦП выполняет необходю1ую
процедуру обслуживания. Когда воспринят запрос на об·
служшз ание, все запросы от других периферийных уст­
роrkтв игнорируются; эти устройства должны ожидать
до тех пор, ПОJ(а ЦП не освободится для обработки их :
запроса на обслуживание.
Более удобный, но и более сложный метод заключа­
ется в том, чтобы разрешить периферийным устройствам
пр е рывать обычную работу ЦП. При на.ТJичии снгна.ТJа
nр~рывания и с учетом состояния своего флаж1<а пре·
рыnання ЦП доJ1жен приостановить текущую программу
(сохранив в стеке все важные параметры и адрес воз·
врата), а з атем выполнить необходимую процедуру об·
служивания.
Прерывания можно схемно упорядочить по приорите·
там так, чтобы самое важное периферийное устройства
обслуживалось в первую очередь. В качестве примера
рассмотрим тормо з ную систему автомобиля. ЦП должен
отреагировать на отказ тормозов и выдать об этом пре·
дупрсждение независимо от других одновременно проис·
ходящ1~х событий.
Согласно третьему, самому сложному методу управ•
лення вводом-выводом внешним устройствам обеспечи·
вается полный доступ к пространству памяти системы
без всякого участия ЦП в передачах данных. Такой ме i
тод называется пря.мым доступом к памяти (ПДП) и ока•
зывается очень эффективным. Данные можно передаватЬ
с исключительно высокой скоростью (так I<ак вмешатель·
76

ства ЦП не требуется), поэтому ПДП используется, на­
пример, для передач данных в накопитель на твердом
диске или из него. В простых управляющих применениях
ПДП не требуется, но о нем нужно знать. Упрощенные
структурные схемы всех методов управления вводом-вы­
водом показаны на рис. 7.5.
7.5 . Ми1<росхемы пара ,ме.r~ьноrо ввода-вывода
После обзора основных принципов ввода-вывода
в микропроцессорных системах обратимся к распростра­
ненным программируемым микросхемам ввода-вывода.
Микросхемы параллельного ввода-вывода имеют множе­
ство фирменных названий, но их внутренняя архитеrпу­
ра и принципы действия удивительно похожи и раз J1 ича­
ются только в некоторых дета.тrях. Наиболее известны
с.11едующие микросхемы:
6520- периферийный интерфейсный адаптер (PIA);
6521- периферийный интерфейсный адаптер (PIA),
аналогичен 6520;
6522-универсальный интерфейсный адаптер (VIA);
6820- периферийный интерфейсный адаптер (PIA),
эквивалент 6520;
6821 - периферийный интерфейсный адаптер (PIA),
эквивалент 6521;
8255- программируемый пара.плельный интерфейс
(PPI);
Z80-PIO- программируемый ввод-вывод (PIO).
Как с.педует из приведенных названий, программиру­
емые микросхемы параллельного ввода-вывода допуска­
ют программное задание одного из нескольких режимов:
1) все восемь линий являются входами;
2) все восемь линий являются выходами;
3) линии отдельно программируются ка1< входные или
выходные.
Кроме того, обычно предусматриваются дополнитель­
ные линии для квитирования . Этот термин характеризует
процесс обмена управляющими сигналами между мик­
рокомпьютером и периферийным устройством.
Обозначения линий портов и их функции в разных
м икросхемах также различны, но и здесь наблюдается
определенное единообразие. Большинство указанных вы­
ше микросхем обладают с.тrедующими линиями (рис. 7.6):
РАО-РА7 -линии ввода-вывода порта А . Первая
77

линия соответствует младшему биту, а вторая - стар­
ш,,•:v·
~ ··CAJ-CA2- линии квитирования для порта А; САJ­
это вход прерывания, а СА2 можно использовать и к а к
78
ЦR
L....----.--.
а)
цп
па,.,лть
линии аанных
11epurpeP.uiiнoгo
устроuстба
Панять
Линии tJанных
11ериtрерийноtо
ycmpoucm6o
ПрtрыGаниl!
6)
Линии ilанных
1111putp1p'!iiнo10
устроист6а
Линии tJанных
neputpepuiiнoro
IJCmpoiicmfJa
Рис. 7.5. Основные методы управления вводом-выводом:
а - пр о граммиру е мый (с опросом); 6
-
по прерыванию; в - npямoll

вход прерывания, и как выход управления периферий­
ным устройством;
РВО-РВ7 - линии ввода-вывода порта В;
СВ1-СВ2- линии квитирования для порта В; их
функции аналогичны динням СА 1-СА2.
Электрические характеристики портов ввода-вывода
разнообразны, но все сигналы обязательно ТТ Л-совмес­
тимы. Выходные линии портов (обычно группы В) не­
скольких программируемых микросхем параллельного
ввода-вывода допускают непосредственное подкточение
Е базе обычного или составного (схема Дарлингтона)
транзистора. Следовательно, такую микросхему можно
использовать в качестве драйвера реле или лампы. К вы­
ходным линиям порта иногда подключают высоковольт­
ные драйверы с открытым коллектором.
На рис. 7.7 показана разводка контактов нескольких
программируемых микросхем пара J~лельного ввода-вы­
вода.
7.6. Микросхемы последовательного ввода-вывода
Последовательные данные передаются в синхронном
или асинхронном режимах. В синхронном режиме все
передачи осуществляются под управлением общего сиг-
цп
Jan~oc
цдп
8)
.D.оступ к памяти
Панять
Линии данН1.1х
neputpeptpJнoto
устроист6а
В8од-Вы6оа
Линии аанных
neputpepuiiнa~o
устройип6а
7!J

Cmopolfa
цп Адрес
Jlnpa8"
Лt!H/J.t!
Уnрабление
А
Напраб.71!-
ниеdаннь1;t
А
Регистр
dаннь1х
А
Jlnpaблt!HUt!
'8
нanpafJлl!-
H/J.t! Oa/fH61X
в
Pt!aиcmp
ааннь1х
в
САТ
CAZ
С81
С82
tторона
f7t!P.Uf/Я!·
ри.иноl!О
устрайсr6а
Рис. 7.6 . Внутренние регистры типичной программируемой мик­
росхемы параллельного ввода-вывода
нала синхронизации, который должен присутствовать на
обоих концах линии связи. Асинхронная передача под­
разумевает передачу данных пакетаАtи; каждый пакет
содержит необходи~1ую информацию, требующуюся для
декодирования содержащихся в нем данных. Конечно,
второй режим сложнее, но у него есть серьезное преиму­
щество: не нужен отдельный сигнал синхронизации.
Подробнее этот вопрос рассмотрен в гл. 8.
Программируемые микросхемы последовательного
ввода-вывода выпускаются под разными названиями, на­
пример :
6850 - асинхронный связной интерфейсный адаптер
(ACIA);
6852 - синхронный адаптер последовательных данных
(SSDA);
8251 - универсальный синхронно-асинхронный при­
емник-передатчик (USART);
8256 - универсальный асинхронный приемник-пере­
датчик (UART);
Z80-DART - сдвоенный асинхронный приемник-пере­
датчик (DART}.
Как и у микросхем параллельного ввода-вывода,
у программируемых микросхем последовательного вво­
да-вывода наблюдается общность внутренней архитекту­
ры. Вот сп11со1\ наиболее типичных сигналов:
8U

О)
1
с..з
со
~
РА1 IJ
PAZ
РАЗ
PA't
САТ Vss
'91СА2 РАО 12
пт. РА1
'J117ROвpAz I"
CS2
СВ1 u·• ·
' CS3
С82
cst СВ2·
Vсе
1 N/W Усе ..,.
... .,
СА1 РА3' Ш• '-"
lt,//J PA't 1J2
СА2
МJJROA РА 1 bl,
mlROB
~
g:PA7
РАО
Wн C/Dl"II
lrn'JONO
RJJ
351.RSf Cs
R5ЁТ
Ело
'""~А1
111
PAG~
=РВG
АО
])2 РА5
Р85
PB'f
P82tt::!.!
f;,!.. J
111~
Рис , 7.7 . Разводка к о нтактов распространенных программируемых микросхем параллельного ввода-вывода
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-

JJO
11!1
.os ;J
114
1J7
11~
m
iiJi'd
ёi
Yss
]}1
в/А
Vco
;;;
c/i
-
Vcc 9
iW
'!!!_ W,д'JJYA
j GND
JJTR
1
~- SYN2'A1
w)i:OYH
2J RTS
R/]в
-..:... RXDA 12
22 IJSR RXCA
.. Riifв
1 RESET
тщ
1"ХёА 1 •
CLJ( TXDA l!i
TXD БТJiА t;
18 ТХЕМ"Нщ,. 7
RШ
17СТ$ёт!
~ SYNJJET
DCffA
,
TXRDY CLK
Рис. 7.8 . Разводка контактов распространенных программируемых
микросхем последовательного ввода-вывода
DO-D7 - входные-выходные линии данных, подклю­
чае м ые непосредственно к шине микропроцессора;
RXD- принимаемые данные (входные поСJ1едова·
тельные данные);
_. T XD :- передаваемые данные (выходные последова­
теЛЬПЫеданные);
CTS - сброс передачи. На этой линии периферийное
устройство формирует. сигнал низкого уровня, когда оно
готово воспринимать данные от микропроцессорной си­
стемы;
RTS - запрос передачи. На эту линию микропроцес·
сорная система выдает сигнал низкого уровня, когда она
намерена передавать данные в периферийное устройство.
Все сигналы программируемых микросхем последова­
тельного ввода-вывода ТТ Л-совместимы, Отметим, одна­
ко, что эти сигналы рассчитаны только на очень корот·
кие линии связи, например между клавиатурой и корпу·
сом компьютера. Для последовательной передачи даиных
на значительное расстояние требуются дополнительные
буферы и преобразователи уровней, включаемые между
микросхемами последовательного ввода - вывода и линией
связи.

Разводка контактов наиболее распространенных про­
граммируемых микросхем последовательного ввода-выво·
да показана на рис. 7.8.
7.7 . Поиск неисправностей в микросхемах ввода-вывода
Поскольку работа программируемых микросхем парал·
лельного ввода-вывода предсказуема, можно обнаружить
возникающие в них неисправности, измерив сигналы на
различных входных и выходных линиях. Поиск неисправ­
ностей в микросхемах параллельного ввода-вывода ока­
зывается сравнительно простой задачей, чего нельзя ска­
зать о микросхемах последовательного ввода-вывода.
Прежде всего следует убедиться в том, что ЦП дейст·
вительно выбирает подозреваемую программируемую
микросхему ввода-вывода. Для этого достаточно прове·
рить сигналы на линиях управления с помощью логиче­
ского пробника. Убедившись в выборе конкретной микро·
схемы, необходимо проверить ситуацию со стороны пе·
риферийного устройства. По возможности целесообразно
написать короткую программу для исследования порта
(т. е. считывания или записи данных) и проконтролиро·
вать возникающие при ее выполнении логические уело·
вия. Отказ транзистора внешнего драйвера часто выво­
дит из строя буфер-драйвер внутри программируемой
микросхемы ввода-вывода, но повреждение не обяза·
тельно распространяется на все восемь линий конкрет·
ного порта. Следовательно, перед заменой микросхемы
ввода-вывода следует тщательно проверить периферий­
ное устройство и соответствующие схемы.
Когда микросхемы вставлены в гнезда, целесообраз­
но заменить подозреваемую микросхему на заведомо ис·
правную (не забудьте при этом выключить питание
и отсоединить все внешние схемы). Как и в случае с полу·
проводниковой памятью, рекомендуется смонтировать
гнездо для микросхемы, если его нет.
Обнаружить неисправность в программируемых мик·
росхемах последовательного ввода-вывода гораздо труд·
нее. Здесь также рекомендуется прежде всего проверить
условия со стороны ЦП, т. е. различные сигналы шины
управления и выбора микросхемы. Убедившить в том, что
микросхема выбирается, можно проверить состояния ли-
ний RTS и CTS (при выводе) и IRQ или INT (при вво­
де). Следует также проверить наличие и правильность
83

сигналов синхронизации (типичная частота синхрониза•
ции приема-передачи составляет 500 кГц). Наконец, из­
за различий в схемах весьма желательно иметь под ру­
кой фирменные материалы по эксплуатации микросхем.
Полезно также выполнить короткую тест-программу
порта, например цикл, который непрерывно выводит
в порт один и тот же байт. Отметим, однако, что после­
довательный интерфейс с RS-232C требует сигналов кви·
тирования, поэтому очень важно проверить драйверы
и приемники линии связи, разъемы и кабели, а также
само периферийное устройство, прежде чем менять мик•
росхему последовательного ввода-вывода.
Глава 8
Интерфейсы
Рассмотрим теперь два важнейших способа соедине­
ния микропроцессорных систем и периферийных уст­
ройств: хорошо известный (но часто довольно плохо по­
нимаемый) последовательный интерфейс RS-232C и ме­
нее известную универсальную приборную шину GPIВ
(IEEE-488).
8.1 . Интерфейс RS-232C
Несомненно, интерфейс RS-232C/CCIТT V24 является
наиболее широко распространенной стандартной после­
довательной связью между микрокомпьютерами и пери­
ферийными устройствами. Интерфейс, определенный
стандартом Ассоциации электронной промышленности
(EIA), подразумевает наличие оборудования двух ви­
дов: терминального DTE и связного DCE.
Чтобы не составить себе неправильного представле­
ния об интерфейсе RS-232C, необходимо отчетливо пони­
мать различия между этими видами оборудования. Тер­
минальное оборудование, например микрокомпьютер,
может посылать и (или) принимать данные по последова­
тельному интерфейсу. Оно как бы оканчивает (termina-
te) последовательную линию. Связное же оборудование
понимается как устройства, которые могут упростить
последовательную передачу данных совместно с терми-
8-!

f234S
6
78 910"
Рис . 8.1. Типичная последовательная линия связи между микроком-
пьютерами:
/ - зак репленны!\ 2 5-ко нтактны!\ разъем типа D (штырьки); 2 - съемный
25 - контактный разъем типа D (отверстия); 3, 9 - кабель интерфейса RS·232C;
4 - съемный 25-контактный разъем типа D (штыр ьки): 5 - закрепленный 25·
контактный разъем типа D (отверстия); 6- телефою1ая линия; 7 - закреп­
ленный 25-контактный разъем типа D (отверстия); 8 - съемный 25 -ко нтакт·
ный разъем типа D (штырьки): JO - съеыный 25-контактный разъем типа D
(отверстия): 11 - за•репленный 25 -кон тактный разъем типа D (штырьки)
нальным оборудованием. Наглядным примером связного
оборудования служит модем (модулятор-демодулятор).
Он оказывается соединительным звеном в последова­
тельной цепочке между компьютером и телефонной ли­
нией (рис. 8.1).
К сожалению, различие между терминальным и связ­
ным оборудованием довольно расплывчато, поэтому воз­
никают.некоторые сложности в понимании того, к какому
типу оборудования относится то или иное устройство.
Рассмотрим, например, ситуацию с принтером. К ка к о­
му оборудованию его отне-
сти? Еще вопрос: как свя-
зать два микрокомпьютера, srхл­
те-
когда они оба действуют 1<ак
терминальное оборудование? sRxJJ-
RC-.
JJCP.-
Для ответа на эти вопросы
сдедует рассмотреть физи­
ческое соединение устройств. sнrs -
Произведя незначительные JJrн -
sа­
изменения в линиях интер-
RI-.
фейса RS-232C, можно за­
ставить связное оборудова- nRs -
rс­
ние функционировать как
1
o1't~ -r:G
15о-
rxD
0
15g- RXJJ
о4
17 о -.птs
0
rвl- стs
0
198- IJSR
о
7
20о -SG
0
210
8
-
IJCIJ
о9
22 0 ---. ::: .,зарезер6ц-
о23 JO _L робан
0
2~ !/ _не нaзнttvell
о12
25 о - SJJC]}
О13
'
о-scтs
терминальное. Чтобы разо- неназна·
чен
браться в том, как это сде- сmрелNoами показаны напра6ленil~
лать, нужно проанализиро-
с11~нало6 ал11 JJrE
вать функции сигнаJIОВ ин-
терфейса RS-232C.
Сигналы
интерфейса
RS-232C. По-видимому, чи-
Рис. 8.2 . Назначение линий
25-контактноrо разъема типа D
для интерфейса RS-232C
85

Таблиц а 8.1 . Функции сигна.чы1ых линю\ интерфейса RS-232C
Номер Сокращение 1 Направление 1
контакта
1
2
8
4
б
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
FG
TD (TXD)
RD (RXD)
RTS
стs
DSR
sc
DCD
QM
SDCD
scтs
STD
те
SRD
RC
DCR
SRTS
DTR
SQ
R/
те
KDCE
KDTE
КОСЕ
KDTE
KDTE
КОТЕ
KDTE
KDTE
КОТЕ
KDTE
KDTE
КОСЕ
KDTE
KDTE
KDTE
КОСЕ
KDCE
КОСЕ
KDTE
KDTE
КОСЕ
КОСЕ
КОСЕ
Полное назваипе
Осн о вная или защитная земля
Передаваеыые данные
Принимаемые данные
Запрос передачи
Сброс передачи
Готовность модема
Сиrиальнэя зе~ля
Обнаружение иесущеА данных
(Положительное контрольное
напряжение)
(Отрицательное контрольное
напр я жен не)
Режим выравнивания
Обнаружение иесущеА вторИЧ•
пых данных
Вторичный сброс передачи
Вторичные передаваемые дан•
ные
Синхронизация передатчика
Вторичные принимаемые дан­
ные
Синхроиизац·ия приемника
Разделенная
синхронизация
приемника
Вторичиыi\ запрос передачи
Готовность терминала
Качест110 сигнала
Индикатор звонка
(Селектор скорости данных}
Внешняя синхронизация пере·
датчика
(Занятость)
примечаняя' 1. Липпи (контакты) 11, 18 и 2.~ обычно счнтаются
неза зе мленными. Приведенные в таб.qнце ф у нкции относятся к специфика·
циям BeJI I IЗB и 208А.
2. Лини» 9 н 10 пспопьзуются для контр оля отрицательноrо (МАRК)
и по.,ожliтельноrо {SPACE) уровней напряжения .
З . Чтобы избежать путаницы между RD {Read - считывать) и RD
\Recel ved Data - принимаемые данные), будем пользоваться обозначеннямп
RXDиTXD,анеRDнTD.
4. Иногда отдельные фи1. мы нсполъзуют запасные линии RS-232C для
контроля нди специальных фуикциll, относящихся к конкретной аппаратуре
(по неиспользуемым nиипям подаю'!' даже питание в аналоrовые сигналы,
так что будьте вниматеnьны).
86

Номер
контакта
1
2
8
4
6
6
7
8
Та б п и ц а 8.2 . Основные линии интерфейса RS-232C
Сигнал
FG
TXD
RXD
RTS
стs
DSR
SG
DCD
Выполня ема я функuия
Подключение землн к стойке или шасси
оборудования
Последовательные данные, передаваемые
отОТЕкОСЕ
Последовательные данные, принимаемые
DTE от DCE
Активным уровнем этого сигнала ОТЕ ука­
зывает, что оно «хочет:. послать данные
в DCE
Активным уровнем этоrо сигнала ОСЕ ука­
зывает готовность воспринимать данные
от DTE
Активным уровнем этоrо сигнала DCE со·
общает, что связь установлена
Возвратны!\ тракт общего сигнала (земли)
Активным уровнем этого сигнала DTE по·
казывает, что оно работает и DCE мо·
жет подключиться к каналу связя
татели знакомы с видом «стандартного» последователь­
ного порта RS-232C, который всегда имеет форму 25-кон·
тактного разъема типа D.
Терминальное оборудование обычно оснащено разъ­
емом со штырьками, а связное - разъемом с отверстия·
ми (но могут быть и исключения).
Разводка контактов разъема RS-232C показана на
рис. 8.2, а функции сигнальных линий приведены в табл.
8.1.
Классы сигналов. Сигналы интерфейса RS-232C под­
разделяются на следующие классы.
Последовательные данные (например, TXD, RXD).
Интерфейс RS-232C обеспечивает два независи м ых по·
следовательных канала данных: первичный (гJiавный)
и вторичный (вспомогательный). Оба канала моrут ра·
ботать в дуплексном режиме, т. е . одновременно осуще·
ствляют передачу и прием информации.
Управляющие сигналы квитирования (например, RTS,
CTS). СигнаJiы квитирования - это средство, с помощью
которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог
с DCE до фактических передачи или приема данных по
последовательной линии связи.
87

Сигналы синхронизации (например, те, RC). в СИНХ•
ронном режиме (в отличие от более распространенного
асинхронного) между устройствами необходимо пере•
давать сигналы синхронизации, которые упрощают син•
хронизм принимаемого сигнала в целях его декодиро•
вания.
На практике вспомогательный канал RS-232C при·
меняется редко, и в асинхронном режиме из 25 линий
обычно используются только девять линий (контактов),
которые приведены в табл. 8.2.
8.2. Виды сигналов в интерфейсе RS-232C
В большинстве систем, содержащих интерфейс
RS-232C, данные передаются асинхронно, т. е. в виде по·
следовательности пакетов данных. Каждый пакет содер·
жит один символ кода ASCII (американский стандартный
код для обмена информацией), причем информация в па­
кете достаточна для его декодирования без отдельного
сигнала синхронизации.
Символы кода ASCII представляются семью битами,
например буква А имеет код 1000001. Чтобы передать
букву А по интерфейсу RS-232C, необходимо ввести до·
полнительные биты, обозначающие начало и конец па·
кета. Кроме того, желательно добавить лишний бит для
простого контроля ошибок по паритету (четности).
Наиболее широко распространен формат, включаю­
щий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два
стоповых бита. Эквивалентный ТТ Л-сигнал при передаче
буквы А показан на рис. 8.3. Начало пакета данных все­
гда отмечает низкий уровень стартового бита. После не·
го следует 7 бит данных символа кода ASCII. Бит пари·
тета содержит 1 или О так, чтобы общее число единиц
в 8-битной группе было нечетным (нечетный паритет -
нечетность) или четным (четный паритет- четность).
Последними передаются два стоповых бита, представ·
ленных высоким уровнем напряжения.
Таким образом, полное асинхронно передаваемое сло­
во данных состоит из 11 бит (фактические данные со·
держат только 7 бит) и записывается в виде 01000001011.
Здесь использован четный паритет, поэтому девятый бит
содержит О.
К сожалению, используемые в интерфейсе RS-232C
уровни сигналов отличаюtся от уровней сигналов, дей·
88

Cmap_mo6ь1u
Бит ларит~та
d"um
Сень rfutn
....
tJаннык
D'fOOOOOTOtt
naк~tn dанных,
coom6emcm6gющuu
tli кб~ А
Рис. 8.3 . Представление кода буквы А сигналь·
ными уровнями ТТ Л
ствующих в микрокомпьютере. Логический О (SPACE)
представляется положительным напряжением в диапа·
зоне от +3 до +25 В, а логическая 1 (MARK) -отрица­
тельным напряжением в диапазоне от -3 до
-25 В.
На рис. 8.4 показан сигнал пакета данных для кода бук­
вы А в том виде, в каком он существует на линиях TXD
ттли RXD интерфейса RS-232C.
Сдвиг уровня, т. е. преобразование ТТ Л-уровней
в уровни интерфейса RS-232C и наоборот, производится
специальными микросхемами драйвера линии и приемни­
ка линии. Разводка контактов наиболее популярных мик­
росхем 1488 и 1489 показана на рис. 8.5.
На рис. 8.6 представлен типичный микрокомпьютер·
ный интерфейс RS-232C. Программируемая микросхема
ICJ последовательного ввода осуществляет необходимые
пакет i!анных,
coomбemcrri8yющu.ii.
l,/if'J(бeA
~1
Рис. 8.4 . Вид кода буквы А на сигнальных лиl'lиях TXD
или RXD
89

А
8
BuiJ ctJ~pX!J
1"88
D
с
!(анап
~
Канал
8
Buq с8~рху
1489
Канал
.lJ
Канал
с
Рис. 8.5 . Разводка контактов драйвера линии 1488 и при·
емника линии 1489
1'JIJ
J)f
.:02
JJ3
JJ't
JJS
.1J6
ZJ7
.S /O
7W
_.
28 128
Драu tJe17ь1
'·
+~лцниц
L_J
2><75150
26
,..
ICZ rx.D
-----. ,g :
1 (1roнтa1rmZ)
оо rxD
1
. !Jt
~-iё3а1 нrs
D2 ffl 21
(KOHma1rmt, . )
+58
113
Dlf
JJS
1JrR
~
>-+-'к-1о~нтакт2ОJ :'с:
Wн
HES
CLK
с/о
1 CTS
m~-~~
1 (контакm5)
lzc'lc l IJsR
-
221
1 (кoнmaкmfiJ
IJSll
1
1
1SG
0 lt ~-1-"" {контакт?}
nриеиник
г
линии
+SB О
7S1Sif.
~q_
•:::i
~
1J..
C\f
Рис . 8.6. Типичная с х ема интерфейса RS"232C
параллельно-последовательные и последовательно-парал­
лельные преобразования данных. Микросхемы /С2 и /С3
производят сдвиг уровней для трех выходных сигналов
TXD, RTS и DTR, а микросхема /С4- для трех входных
90

Ноиер
нон ер
Сигна.л контакта
контакта,
FG f о---·.__---------о 1
rx.IJ
RX11
IUS
crs
::.......~~~-;:><:",~~~--:~
;:
х:;
ZJSR 6~
SG7
. DCZJ 8 o------
117/l 200-----><
Нонер
сигнал контакта
FG1
7XIJ
RXD
RTS
CTS
IISR
SG
.lJCJJ
1'JTR 20'0--~
Glнонер
нонтанта
1
Рис. 8.7 . Два варианта пустого модема
сигналов RXD, CTS и DSR. Микросхемы !С2 и !С3 тре­
буют напряжения питания ± 12 В.
Усовершенствования. Разработано несколько новых
стандартов, направленных на устранение недостатков
первоначальных спецификаций интерфейса RS-232C. Эти
стандарты позволяют улучшить согласование линии, уве­
личить расстояние и повысить скорость передачи данных.
Отметим среди них интерфейс RS-422 (балансная систе­
ма, допускающая импеданс линии до 50 Ом), RS-423
(небалансная система с минимальным импедансом ли­
нии 450 Ом) и RS-449 (стандарт с очень высокой скорос­
тью передачи данных, в котором несколько изменены
функции схем и применяется 37-контактный разъем ти­
па D).
91

8.3 . Тестовое оборудование для интерфейса RS-232C
Специалистам, постоянно занимающимся тестирова­
нием или поставкой систем, в которых применяется по­
следовательный интерфейс RS-232C (или эквивалентный
ему), необходимы специальные тестовые приборы. Рас­
смотрим наиболее распространенные из них.
Соединители. Эти дешевые устройства упрощают пе­
рекрестные соединения сигнальных линий интерфейса RS-
232C. Они обычно оснащаются двумя разъемами типа
D (или ленточными кабелями, имеющими розетку
и вставку), и все линии Подводятся к той области, куда :
можно вставить перемычки. Такие устройства включают­
ся последовательно с линиями RS-232C, и затем прове­
ряются различные комбинации подключений.
Трансформаторы разъема. Обычно эти приспособле­
ния имеют разъем RS-232C со штырьками на одной сто­
роне и разъем с отверстиями на другой стороне.
Пустые модемы. Как и предыдущие устройства, пус-,
тые модемы включаются последовательно в тракт дан­
ных интерфейса RS-232C. Их функции заключаются в
изменении сигнальных линий таким образом, чтобы пре­
вратить DTE в DCE. Пустые модемы несложно реализо­
вать с помощью соединителей. Две возможные конфигу­
рации пустого модема показаны на рис. 8. 7 .
Линейные ,мониторы. Мониторы индицируют логиче­
ские состояния (в терминах MARK и SPACE) наиболее
распространенных сигнальных линий данных и квитиро­
вания. С их помощью пользователь получает информа­
цию о том, какие сигналы в системе присутствуют и ак·
тивны.
Врезки. Эти устройства обеспечивают доступ к сиг­
нальным линиям. В них, как правило, совмещены воз­
можности соединителей и линейных мониторов и, кроме
того, предусмотрены переключатели или перемычки для
соединения линий с обоих сторон устройства. Для под·
ключения врезки применяются два плоских кабеля, за·
канчивающихся разъемами (самодельная врезка описа·
на в приложении 2).
Интерфейсные тестеры. По своей конструкции эти
приборы неско л ько сложнее предыдущих простых уст·
ройств. Они позволяют переводить линии в состояни~
MARK или SPACE, обнаруживать помехи, измерять ско·
рость передачи и даже индицировать структуру слова
92

данных. :Конечно, такие приборы довольно дороги, на·
пример стоимость полностью укомплектованного интер­
фейсного тестера превышает 250 фунт. ст.
8.4 . Поиск неисправностей в системах RS-232C
Поиск неисправностей в системах RS-232C включает
в себя следующие основные этапы.
1. Установите, какое устройство является DTE, а ка­
кое DGE . Обычно на этот вопрос можно ответить, по­
смотрев на разъем (напомним, что оборудование DTE ос­
нащается разъемом со штырьками, а оборудование
DCE- разъемами с отверстиями). Если оба устройства,
о
о
о
о
•••оооеоооооо
000000000000
8888888800000
ооооооеооооо
880800808080
••••••••••••• •
••••••••••••
оа)
о tfJ
о6)
оt)
Рис. 8.8. В а рианты кабелей для интерфейса
RS-232C:
а - кабель с четыр ь мя лннням н для просте !!шнх
терминалов (испол ь зуются конт а кты J-3 н 7, а кон­
такты 8 н 20 закорачиваются); 6 - кабель с девять~о
линиями для асннхрояно!\ связи (используются кон­
такты J-8 н 20); в - кабель с 15 линиями для син­
хронно!! связи (используются конта~<ты 1-8, JЗ-15,
17, 20, 2'2 и 24); г - кабель с 25 линиями для уни­
ве рсальных прнм е нениn (использу ются контакты
J-25)
93

как это часто бывает, работают в конфигурации DTE, то
для правильной работы необходим пустой модем.
2. Проверьте правильность использования кабеля. От•
метим, что существуют несколько разновидностей кабе­
лей интерфейса RS-232C: кабель, состоящий из четырех
проводов .(линий) для простых терминалов, девяти про·
водов для обычной асинхронной передачи данных, 15 про·
водов для синхронной связи и 25 проводов для любых
применений (рис. 8.8). Если возникают какие-либо сом•
нения, пользуйтесь кабелем с 25 проводами.
3. Убедитесь в том, что на каждом конце последова­
тельной линии правильно заданы формат слова и ско•
рость передачи в бодах.
4. Включите линию и проверьте логические состояния
сигнальных линий данных (TXD и RXD) и квитирова·
ния с помощью линейного монитора, врезки или интер·
фейсного тестера.
5. Если что-то не так, посмотрите по техническому
описанию, не требуются ли какие-либо специальные сое·
динения и полностью ли совместимы интерфейсы. Особо
подчеркнем, что некоторые фирмы реализуют интерфей­
сы квази-RS-232С с ТТЛ-совместимыми сигналами. Оче·
видно, что такие интерфейсы электрически не совмести­
мы с обычным интерфейсом RS-232C, хотя и работают
с аналогичными протоколами.
8.5. Универсальная приборная шина IEEE-488
Шина IEEE-488, называемая также приборной шиной
He\vlett-Packard, широко применяется длЯ соединения
микрокомпьютерных контроллеров в автоматическом нс·
пытательном оборудовании АТЕ. Большинство современ­
ных электронных nриборов, включая цифровые вольтмет­
ры и генераторы сигналов, оснащаются интерфейсом
IEEE-488. Последний позволяет подключать приборы
к микрокомпьютерному контроллеру, который управляет
работой приборов и обрабатывает передаваемые ими
данные.
Стандарт IEEE-488 определяет следующие типы уст•
ройств:
приемники, получающие информационные и управ­
ляющие сигналы от других устройств, подключенных
к шине, но не передающие данные. Типичным примером
приемника служит генератор сигналов;
94

передатчики, которые только помещают данные на
шину, но не принимают данные. Типичным примером пе­
редатчика является перфоленточный считыватель. Отме­
тим, что в любой момент времени активным является
лишь один передатчик, но получать данные могут не­
сколько приемников одновременно;
Таблиц а 8.3 . Функции сигнальных линий интерфейса IEEE-488
Номер кон·\ Сокращенное
такта на
обозначение
рис. 8.9
1
DJOl
2
DJ02
8
DJOЗ
4
DJ04
б
EOJ
б
DAV
7
NRFD
8
NDAC
9
!FC
10
SRQ
11
ATN
12
SHJEW
13
DJ05
14
DJOб
15
DJ07
lб
DJ08
17
REN
18-24 GND
Выполняемая функция
Линия данных 1
Линия данных 2
Линия данных 3
Линия данных 4
Конец или идентификация. Сигнал генери­
рует передатчик, показывая завершение
передачи данных
Данные действительны. Сигнал выдается
передатч1tком, когда на шину помещены
действительные (установившиеся) данные
Не готов к принятию данных. Сигнал фор­
мирует приемник, показывая, что он еще
не готов воспринимать д.анные
Данные не приняты. Сигнал выдает прием­
ник, воспринимая данные
Сброс интерфейса. Контроллер формирует
сигнал для инициализации системы в из­
вестное состояние
Запрос обслуживания. Сигнал выдает уст­
роl\ство, требующее внимания контролле­
ра
Внимание. Контроллер формирует этот сиг-
нал, когда помещает на шину команду
Защита
Линия данных 5
Линия данных 6
Линия данных 7
Линия данных 8
Разрешение дистанционного управления.
Эта линия управления применяется для
разрешения или запрещения управления
с шины (позволяя управлять прибором с
его лицевой панели, а не с шины)
Земля
n р им е 11 а и я я: 1. В сигнальных линиях квитирования (DAV, NRFD
и NDAC) используются выходы типа открытого коллектора, которые доnус•
кают реализацию монтажного ИЛИ.
2. Все остальные сигналы ТТ Л-совместимы и активны прн иищом
уровне.
95

JJiot -
.] }102-
ZJ/03-
ZJZ04-
EOr -
IJAV-
NflFD -
ЩJAC­
!FC -
SRa -
ATN-
- lJ!OS
- :JJZ06
-11101
- 1JI08
- GNlJ
-GNlJ
-t;N]J
-G NZJ
-
GN11
- GHD
-GNlJ
·- GNIJ
Рис. 8.9 . Функции линий
24-контактного разъема для
шины IEEE-488
передатчик-приемник, при·
нимающий данные с шины и
передающий их на шину.
Типичным примером такого
устройства является цифро­
вой мультиметр . Данные по­
ступают в прибор для выбо·
ра требуемого диапазона и
возвращаются на шину в ви­
де цифровых отсчетов на­
пряжения, тока или сопро­
тивления;
контроллер, приме.няю-
щийся для управления пере·
дачами данных по шине и их
обработки. Контроллером в
системе IEEE-488 почти все·
гда является микрокомпью­
тер; во, многих системах ис­
пользуются
персональные
компьютеры фирмы IBM, но
и другими фирмами выпускаются специализированные
микропроцессорные контроллеры.
Шина IEEE-488 обладает восемью многофункцио­
нальными двунаправленными линиями данных. Они при­
меняются для передач данных, адресов, команд и байт
состояния. Кроме того, имеются пять линий управления
шиной и три линии квитирования .
Разъем для шины IEEE-488 имеет 24 контакта (рис.
8.9), функции сигнальных линий приведены в табл. 8.3 .
О наличии команд на шине сигнализирует низкий уро·
Линии
ynpa~{ATN
Jll'HUll ЕО/
шиной ft/11
Линии SltQ
к6ити-f~1~
po6a· lнaro
ниtt {PIOI•
линии 1JЛJ8
iJaNNM/l
контроллер
(напринl!р,
никро-
конпьютер)
1111
nереuатчик·
приеиник(на-
прииер,циrрро-
6ой 6ольтнетд
1111
Лрие11ник, Пepeilamvuк
(напринер,
(например,
лентоvнь1V.
генератор)
сvшпы6аmел•)
11111
11111
-
-
-
-
-
-
-
-
"
Рис. 8.10 . Типичная конфнrурацня шины IEEE-488
96

вень на линии ATN. Затем контроллер помещает на шину
команды, которые передаются в отдельные устройства,
идентифицируемые адресами на пяти младших линиях
шины· данных. Можно выдавать также («широковеща­
тельные») команды для всех устройств.
Так как физические расстояния между устройствами
невелики, скорость передачи данных довольно высока
(от 50 до 250К байт/с). На практике скоростью переда­
чи данных управляет самый медленный приемник. На
рис. 8.10 показана система, где в качестве контроллера
выступает микрокомпьютер.
8.6 . Поиск не·исправностей в системах IEEE-488
Поиск неисправностей в системах на базе шины
IEEE-488 обычно намного проще, чем в системах с ин­
терфейсом RS-232C. Объясняется это в основном двумя
причинами: во-первых, в реализациях стандарта IEEE-
488 гораздо меньше отклонений, и, во-вторых, все сигна­
лы имеют стандартные ТТ Л-уровни направления. Следо­
вательно, здесь допускается применение обычных цифро­
вых приборов, логических пробников и пульсаторов.
Более того, в управляющие программы часто встроены ди­
агностические процедуры, которые извещают пользова­
теля о том, что, например, внешнее устройство не реаги­
рует на команды с шины.
Если все же встречаются затруднения, следует прове­
рить конфигурацию программного обеспечения и назна­
чения адресов различным устройствам в системе. При
необходимости проверки состояний сигнальных линий
можно воспользоваться логическим пробником (напом­
ним, что все сигналы активны при низком уровне).
Глава 9
Микропроцессорные шины
9.1 . Шина STE
Шииа STE- это сравнительно новое стандартизован­
ное средство для микрокомпьютерных систем, которое
начинает широко применяться в промышленности. Оно
7-391
97

относится к модулям на европлатах, объединенных ши•
ной из 64 линий и удовлетворяющих стандарту IEEE-
HIOO. Шина рассчитана на три типа плат: для обработки,
ввода-вывода и формирования сигналов. Так как про­
цессоры управляют передачами данных по шине, их час­
то называют ведущими шины. Платы же ввода-вывода
называются ведоА~ыми шины.
В зависимости от назначения имеются платы ввода­
вывода для цифрового ввода и вывода, аналогового вво­
да, аналогового ввода и вывода. В платах цифрового вво­
да-вывода применяются программируемые микросхемы
параллельного ввода-вывода (см. гл. 7), а в платах ана­
логового ввода-вывода - аналого-цифровые (АЦП)
и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи.
Выпускаются также процессоры шины STE с после­
довательным интерфейсом RS-232C (см. гл. 8) для под­
ключения к терминалу или внешнему главному микро­
компьютеру. Разработана плата шины STE для подклю­
чения к универсальной приборной шине IEEE-488 (см.
гл. 8); Все это делает шину STE гибкой и универсальной.
Процессоры шины STE - это одноплатные компью­
теры с ЦП, ПЗУ, ЗУПВ и интерфейсными схемами. На
европлате размером lOOX 160 мм плотность монтажа ока­
зывается очень высокой. Например, один из наиболее
популярных процессоров состоит из более чем 30 микро­
схем, причем не менее четырех из них - в 40-контактных
корпусах типа DIP.
Структурная схема типичного процессора шины STE
показана на рис. 9.1 (сравните ее с конфигурациями из
гл . 5). Центральный процессор (ЦП) Z80 работает с час•
тотой синхронизации 4 МГц. Системный генератор син­
хронизации, стабилизированный кварцем (см. гл. 5),
функционирует с частотой 16 МГц. Затем с помощью де·
лителя формируются сигналы синхронизации 8 МГц для
контроллера динамического ЗУПВ, 4 МГц для ЦП и по·
следовательного интерфейса RS-232C, 2 МГц для конт·
роллера диска.
Системная синхронизация с частотой 16 МГц действу­
ет также на шине STE в целях использования ведомыми
шины. Так как на шине в любой момент времени долже.11
присутствовать только один сигнал синхронизациЕ
16 МГц, а в системе может быть несколько процессорню
плат, на печатной плате предусмотрена перемычка, за
прещающая выход 16 МГц.
98

-..J
"
:8
Генераглор-r-~~~~~~~~~~~~~--~--~~~~~--~--........." " '1 ~
;;. ~f/Ui.tr
синхрони­
,. .затор
Ц!f Z8t)
Шiilia iztтpt!r:a (fl/J
6уфер6r
шина
аиска
(25линиii)
6f1'f1ep
ДраЦ6ер&r
шины
Ао-А.15
~ !Тpeoб'pa:JolfrrmёifiL
"РООня
25-контик­
mный
Ptl:JЭl!H
RS-2JZC
1
,
,
,
,.
,•(
"_.
, , '-~сми
Рис. 9.1. Структурная схема типичного процессора шины STE
СМ1
С'М2
ADll'STft
DATST/I
svsнaa
RUSRar
THF'EFlll'
IJATkCK
SUSAKO
SUSAKf
ШUHt1;
srt·

Контроллер динамического ЗУПВ формирует с.игна·
лы мультиплексных данных, а также сигналы выбора
строки RAS и столбца CAS для восьми микросхем дина·
мических ЗУПВ с организацией 64КХ 1 (см. гл. 6). Кон·
троллер диска выполнен в виде одной БИС, а последова·
тельный интерфейс реалнзован на базе программируемо­
го контроллера последовательного интерфейса (см. гл.
7). В последовательном интерфейсе осуществляется сдвиг
уровня для удовлетворения всех спецификаций интер­
фейса RS-232C (см. гл. 8).
Шины адреса и данных буферируются от шины STE
с помощью двух 8-битных драйверов (шина адреса) и 8·
битного приемника-Передатчика (шина данных). Все эти
микросхемы имеют тристабильные выходы (см. гл. 2),
поэтому при необходимости их можно изолировать от
внешней шины.
Разводка разъема шины STE приведена на рис. 9.2,
где DО-D7-линии данных; АО-А19-линии адреса;
ADRSTB-cтpoб адреса. Сигнал низкого уровня на этой
линии показывает наличие на шине действительного ад-
реса; DATSTВ - строб данных. Сигнал низкого уровня
на этой линии идентифицирует наличие на шине дейст­
вительных данных;· СМО-СМ2 - командные модифика·
торы, характеризующие тип цикла шины; BVSRQ0-1-
зaпpoc шины. На этих линиях действуют сигналы низ­
кого уровня, когда потенциальному ведущему шины необ­
ходимо получить доступ к ней; ВИSАКО-l·линии подтвер­
ждения шины. Сигналы низкого уровня на этих линиях
показывают, что запрос шины удовлетворен. Потенциаль··
ный ведущий шины может управлять шиной, если только
он получил подтверждение на запрос шины; DATACK -
на эту линию квитирования выдает сигнал ведомый ши·
ны в цикле записи, показывая восприятие данных, или
в цикле считывания, показывая действительность своих
данных; TRFERR- ведомый шины выдает этот сигнал
вместо DATACK при обнаружении ошибки; АТNRQО-1-
линия внимания запроса/прерывания (сигнал ATNRQO
имеет больший приоритет); SYSCLK - системная син·
хронизация 16 МГц; SYSRST- системный сброс.
Необходимо отметить, что линии командных модифи•
каторов показывают операции считывания, записи вво•
да-вывода и памяти в соответствии с табл. 9.1,
100

Ряде
~о
fioнep
HOf'lep
контакrrtа '
J(онтанmа
7
/)
+++
о
!
2
- +58
+++
+58
.;г
з
.170
+++
]),
..J
4
.JJ2
+++
]JJ
4
.s
. JJlf
+++
1JS"
..5
.6'
1J6
+++
])7
в
7
АО
+++
о
"
8
А.2
+++
А1
:в
9
A'r
+++
АЗ
s
10
А6
+++
AS
Jo
11
.АВ
+++
А7
71
72
А10
+++
А9
12
13
А12
+++
Aff
73
,,,.
А14
+++
д13 ,
74
!S
.А16
+++
АТ5
75
16
А18
+++
А17
16
17
сна
+++
А19
17
78
С/12
+++
СМ1
18
19
Ai'iiSfiJ
+++
(]
19
..20
IIATACK
+++
DAffi8 20
.21
fiifftffl
+++
о
21
22 ATNHO.O
+++
SYSiisr
22
.23
ATNRa2
+++
AfiiiiQ;
23
24 ATNHQ4
-r++
ATNRaJ
2't
25
A'iNm
+++
ATNR0.5 2S
2(;
о
+++
ATNllQ7 26
27
8iiSiiiiO
+++
в11sна1 27
28
8/iSAiiO
+++
виsАкт 28
29
SYSCL/f
+++
+ST8Y
29
30
- 128
+++
+128
JD
31
+58
+++
+58
31
32
о
+++
о
.J2
г---
(0'1
Рис. 9.2. Разводка контактов разъема шины STE
101

Таблица9.1 .Типыцикловwииы
СМ2
СМ/
смо
Ц11к11 шины
о
о
о
о
l
1
l
1
102
о
о
Зарезервированы
о
l
Зарезервированы
1
о
Зарезервированы
l
l
Подтверждение
о
о
Запись ввода-вывода
о
1
Считывание ввода-вывода
1
о
Запись в память
1
1
Считывание из памяти
НнтерtреЦс
RS-2J2C
терминала
или гла8ноео
никроконпью·
rпера
_н_x_JJ._ llpoцeccop·
наяrтлата
(8еrJущий
шины)
,"_ _ . , " Дuclfo6ыu
накопи­
тель
rхл
Шина STE(64}
плата
аNoалого!Jогq 6tJooa
(fJerJoныti. шины)
Доl5
аналоео6ь1х 6xorlo8
!7лаrпа цutpp_otJoгo
tJtJoaa-8ы6q8a
(6еrJоный шинь1)
Выхоаные
rJpautJepы
"-----v_ _J
До 24 tJыxouo8
на реле, инiи- ,·
каlпоро6и. r-1(.;
Рис. 9.3. Типичная конфигурация шииы STE

Типичная конфигурация шины STE приведена на рис.
9.3 . В ней используются одна процессорная и две веда·
мые платы: плата аналогового ввода и плата цифрового
ввода-вывода. Для хранения программ и данных преду·
смотрен ~исковый накопитель; система воспринимает
команды по линии последовательного интерфейса RS·232C
от терминала или главного микрокомпьютера, работаю­
щего в режиме эмуляции терминала.
Все платы, показанные на рис. 9.3, соединяются друг
с другом с помощью системной («материнской») платы,
которая представляет собой печатную плату с вмонтиро·
ванными в нее 64-контактными разъемами DIN 41612
с шагом 20,3 мм. На системной плате соединены одно­
именные контакты всех разъемов и размещены термина­
торы, минимизирующие рассогласование линий и «звон»
сигналов. Системная плата обычно монтируется в кор­
пусе с фиксирующими направляющими для печатных
плат.
9.2 . Поиск неисправностей в шинных системах
Читателя не должна пугать кажущаяся сложность
микрокомпьютерной системы, показанной на рис. 9.3 . Си­
стему можно разделить на несколько взаимосвязанных
подсистем, а каждая подсистема аналогичным образом
делится на составляющие ее компоненты. Более того,
шинная организация упрощает поиск неисправностей:
можно изолировать различные части системы, просто
удалив подозрительную плату и вставив на ее место за­
ведомо работоспособную.
Дополнительные трудности возникают, когда несколь·
ко потенциальных ведущих, т. е. процессоров, разделя­
ют шину. Если какой-либо процессор не в состоянии по­
лучить доступ к шине, он может «зависнуть», так как
другой ведущий уже управляет шиной и не освобождает
ее. В этом случае необходимо проверить линии BUSRQ
и BUSAK с помощью логического пробника или осцил­
.'1ографа. Если они разрешены, проверяют линии моди­
фикаторов и убеждаются, что цИ1<л iliИны не яв.11яется
циклом подтверждения, а «обия.<~:Н.!iЫЙ» процессор выда­
ет строб данных. Если сигнал DATSГB выдается, от ве­
домой платы должен поступать сигнал DATACK или
TRFERR. В противном случае следует убедиться, что ве·
домая плата реагирует на адрес, выдаваемый процесса·
103

ром. Отметим, что для многих ведомых плат необходимо
наличие на шине сигнала SYSCLK и поэтому возника•
/
ют дополнительные сложности, связанные с тем, что не·
сколько процессоров одновременно генерируют эти сиг•
налы.
Важно также отметить, что платы ввода-вывода обыч­
но имеют перемычки для выбора адресов и линий вни·
мания запроса. Перемычки следует устанавливать таким
образом, чтобы между платами не возникало «конфлик­
тов». Перед заменой в системе вышедших из строя плат
следует убедиться в правильной установке перемычек.
Несоблюдение этого простого правила может стоить мно·
гочасовых усилий при выявлении неисправности.
Наконец, при диагностике неисправностей в сложных
системах не забывайте об очевидных вещах. В любом
случае прежде всего необходимо оценить состояние систе­
мы, руководствуясь нижеприведенными тестами.
1. Правильно ли работала система до возникновения
неисправности или неисправность проявилась сразу же
после включения системы?
2. Имеется ли журнал регистрации функционирования
системы, не могут ли привести к неисправности плохое
проектирование или дефектный элемент при изготовле­
нии платы?
3. Если неисправность появилась недавно, в каком ре­
жиме работала система до ее возникновения?
4. Является ли неисправность постоянной или пере­
межающейся?
5. При каких обстоятельствах возникает перемежаю­
щаяся неисправность? Зависит ли она от температуры?
6. Можно ли предсказать, когда возникнет неисправ­
ность?
7. Если это так, можно ли воспроизвести такие усло­
вия, что неисправность будет постоянной?
8. Какие платы в системе работают правильно?
9. Можно ли локализовать неисправность до конкрет­
ной платы?
10. Задокументирована ли где-нибудь возникшая не­
исправность?
На все эти вопросы необходимо ответить прежде, чем
приступать к измерениям и удалению подозрительных
плат. Опытный исследователь осуществляет подобную
оценку почти автоматически, а новичку мы советуем как
можно скорее усвоить предложенный алгоритм .
.10 4

Пр ил о ж е н и е 1. Справочные данные по микросхемам
ТТЛ-микросхемы
v,,
7't01
Vcc
74-05
7'+08
105

7411
Vcc
741J
74!4
74-Тб
74-ZO
7421
106

7lt22
742J
7't25
7426
Vcc
Jlt27
71f.28
7'f:J2
74-33
7437
107

7't38
7НО
7Н2
7't 'tS
Усе
7't't7
7't 't8
7451
7'f.LSS1
108

7it60
Vcc
7473
7'f7S
71t7o
7/f77
109

Vce
74-80
74-82.
7't8J
74-86'
7'f9(]
74-91
749Z
7'+95
110

7't96
7't107
Усе
Vcc
71'!09
7i, .1 10
Vcc
71f111
71'112
Vcc
Усе
7411'1 -
Усе
7*121
74122
111

71f.723
74124
V~c
74125
74-126
Vcc
7't732
7it-136
71f.138
7'-1139
112

74150
74151
7ft.152
7Ч.153
7475.1;
74175
7Ч.776/f 77
.
8-391
113

7+178
74179
7lf18Q
7~,.1зо
74192./193
Усе
7'tT94
!14

Vcc
74-279
7't283
8*
115

КМО П-микросхемы
v..,JI
4-011
Lf012
\!6

V.:r.11
117

П р ил о же 11 и е 2. Самодельные приборы
Чтобы показать практическое прпменение цифровой элсктрон11-
к11, в юшгу включены описания несколькнх самодельных приборов,
дополняющие ее основной материал. Конструкциа приборов выбра­
ны максимально простыми, но, разумеется, . не за счет ухудшения их
эксплуатационных характеристик. Спецификации каждого прибора
соответствуют промышленным образцам.
П2.1. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИБОРЫ
Перечень основных инструментов и приборов, необходимых для
локализации неисправностей в цифровых схемах, невелик. Начнем
с таких простых инструментов, как плоскогубцы, бокорезы и не­
сколько четырехгранных и плоских отверток, Конечно, нужно по­
купать высококачественные инструменты, так как при аккуратном
обращении они послужат очень долго.
Рекомендуется приобрести качественный низ к овольтный паяль­
ник с терморегулятором и набором жал. Если такой паяльник для
Вас дороговат, можно обойтись сетевым паяльником мощностью
15-25 Вт. Прн покупке обратите внн~1ание на его комплектацию
.(запасные жала, нагревательные элементы и принадлежности).
Целесообразно купить также ручное приспособление для вы­
паiiки микросхем. Оно очень удобно для выпайки многоконтактных
микросхем на пе<rатных платах с одно· или двухсторонним ыонта­
жом.
Самым необходимым для Вас прибором будет высококачествен­
ный ана.1оговый или цифровой мультиметр (тестер). С его помощью
измеряют постоянное, переменное напряжение и ток, а также со­
противление. Выбор типа аналогового или цифрового прибора за­
висит от того, что Вам больше нравится. Желательно, ио не обя·
зательно, чтобы прибор позволял измерять целостность nроводни·
ков , осуществлять проверки диодов, транзисторов и др.
По мере изложения дальнейшего материала мы назовем и не·
сколько других инструментов и приборов. Но их не нужно поку­
пать все сразу; пополняйте свой инструментарий по мере необходи­
мости.
П2.2. СТАБИЛИЗИРОВАННЫИ БЛОК ПИТАНИЯ
Начнем с конструирования стабилизированного блока питания,
расс ч нтаиного ддя цифровых устройств и имеющего от дельнЫе вы·
ходы для питания К:МОП- и ТТЛ-схем. Первый выход регулируетсц
в обычном для КМОП-схем диапазоне от 3 до 15 В, а второй фор­
мирует фиксированное напряжение 5 В. Оба выхода обеспечивают
118

СР.mЬ .
Е
8129
Оzрани11енщ•
-
кноп
------0$/(f
Рис. П2.1. Принципиальная эле1прическая схема блока питания
качественную стабилизацию, очень малое выходное сопротивление
11 почти свободны от пульсаций и помех.
Для защиты самого блока пит~ния и подключенных к нему уст­
ройств блок должен оснащаться средствами ограничения тока . По­
этому на КМОП-выходе предусмотрено такое ограничение с регу­
.пировкой от 10 мА до 2 А. На ТТЛ-выходе име ется предохранитель
на ток короткого замыкания около 750 мА. Блок питания сост о ит
из дешевых компонентов и монтируется в стандартном корпусе
Verobox и плате Veroboard.
Описание схемы. Электрическая схема блока пита~шя приведе­
на на рис. П2.l . Силовой трансформатор подает низкое перемен­
ное напряжение на мостовой выпрямите.пь Dl-D1. Выходное посто­
янное напряжение выпрямителя (при.мерно 17 В) сглаживается кон­
денсатором Cl. Светодиод D5 , включ е н н ый чере з ограничительный
резистор Rl, показывает нали ч ие постоянного на пряжения в этой
точке, т. е. является индикатором вклю'lения сети.
Нереrулируемое постоянное напряжение, действующее на кон­
денсаторе CJ, подается на входы регулируемого стабилизатора JCJ,
а через тумблер 52 - на Т - образный стабилизатор JC2. Выходное
напряжение JCJ регулируется с помощью переменного резистора
VRI, а ограничение тока устанавливается резистором VR2. Свето­
диод Dб показывает наличnе напряжения на ТТЛ-выходе.
l(оидеисаrоры С2, СЗ, С5 и Сб обеспечивают устойчивость блока
119

1(
"'
'
v
IJGa
и
Dlk
r
$
R
а
SK3
sк+
р
о
S2
N
С1
н
JJS!t
L
к
D5a
VRf
J
VR1
н
11
SK2
~~~m
G,
,,.
Е
rtsяc
D
+
1,
11SEC
с
i
в
...
sz
1
5
10
15
20
25
:то
35 37
Рис. П2.2. Монтажная схема блока питания
питания по высоким частотам, а конденсаторы С4 и С7 служат для
дополнительной развязки КМОП- и ТТЛ-выходов .
Монтаж и проверка. Все компоненты блока питания, за исклю­
чением силового трансформатора и органов управления, монтируют­
ся на стандартной печатной плате (24 полоски с 37 отверстиями).
Монтаж компонентов на печатной плате Veroboard показана на рис.
П2.2. Из рисунка видно, что нужно сделать шесть разрывов (раз·
120

F-1~
V37 1137 К37 i.J7
Рис. П2.3. Монтаж элементов на лицевой панели
резов) печатных проводнщщв, с помощью кусачек или дрели с ост· 1
рым сверлом соответствующего диаметра.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: пере·
мычки, конденсаторы, резисторы, мостовой выпрямитель, выходные 1
пистоны и микрос хемы . Микросхемы устанавливаются так, чтобы их
теплоотводящне поверхности были выровнены в вертикальной плос•'
кости для общего радиатора, который привинчивается к задней ме­
таллической стенке корпуса Verobox.
Перед окончателыюй установкой печатной п л аты мы настоятель·
но советуем внимательно проверить правильность монтажа ее от·
дельных компонентов, пер е мычек и разрывов п е чатных проводников.
Необходимо убедиться в правильной ориентации полярных комnо·
нентов, включая электролитические конденсаторы и мостовой выпря·
мнтель, в надежности соединений, отсутствии выплесков припоя
и замыканий между печатными проводниками. Нечего и говорить,
что несколько минут, потраченных на контроль платы, сэкономят
время в дальнейшем .
Когда плата тщательно проверена, ее нужно прикрепить гориэои·
тально к корпусу Verobox , Спереди ПЛ?Та поддерживается с помо­
щью двух изолирующих стоек, а сзади - теплоотводящнм радиато­
ром.
Монтаж органов управления, индикаторов и гнезд на передней
панели показан на рис. П2.3. Соединения между этими компонен­
тами осуществляются короткими изолированными проводами.
После окончания монтажа его нужно тщательно проверить, об­
ратив особое внимание на предохранитель, трансформатор и сетевой
выключатель. Затем можно подключиться к сети и с помощью муль­
rиметра .(включенного на измерение постоянного напряжения) убе-
121

днться в том, что напряжение на конденсаторе С! находится в диа·
п::~зоне от 15 до 18 В . Впоследствии следует измерить напряжение
на ТТЛ- н КМОП·выходах. Еслн что-то оказывается не в порядке,
воспользуйтесь. рекомендациями, приведенными в гл. 1.
Компоненты. В блоке питания применяются следующие коыпо·
непты.
Резисторы {уrолъные, пленочные; 0,25 Вт): Rl = 1 кОм; R2=
= 1 кОм; R3=220 Ом; потенцио-41етры (линейные, проволочные):
VRl=lO кОм; VR2=50 Ом; КQНденсаторы: С/=4700 мкФ (электро·
литнческнй, 25 В); С2=С5=0,22 мкФ .(полистироловый); С3=Сб=
=0,1 мкФ {полистироловый); С4=С7=47 мкФ .(электролитический,
25 В); полупроводншсовые приборы: Dl-D4- мостовой выпрями·
тель, 220 В, 1,6 А (например, SKB2/02L5A); Dб - красный свето·
диод .(с линзой); Dб -зеленый светодиод (с линзой); /CJ-L200;
IC2-7805 .
Дополнительные детали: Т 1 - силовой трансформатор, 20 или
24 В ·А, с первичной обмоткой на 240 В (или двумя обмотками иа
120 В, включенными последовательно) и вторичной обмоткой на
12 В .(н.'!и две на 6 В) п ток 1,6 пли 2 А; FSJ - быстроплавкнй пре·
дохраннтель на 1 А длиной 20 мм и держатель для него; Sl - мини­
атюрный двухполюсный поворотный выключатель на два положе·
ния, рассчитанный на 240 В; S2 - миниатюрный однополюсный по·
воротный переключатель на два положения; SK1-SK4 - гнезда ди·
аметром 4 мм (два черных, одно красное и одно зеленое).
Радиатор Т0220 с теплоотводящей способностью 6 ,8 °С/Вт; кор­
пус Verobox с размерами 205XI40X75 мм; плата Veroboard с разме­
рами 96Х63 мм; одностороиние пистоны 1 мм (14 шт.); изолирую·
щие стойки (2 шт.); крепежные болты н гайки (6 шт.).
Спецификации
КМОП-выход
Ди а пазон регулируемото н а пряже-
ния, в .. . ....... .
Регулируемое ограничение по току, А
Выходное сопротивление, Ом . . .
Помехи на выходе, мВ
Стабилизаци я, % . . .
ТТЛ-выход
Фиксированное выходное напряже-
ние, В ...... .
Максимальный ток, А .
•.
Ток короткого замыкания, мА
Помехи на выходе, мВ . .
Стабилизация, % . •
.
.
•
122
От3до15
От0,01до2
<0,05 (nрн выходе 10 В н
1А)
<0,5 (10 Гц-100 кГц)
Лучше 1 (при указанных
выходных параметрах)
5±0,2
1
750
<0,05 (10 Гц-100 кГц)
Лучше 0,5 (цри указанных
выходных параметрах)

Л2.3. ЛОГИЧЕСКИЯ ПРОБНИК
Логический пробник очень удобен для инднкацин логических со­
стояний в цифровых КМОП- н ТТЛ-схемах.
Оnисаиие схемы. Э.'lектрическая схема лоrическоrо пробника
показана на рис. П2.4. Сдвоенный компаратор JCJ определяет уро­
вень напряжения на зонде, сравнивая его с напряжениями от резис­
торных делителей Rl-R4 . При стандартном питании , +5 В напря­
жение в точке между Rl и R2 состаВJJяет примерно 2;5 В, а в точке
между R3 11 R4 - около 1,2 R. При отсутствия входного напряже·
пия (зонд «плавает~ в воздухе) напряжение на инвертирующем вхо­
де JCJЬ и неинвертирующем входе lCla будет таким же, как и в точ­
ке между R2 и RЗ, т. е. равным примерно половине напряжения
питания.
Входы ICJ включены так, что на выходе Ja (контакт /) появ,1я­
ется низкий уровеиь, если зонд пробника оосприлимает логический
О, а иа выходе ICJЬ формируется низкий уровеиь, когда зонд воспрп­
нимает логическую l. В Jiюбом случае будет светиться соответству­
ющий светодиод D2 или D 1, показывая логическое состояние, вос­
принимаемое зондом. В отсутствие .'!оrических О н 1 (неопределенное
али высокоуровиевое состояние, а также разомкнутаЯ' цепь) на обо­
их выходах /Cl действуют высокие уровни н ии один нз светод1rо­
дов не светится.
Микросхема /С2 представляет собой таймер 555i работающ11й
зонtJ
npod'1tu1ra
1
1
_..J
'r
cz
Rf(J
Rrt
1N+D01 +~
Ннпу;п,с
о
Рис. П2.4. Пршципиальная электрнчес](аЯ схема логического проб·
ник а
123

в моностабнльном режиме (см. гл. 4} и обсспечивающиА иеобхо"щ­
мое расширение импульсов. Запускающпй импульс формируется с по­
мощью конденсаторов С! или С2 и резисторов R.9 или RJO. Спада­
ющпА фронт образуется при переходе любого выхода микросхемы
JC 1 с высокого на низки А уровень.
Длите.льность шщульса таАмера ·(и время свечения DЗ) опреде­
ляется времязадающими элементами Rl 1 и СЗ. Конденсатор С4 слу­
жит для сглаживания питания, а диод D4 защищает пробник от слу­
чайного неправильного подключения питания.
Монтаж. Все компоненты логического пробника монтируются
на плате с девятью полосками, имеющими по 37 отверстий. Эту
плату можно отрезать от стандартной платы Veroboard (24 полоски
по 37 отверстий), сохранив ее часть для логического пульсатора.
Монтажная схема логического пробника на плате Veroboard по­
казана иа рис. П2.5. Из рисунка видно, что нужно сделать 23 разры­
ва печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа логи­
ческого пробника: гнезда микросхем, пистоны, перемычки, резисто­
ры, диоды, конденсаторы и светодиодЫ (выводы последних должны
иметь такую длину, чтобы светодиоды были видны в верхней части
корпуса). После этого можно подключить провода питания, обратив
внимание иа правильную полярность (для напряжения +5 В берет­
ся красный провод с зажимом «крокодил»).
Прежде чем вставлять микросхемы в гнезда и закреплять пе­
чатную плату, тщательно проверьте все компqненты, перемычки
н разрывы печатных проводников. Целесообразно обратить особое
внимание на подключения полярных компонентов, включая свето­
диоды, электролитические конденсатор~! и диоды . Проверьте надеж­
ность соединений и отсутствие выплесков припоя и замыканий меж­
ду печатными проводниками.
После проверки · печатной платы можно вставить в гнезда мик­
росхемы, обратив внимание на их правильную ориентацию. Затем
плата монтируется в корпусе пробника; не требуется никаких допол­
нительных приспособлений, так как плата плотно зажимается при
соединении двух половин корпуса. Зонд пробника закрепляется
в держателе и соединяется со входом пробника.
Проверка. Логический пробник необходимо проверить, пользуясь
блоком питания с ограничением по току. Лодк;1ючнте провода пи­
тания пробника к блоку, соблюдая правильную полярность. При
свободном зонде пробника ин один из светодиодов не должен све­
титься.
Теперь коснитесь точк11 с нулевым потенциалом. Светодиод DЭ
(импульс) должен вспыхнуть 1 раз, показав изменение логического
состояния, а светодиод D2 {логический О) должен светиться посто-
124

-
!>:)
С>1
nam(llJu~
+
nипцzнш
s
30
25
20
1S
,
•
Dl Лl18U'f~t:NUU О
Z/3 ИllЛfP'6t:
bf Л11еичес1tаR 1
'ЛА~киU
Рис. П2.5. Монтажная-схема логического пробника
3онJ

янно. Накоиец, коснитесь зондом пробника линии +5 В. При этом
светодиод DЗ также должен вспыхнуть 1 раз, а светодиод DJ (ло·
гическая l) должен светиться постояино. Если логический пробник
не реагирует подобным образом, нужно вынуть печатную плату иэ
норпуса и тщательно проверить ее, обратив особое внимание на орн·
ентацию поляриых компонентов :(светодиодов, микросхем, диодов,
электролитических. конденсаторов) и правильность перемычек и раз·
рывов.
Модификации. Мы говорили о том, что логические уровни
в ТТЛ-схемах отличаются от уровней в КМОП-схемах. Следова·
тельно, используемые в логическом пробнике пороговые уровии дол·
жиы быть компромиссными. Но, если пробник предназначается толь·
ко для одного вида схем, рекомендуется изменить параметры ком·
понентов, приведенных в табл. П2.1.
Т а б л и ц а П2.1. Параметры резисторов для различных
·
логических семейств
Логическое семейство
Резисrор
Уmmерсалъиое
(l<МОП/ТТЛ)
км оп
ттл
RJ, кОм
15
8
18
R4, кОм
10
8
8
П р 11 м е ч а н 11 е. НСJминальные параметры резистороо R2 11 RЗ не из-
меняются.
Компоиеиты. Резисторы '(уго.JJьные, 0,25 Вт, 5 %); R/=15 кОм;
R2=R3=RB=R9=4,7к0м; R4=R12=10 кОм; R5=470 I<Ом; R6=R7=
=R11=270 Ом; RJ0=22 кОм; конденсаторы.: Cl=C2=0,1 мкФ;
С3=4,7 МJ{Ф (танталовый, 16 В); С4= 10 мкФ (:электролитический,
16 В); полупроводниковые приборы: JC1-LM393; /С2-555; D/-
DЗ-красный светодиод (диаметр 3 мм); D4 - 1N4001.
Дополнительные детали: 8-контактное гнездо для /С {2 шт.);
корпус пробника с размерами 140ХЗОХ20 мм; односторонние пис­
тоны '(3 шт.); печатная плата типа Veroboard с размерами около
95Х63 мм.
Спецификации
Входное сопротивление зонда
пробника, кОм . . . .
Пороговые иапряжения:
лоrнческая 1 (ТТ Л)
логический О (ТТЛ)
126
~400
2,5 В (универсальный вариант);
2,4 В (только для ТТЛ)
1,2 В (универсальный вариант);
1,2 В (только для ТТЛ)

JlОГНЧ~СКRЯ 1 (КМОП) • •
логический О (КМОП) . .
Длительность расширения им.
пульса,ыс.......
Минимальная длительность им­
пульса,нс.......
Максимальиая частота входно­
го сиги ала ('ГГЛ), МГц
Требования к питанию;
ттл .•. .
..
кмоп ......•.
60 % напряжении питания (уип•
версальный вариант);
70 % напряжения питания (толь·
ко для КМОП)
30 о/о напряжения питания (уни•
версальныi\ вариант);
30 % напряжеиия питания (вари•
ант только . для КМОП)
200
500
10
4,5-5,5 В, ток не более 30 мА
3-15 В, ток не более 60 мА
02.4 . ЛОГИЧЕСКИR ПУЛЬСАТОР
Обычно логический пульсатор применяется совместно с логичес•
ким пробником, но может использоваться и автономно для изменения
логического состоян11я цифровой схемы без привлечения паяльника,
Пульсатор предназначен для ТТЛ· и КМОП-схем.
Описание схемы. Электрическая схема логического пу.пьсатора
приведена иа рис. П2 . 6. Таймер 555 (ICJ) включен как моиостабиль•
иы·й генератор импульсов (см. гл. 4). На выходе таймера .(контакт
3) при нажаrnи кнопки S2 действует напряжение высокого уровня,
продолжительность которого определяется цепочкой R2-C2. Для
указаииых параметров элементов длительность импульса составля•
ет ОКОЛО 5 МС.
Полярность И1dпульса коммутируется тумблером SJ. Транзистор
TRJ работает в режиме иивертора, а транзисторы TR2 и ТRЗ явля·
ются насыщенными ключами и обеспечивают достаточную иагрузоч·
ную способность. Выходной ток оrрани'Швается резисторами R7 и RB.
При стандартном питании +5 В n11ковый отдаваемый тои ограни•
чивается для короткозамкиутой цепи несколькими сотнями миллн•
ампер.
Когда выходного импульса нет, транзистор TRJ включен, но оба
транзистора TR2 и ТRЗ находятся в иепроводящем (выключенном)
состоянии . Следовательно, зонд пульсатора находится в высокоим­
педансиом состоянии,
Как и в логическом пробнике (см. рис. П2.4), диод DJ обеспечи•
вает защиту от неправильного подключения питаиия.
Монтаж. Все компоненты .погическоrо пульсатора монтируются
на печатной мате .(9 полосок с 37 отверстиями). Ее можно отре•
зать от стандартной платы Veroboard .(24 полоски с 37 отверстиями) ;
! 27,

Rf
+CJ
.Io
~в
ZC1
R3
I
cr
Fj/Л6C ~ SZ
l.
--- -.,.,._.··
с
ь-Q-е вхоа
Рис. П2 . 6 . Принципиальная эл ектрическая схема логического
пульсатор а
+VE
Зонд
о
или использовать ту часть платы, которая осталась при монтаже
логического пробника.
На рнс. П2.7 показана монтажная схема логического пульсато­
ра для платы типа Veroboaгd. Рекомендуется следующая последо­
вательность монтажа компонентов : кнопка, переключатель, гнездо
/С, пистоны, перемычки, транзисторы, резисторы, диод и конденсато­
ры. Последними монтируются д ержатель зонда и провода питания
(пе забыва й те о правильной полярности - для +5 В берется крас­
ный провод с зажимом типа « крокодил»). Всего необходимо сде­
лать 18 разрывов печатных проводников. С обратной стороны пла­
ты расположены три перемычки, показанные на рис. П2.7 пунктнр­
иой .линией .
Преж де чем вставить микросхему в гнездо и закрепить плату
в корпусе, тщательно проверьте компоненты, перемычки н разрывы
печатных проводников; обратите внимание на ориентацию полярных
компонентов (транзисторов, д пода и эле к тролитических конденса­
торов) и отсутствие замыканий из - за выплесков припоя.
После проверки платы нужно вставить в гнездо микросхему, об­
ратив внимание иа ее ориентацию. Затем плату временно вставля­
ют в корп у с пульсатора. Прн этом ие требуется никаких дополни­
тельных приспособлений, так как плата плотно зажи м ается при
rоединевии двух половив корпуса. В верхней частн корпуса размеча­
ются отверстия под кнопки Sl и S2. Для S2 требуется прямоугольное
отверстие с размерами 8ХЗ мм. Необходимо сначала просверлить
несколько маленьких отверстий, а затем обработать прорезь надфи-
128

<D
1
. :.>
(О
""
<D
.. ..
J7 J:i
J(J
25-
20
15
70
!i
7
/ееооеоооооооооеоооооооооооооооооооооо
Н oooeooooooooo•onooooooooooooooooooooo
Goooooeneooooo•eooooeoooooeooo~ooooooo
'
88~·оОDе8оD8оОооОоо8о8оОоОооооОооОооо
е' •008oooooooe••u•oooe~••000oooooooooeo
lJО·.•n8D88О8ОО888D88ООООоОООООООоООООООо
~ oooo••ooeoneeDooe•oeooonoooeooooooooo
~8ОО8ОООООООООО.О8ОО08ОО8ОООООООООООООО
1 •• ~0••••0000••00000000000000000000000
Пuma'fU::'
+ ~I~:Jj4j·;cli~:1в-;с,--;:;;~@:--;R~~;•i€);:::rR2ь. ~@-fFni-2! ----,1
0
з0на
~ ~------~!~;~~-~~:-~ @
§
_..,_._~~ -- ~-"-'~-'-"'--'-'--'--'--'--'-"--'-'--'-~-'-._.-'--'--.__._-'-"--'-'--'-u
37 35
30
гs
го
fS
10
5
Рис. П2 . 7. Монтажная схема логического пульсатора

.1ем. Обе половины корпуса скрепляются винтами с потайной голов­
кой, а зонд монтируется в держателе.
Проверка. Для проверки пульсатора требуется б.~ок питания
с ограничением тока и логический пробник. Подключите провода пи­
тания пробника и пульсатора к блоку питания, соб,1юдая правильную
полярность, а затем соедините их зонды коротким изолированным
проводом с зажимами тниа «крокодил:..
Установите переключатель Sl на генерирование положите.льного
импульса. Не касаясь кнопки S2, убедитесь, что выход пульсатора
иаходнтся в высокоимпедаисном состоянии, т, е, ни оцни из свето­
диодов пробника не светится, В противном случае отключите пуль­
сатор, разберите его и вновь проверьте печатную плату.
Прн правильной работе пульсатора в статическом состоянии, на­
жмите кнопку S2 для генерирования импульса и одновременно на­
блюдайте за поведением светодиодов пробника. Пробиик долЖеи за­
фиксировать положительный импульс. Если импульс не наблюдается
илн пульсатор формир ует на выходе неиэмениое напряжение низко­
го или высокого уровней, его придется разобрать и вновь тщатель­
но проверить монтаж платы. Затем следует повторить предыдущую
процедуру, но переключатель Sl установите при этом на rеиерирова·
ние отрицательного выходиоrо импульса.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): Rl = R2 =
=R3= 10 кОм; R4=R5=R6=4,7 кОм; R7=R8= 10 Ом; кон.денсато·
ры: С1=4700 пкФ; С2=0,47 мкФ (танталовый, 35 В); С3= 10 мкФ
(танталовый, 16 В); полупроводниковые приборы: /С/-555; D1-
IN4001; TRI, TR2-2N3103i TR3-2N3705,
Дополнительные детали: Sl - плоская клавишная кнопка, мои·
тируемая на печатной плате; S2 - сверхминиатюрный скользящиil
двухполюсный переключатель на два положения; в~контактное гнез ·
до для микросхем; корпус пульсатора с размерами 140Х30Х20 мм,
односторонние пистоны (3 шт.); часть платы Veroboard с размерами
95х63 мм.
Спецификации
Длнтельиость выходного импульса, мс
Полярность импульса • • .
•.
.
Пиковый выходной . ток (короткозамкнутая цепь),
мА ..... . ...••. . .
В х одное сопротивление зонда в высоконмпеданс­
н о м состоянии, кОм .
Напряжение питания, В . . .
Потребляемый средний ток, мА
130
5,2
Положительная
или отрицатель..;
ная (задается)
~200
:;;..200
4,5-15
~15

П.2.5. ГЕНЕРАТОР ИМПУJIЫ:ОВ
Генератор формирует разнообразные импульсные сигналы:, кота·
рые можно использовать с любыми цифровыми схемами. Период им­
пульсов регулируется от 14 мкс до 1,4 с в пяти десятичных диапа­
зонах, шнрlП!а импульсов варьируется от 7 мкс до 0,7 с также в пя­
ти десятичных диапазонах. Генератор имеет два независимых вы­
хода: сигнал -на одном из них ТТЛ-совместим (пиковый выход 5 В),
а на другом амплитуда импульсов регулируется в диапазоне от О
до 8 В и работает от сети 240 В. Он собран из дешевых недефицит­
ных элементов. Монтируется генератор на стандартной плате Vero-
baard и в стандартном корпусе VeroЬox,
Описание схемы. Электрич~кая схема генератора импульсов
приведена на рис, П2.8. Сетевой трансформатор Т 1 подает напря­
жение 9 В ~ ыостовой ВЬIПрямитель Dl-D4. На конденсаторе Cl
образуется выходное постоянное напряжение, примерно равное 13 В.
Транзистор TRJ действует в качестве простого последовательного
!..Е о0--
FSt
!А
S1a Т1
1
:пн
1(J
: 120B)JJ~~L,
N.----l_j
8«Jf,/tl•llt11.
Е.,______-А
диапазо11
nepuoaa
щирины
U"1fЦ/Jf•Cf#I
t:UIЛflЛ•t'l/6
П °ll.П °"11
RI
~RЗ
VR:i
С17
$/(1
llN6epmu-
po6aнныii
7711-IJ611IOD
sк2
+58
RTO
ВыкоiJ.чr;с
напрюн•N'-1
81(3
,,
flf!P('NoeR­
Hbll~
·Вt.t:км
Sltlt
о
Рис. П2.8. Принципиальная электрическая схема генератора им­
пульсов
9*
:131

,
~
10
1S
20
25
30
Sllfl,SK"
~ф
"'<Э н
"VRS
0~."~~8~9'С"~
$1((
(J
т
VH:J
s
R
а
С1
VR•
"
r© 1~")I" 9··
о
C10·Cff.
N
/'(
$3
l.
тrк
$ЕС
@"' р1 "'
1
н
VRt
G
F
VR1
Е
D
6·кiтrн/.
с
'$-
J$"·CI
8
.4
Аноl]
's2
s
fo
13
20
2S'
:10
40
Рис. П2.9. Монтажная схема генератора импульсов
стабилизатора. Стаби.11итрон Dб обеспечивает эталонное напряжение·
10 В, а светодиод Dб сигнализирует о включенном питании.
Микросхема /CJ -это стандартный таймер 555, работающий
в астабильном режиме. Потенциометр VRJ предназначается для ре·
гулировки частоты повторения импульсов, а с помощью переключа·
теля S2 выбирается один из пяти времязадающих конденсаторовf
Выход ICJ (примерно симметричиые прямоугольные импульсы) по~
132

Шири.на t.LHЛ!JЛhl:o6
к!Онс
IJ·lf
к1/Z\(±)'1i/•10Онк< о~(±)\i1tf0-2
0·6- +
--
1•0
lf
J
1
s
2\
/
(i
""~/
..,.,,..,,,ш--7
1/
\.
1о
8
8•1коiJное напр11жени.е
°" / \0•071
n~pe."feH/fh!U Вь1хоа
Р11с. П2 . 10. Трафареты для р а зметки лицевой па­
нели
133

дается на вход. запуска микросхемы /С2 через формирующу10 цепоч­
ку CJ5, Rб 11 D7.
Второй таймер 555 (!С2) работает в моностабнльном режиме,
н длительность его выходных импульсов регулируется потенцномет­
ро~1 VR2. С поьющью переключателя SЗ осуществляется декадный
выбор времязад.~ющего конденсатора. Выходной сигнал IC2, пред·
ставляющий <ообой ампудьсную последовательность . с регулируе~1ым
коэффициентом заполнения, подается на потенциометр VRЗ, опре­
деляющий амплитуду импульсов на выходе SКЗ. Транзистор TR2
инвертирует выходной сигнал таймера н формирует ТТЛ-совместн·
мый сигнал на выходе SKJ.
Монтаж и проверка. Все компоненты генератора, за исключе·
нием с11.1овоrо трансформатора, гиезда предохранителя н органов
управления монтируются на стандартной плате (24 полоски с 37 от­
верстиями). Монтажная схема генератора на плате Veroboard пока­
зана на рис. П2 .9. На плате необходимо сделать 15 разрывов.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда,
перемычки, конденсаторы, резисторы, мостовой выпрямитель н вы­
ходные пистоны. До окончательного закрепления платы проверьте
размещение компонентов, перемычка н разрывы, убедитесь в пра­
вильной ориентации электролитических конденсаторов и мостового
выпрямителя, а также в отсутствии замыканий печатных проводни­
ков из-за выплесков припоя.
После того как плата тщательно проверена, ее закрепляют в кор­
пусе Verobox с помощью трех коротких изолирующих стоек. Затем
можно встав11ть в гнезда микросхемы, соблюдая, конечно, их пра­
вильную ориентацию.
Органы управления, переключатели, индикаторы 11 выходные
гнезда монтируются на лицевой панели в соответствии с рис. П2.10.
Такой рисунок можно вырезать и наклеить на лицевую паиель. Со­
единения с компонентами, находящимися на лицевой панели, про­
кладываются короткими изолированными проводами соглас110 схеме,
приведенной па рис. П2.11.
После сборки с.~едует тщательно проверить внутренние соедине·
1111я, обратив особое внимание на держатель предохранителя, сило­
вой тран с форматор и включатель сети. Затем включите сеть и муль~
тиметром, настроенным на измерение постоянного напряжения, из­
мерьте напряжения на конденсаторе CJ, которое должно находиться
в диапазоне от 11 до 13,5 В. Убедившись в наличии такого н:шря­
жения, нужно проверить выходное напряжение блока питания, для
чего м ультпметром нзыеряется напряжение иа контакте 8 !Cl или
JC2. Обычно оно варьируется в днапазоне от 8,5 до 9,5 В. После
этого с помощью логпческого пробника пли осциллографа проверя•
ется выход генератора.
134

Тf
XJ7
i/37
VJ7 HJ7
PRI N
1737
Р37
037
Е37 B'J7 L через F.51 "k; АЗ 7
к плате Veroboard
Рис. П2.11. Монт.ажная схема лицевой пан.ели
К<1Мпоненты. Резисторы (угольные, .0,25 Вт, 5 %) : R1=R2=
=2200м; R3=6800м; R4=l кОм; R5=R11=10 ~; .R6=2,7 кGм;
R7=3,9 кОм; R8=100 Ом; R9=150 Ом; RJG= 10 Ом; .VRJ=·VR2=
= 100 кОм (п.отенциометр линейный, уrолыrый); V R3= 1 кОм (по­
теНU:Нометр линейный, проволочный).
Кон.ден.саторьt: С1=220 мкФ (электрелитический, 25 В); С2=
=С19= ЮО мкФ (электролитический, J6 В); СВ= 10 мкФ {электро­
лиш~с1шii, 16 В); С4= 100 мкФ (электролитический, 25 В); С5=
= 1 мкФ (полистироловый); Сб=С9=С16=0,1 мкФ (полистирола
вый); С7=С15=0,01 мкФ (полис:rироловый); С8=1000 11iКФ (поли­
стироловый); С10=4 мкФ ~элеиролитнческий, 25 В); CJJ=
=0,47 мкФ (полистироловый); С12=0;047 мкФ (полвстироловый);
С/3=4700 пкФ (полистироловый); С/4=470 nкФ (полистироловый);
С17=820 пкФ (полистироловый); С18= 1 мкФ (электролитический
16 В).
Полупроводниковые приборы: BRJ - мостовой $Нtпрямитель,
220 В, 1,6 А, например SKB2/02L5A; DJ - красный светодиод; JCJ,
/С2-555; TRJ - 2N3053; TR2- ВС548.
Дополнительные детали: Т 1 - силовой трансформатор, 12 В· А;
пс1н1ичная обмотка на 240 В (или две об:v~отки на 120 В), вторич­
ная - на 9 В (или две обмотки на 4,5 В иаждая); FS 1- Jrеrкоплав­
rшй предохранитель на 1 А длиной 20 мм с держателем; SJ - миниа­
тюрный двухполюсный тумблер на два положения, рассч!ГГннный на
максимальное напряж€ние 240 В; S2, SЗ - поворатный однополюс­
ный пере1иrючатель на .fl положений с ограничителем; SK1-SK4 -
135

гнезда диаметром 4 м:м (два qерных, одно красное, одно желтое);
корпус типа Verobox с размера мн 205Х 140Х 110 мм (номер изделия
202-21036С); плата типа Veroboaгd с размерами 95Х63 мм (номер
изделия 801·21070Н); пистоны односторонние диаметром 1 мм
(13 шт.); гнезда 8-контактвые д.~я микросхем (2 шт.); изолирующие
стойки (3 шт.); крепежные болты и гайки (по 5 шт.),
Спецификации
Период импульсов в пяти декадных
диапазонах, мкс . . .
Длительность импульсов в пяти де·
кадных диапазонах, мкс
Амплитуда импульсов, В .
Длительность фронтов на всех диа·
пазонах, мкс • • ,
••,
•
От 14 до l,4·106
От 7 до О,7·106
От О до 8 (фиксированный
инвертированный ТТЛ·
выход, 5 В)
.. . ;0,5
П2.6, ТЕСТЕР ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ
Тестер цифровых микросхем позволяет проверить большинство
распространенных КМОП· и ТТ Л-элементов без удаления их из схем •.
Прибор рассчитан на микросхемы с 14-контактным корпусом и «стан·
дартным» _подключением питания (контакт 7 - земля, контакт 14 -
+5 В). При желании его несложно переделать для микросхем
с 16-контактным корпусом и другим подкл~очснием питания.
Чтобы проверить ту илн иную микросхему, требуется работо·
способная микросхема такого же типа и схема разводки ее кон·
'!'актов.
Описание схемы. До рассмотрения схемы тестера целесообразно
изучить принцип его работы. Он довольно прост: логическая функ·
цня проверяемой микросхемы дублируется аналогичной исправно!\
микросхемой и затем сравниваются выходные сигналы двух микро·
схем.
Для сравнения используется логический элемент, реализующий
функцию исключающее ИЛИ (см. гл. 2). Если входы этого элемеи·
та одинаковы, на выходе появляется напряжение низкого уровня,
а если входы различаются - на выходе действует напряжение вы·
сокого уровня.
Электрическая схема тестера показана на pilc. П2.12. Сигналы
от проверяемой микросхемы берутся с помо~ью клипсы ( «захвата»);
которая подсоединяется к тестеру коротким ленточным кабелем че·
рез гнезда SК.2 15-коитактного разъема типа D. Линии, на которых
действуют логические сигналы (они соответствуют контактам 1-6
и 8-13), подведены к однополюсным тумблерам Sl-Sl3, за исклЮ.:
136

~
-. .:i
JJ1 Ф1'1 оzФ~
OR1 //R2
Ь~9~~J~!Jj 1l!j1~s8i 54Ь _
Ct..L+
НорнаТ
Твкл""11'И
~;7 ~' L.;,:
.?·
·~-
,"~ ")9" 1
111
Внешняя
внуmрl!ННЯЯ
12
:
Рис. П2 . 12 . П ринципиаJ1ьная эле ктрич ес кая схема тестера микрос-хем . Числа около переключателей
S14 и S15 отно с ятся к надписям на лице в ой naнeJJи nриб о.р а и выбору контактов тестового гнезда
SKJ

чспием S7. Тумблеры пронумерованы в соответствии с номерами кон­
тактов микросхемы .
Тумблеры S1-SJ3 (за исключением S7) упрощают соединение
контактов проверяемой микросхемы с соответствующими контакта­
ми эталонной микросхемы, которая вставляется в гнездо SK2. Под·
черкнем, что при обычной работе с помощью тумблеров соединяют­
ся только входные контакты. Например, при проверке микросхемы
7400 (четыре двухвходовых элемента НЕ-И) во включенном состоя·
нии должны находиться тумблеры 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12 и 13.
Выходные сигналы, используемые для сравнения, выбираются
с помощью переключа1елей S/4 (внешние) и S15 (внутренние). На-_
пример, при проверке микросхемы 7400 переключатели нужно по·
очередно ставить в по л ожения 3, 6, 8 и 11. Результат сравнения
индицируется светодиодом Dl, который светится при напряжении
1шзкоrо уровня на выходе микросхемы /Cl. Такое напряжение по·
лучается при идентичных входных сигналах и показывает, что обе
микросхемы работают одинаково.
о
sкr Контакт?
~~~~~~~~~
S1JSf2S11S!OS9S8S6$5St,sзS2sr
sк2~--""----------~
@о
•••
о
о
Рис. П2.13. Соединения между сх емной платой и компонентами на
лицевой панели. Монтаж тумблеров S 1-S10 аналогичен показанно•
му для SJJ-Sl3
138

с
R
а
р
о
N
"L
к
J
/
н
G
F
Е
D
с
8
5
10
А ~~~~~~~~~~~--'
А
в
с
D
Е
F
G
н
1
J
к
L
,.,
н
q
р
Q
R
с
5
ro
15 17
uoooooooooooooooo
oooooooOQOOOOOOOO
10оооооооооооооооо
00000000000000000
oooooooouoooooooo
0000000000000•00 .
00000000000000•0•
ООООеО• оеооооаоо
0000000
eoooooou
000000• 0•0000000
000000• 00000000 •
000000• 0•000000 •
000000• 080000008
оооооое oeoeoeene
ооооеооооооеоаоое
00000000000000000
00000000 00000000
ooooooooooo v uoooo
00000000 0 00000000
,..
SllfllDlfma1tm7
1J211amtNo
s11111онта11т1+
$15
Sf'r
D!!famotJ
01 Аноа
1J2Aж11J
Рис. П2.14. Монтажная схема для платы Vero·
board
Тумблер S7 служит для подачи питания на тестер, а светоднод
02 сигнализирует о 11аличии питания. Конденсатор С 1 предназна11ея
для развязки.
Монтаж. Собрать тестер довольно просто, но · д,1я этоrо иеоб·
ход11мо выполнить гораздо больший объем монтажных работ, чем
в предыдущ11х случаях. Cнa1JaJ1a требуется разыетить лицевую па­
нель, просверлить отверстия, установить органы управления и инди·
катары, а затем приступить к монтажу основной платы. Гнездо SKJ
размещается на печатной плате (точные ее размеры не играют ро­
ли) н крепится иа стойках так, чтобы оно выглядывало через не·
бо л ьшое прямоуго л ьное отверстие в лице вой пане.1н. Гнездо впаива­
ется в п е чатную плату. Проводники между противоположными сто­
ронами разрезаются в семи местах с помощью кусачек или сверла
139

(дреJJи) и соединяются проводами с переключателями (рис. П2.13).
Элементы JCld, Rl, R2 и CJ монтируются на небольшом кусl\е
печатной платы (19 полосок с 17 отверстиями). Монтажная схема
всех элементов показана на рис. П2.14.
Монтаж платы осуществ.7Jяется в следующей последовательно­
сти: гнездо JC, перемычка, конденсатор, резисторы н пистоны. После
монтажа необходимо тщательно осмотреть плату. Затем она кре­
пится непосредственно под гнездо SKJ с помощью двух стоек. Мик­
росхема /С 1 вставJ1яется в гнездо с соблюдением ее правильной ори­
ентации. После этого завершается остальной монтаж схемы в соот­
ветствия с рис. П2.13.
На лицевой панели прибора устанавливаются органы управле­
ния, переключатели, индикаторы 11 разъем. Целесообразно сначала
вырезать шаблон и приклеить его к лицевой панели.
Клипса !С соединяется с 15-контактным разъемом типа D при
помощи ленточного кабеля длиной около 500 мм. Все подключения
к разъему осуществляются в соответствии с данными табл. П2.2.
Т а б л 11 ц а П2.2. Соединения клипсы с разъемом
Номер контак­
та l{JШПСЫ
1
2
3
4
5
6
7
Номер контакта
разъема типа D
1
2
3
4
5
6
7
Номер контак­
та клипсы
8
9
10
11
12
13
14
Номер контакта
разъема типа D
15
14
13
12
11
10
9
Для изолирования паек на клипсе целесообразно использовать
короткие теплостойкие насадки, а для лучшей идентификации - ка­
бель с разноцветными проводами.
Как всегда, после окончания внутреннего монтажа его нужно
тщательно проверить, осоьенно цепи гнезд SKJ и SK2. Все тумб­
леры следует установить в выключенное положение.
Проверка. Для проверки прибора требуется работающее устрой­
ство с микросхемами логических элементов в 14-контактных корпу­
сах и исправнзя эталонная микросхема. Желательно иметь дело
с низкочастотным устройством, так как распределенные паразитные
емкости кабеля и самого тестера при совместной работе с быстро­
действующими устройствами могут вызвать определенные труд·
ности.
140

Предположим, что для первой проверки выбрана микросхема
7400. Для начала нужно вставить эталонную микросхему в гнездо
SKJ, выключить питание устройства и подключить клнпсу, обращая
внимание на контакт 1. Затем подключить входы, пользуясь тумб­
лерами SJ-SJЗ, н подать питание на устройство. Тумблер S7 сле­
дует перевести в положение «Вкл.» (см. рис. П2.12) н проверить све­
чение светодиода D2. Еслн он не светится, выключ~те питание и про­
верьте монтаж, включая ленточный кабель, разъем и клипсу.
Убедившись в том, что питание на тестер подается, переведите
оба сравнивающих переключателя SJ4 и SJ5 в положение 3 (выход
первого элемента НЕ-И). Проверьте, светится лн DJ прн всех ре­
жимах работы проверяемого устройства. Если он не светится или
вспыхивает, то одна из микросхем неисправна (однако причиной не­
исправности может быть и неправильный монтаж схемы). Повто­
рите аналогичную проверку для всех четырех выходов микросхемы
(SJ4 и SJ5 в положениях 6, 8 и 11) и убедитесь в том, что все че­
тыре элемента НЕ-И дают один и тот же результат.
Тестер можно использовать и «наоборот», т. е. для проверки
микросхемы, находящейся в гнезде, а не на плате. Для этого подо­
зрительную микросхему нужно вставить в гнездо SKJ, а клнпсу о эта­
лонной микросхемой - в гнездо на печатной плате. Дальнейшая
процедура проверки аналогична описанной выше.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %) : R 1= R2=
=2,470 Ом; конденсатор Cl=IO мкФ (электролитическнй, 16 В);
полупроводниковые приборы: !Cl -74LS86; DJ- красный светоди­
од (с линзой); D2-зеленый светодиод (с линзой).
Дополнительные детали: SJ-Sб/SB-SJЗ- миниатюрные одно­
полюсные тумблеры на два положения ( 12 шт.); S7 - поворотный
однополюсный переключатель на два положения; SJ4, SJ5 - круго­
вой переключатель на 12 положений (2 шт.); sкr - 14-контактное
гнездо; SK2 - вставка разъема типа D на 15 контактов, монтирую­
щаяся на шасси; PLl - разъем тнпа D на 15 контактов для мон ­
тажа кабеля; клипса для микросхем с 14 контактами; 14-контактное
гнездо (2 шт.); ленточный кабель с 14 проводами длиной 500 мм;
корпус тнпа Verobox с размерами 205Х 140Х 110 мм (номер детали
202-2103ЗА); плата тнпа Veroboard с размерами 95Х63 мм (номер
детали 801-21070Н); пистоны односторонние диаметром 1 мм (7 шт.);
изолирующие стойки (2 шт.); крепеж (болтов 2 шт., гайки 6 шт.);
ручка.
Разводка контактов распространенных микросхем приведена
в приложении 1.
141

02.7 . ИНДИКАТОР ТОКА
Предлагаемый прибор предназначен для индикации относиrель•
ных значений токов в пеqатных проводниках без 11х разрыва и по.ц~
ключения обычноrо амперметра. Чувствительность прибора такова,
что он может воспринимать ток до нескольких миллиампер и ДО4·
пускает сопряжение с проиеряемой схеыой по постоянному и пере•
менному '!'оку.
Действие промышленных нвдикаторов тока основано на одном
нз двух принципов; восприятие небольшого падения напряжения ка
проводнике с током и использование эффекта Холпа для фиксации·
магнитного поля, сущесrвующеrо в непосредствешю.й близости от
проводника с rоком.
В общем, индикаторы тока с использованием эффекта Холла ·
лучше, так как не требуют прнмого контакта с пеr1атными провод·
никами. I< сожалению, такие nриборы довольно дороги.
Описание схемы. Электрическая схема индикатора тока показа·
на 11а рис. П2.15. Прибор фнкснрует небольшое падение напряже­
ния вДоль печатного проводника (обычно несколько сот микровольт)
и представляет собой инвертирующий операционный усилитель. Что·
бы обеспечить широкий диапазон входных напряжений (от нескоm.·
ких микровольт до сотен милливольт), операционный усилитель ра·
ботает в реж11ме с логарифмпческоli характеристикой, т. е. его ко·
эффициент усиления по напряжению значительно уменьшается
с увеличением уровня входного сигнала .
Тумблером Sl выбирается сопряжение входа микросхемы ICJ
по постоянному нлн переменному току, а потенщюметром VRJ обес·
печиnается дополнительная ручная регулировка усиления (чувствн·
тельности}. Мостовой выпрямитель DJ-D4 подает на из.мер1пельныit
Рис. П2.15. Принципиальная электрическая схема индикатора тока
142

прибор сигнал правильной полярности независимо от полярности
входного сигнала. Диоды D5 и Dб служат ограничителями, а · кон·
денсатор С3 определяет постоянную времени.
Вход «половинного» питания для операционного усилителя фор·
мируется с помощью стабилитрона D4 и резистора R7. I<ондеясато·
ры С2 и С4 спуж~т для развязки, а светодиод DB сигнализирует
о включенном питании.
Монтаж. Собрать индикатор тока несложно. Все его элем·енты,
за исключением батарейного соединения, собственно измерительного
прибора, гнезда пробника и. органов управления, монтируЮтся на
стандартной печатной n.iraтe типа Veroboard (24 nолоскн о 23 от·
верстиям.к). Моmажная схема для платы Veroboard показана на
рис. П2. Iб. Под rnедом микросхемы /С нужно сделать четыре. раз·
рыва печатных проводников.
Монтаж элементов производится в следующей последовательно·
сти: гнездо микросхемы, перемычки, конденсаторы, резисторы, дно·
ды и пистоны. После монтажа необходимо тщательно проверить пла·
ту, обратив особое внимание на ориентацию электролитических кои·
денсаторов, диодов и выпрямителя.
Плата укрепляется горизонтально в корпусе Verobox с помощью
четырех коротких изолирующих стоек, а микросхема аккуратно
вс·rавляется в гнездо.
Измерительный прибор, органы управления и гнезда пробника
размещаются на лицевой панели, куда наносятся п все необходимые
надписи. Соединения с лицевой. панелью осуществляются короткими
изолированными проводами в соответствии с монтажной схемой, по·
казаииой на рис. П2.17.
Проверка. Прежде всего следует проверить правнJIЬность моя·
тажа индикатора тока, обратив особое внимание на подключение ба·
тарен и измер11тельного прибора. Затем нужно подк.пючнть батарею
РР3 (или аналогичную) и включить питание. Светодиод DB своим
свечением сигнализирует о наличии питания. С помощью мультнмет·
ра на диапазоне 10 В убедитесь, что напряжение на D7 составляет
от 4,5 до 5 В. В противном случае просмотрите все соединения ц мои·
тажную схему на плате Veтoboard.
Для правяды10Й' JУ<!боты прибора необходимо обеспечить его на·
дежный контакт с печатным проводЮiком. С этой целью купите или
сделайте два зонда. К каждому зонду подсоедините провод, закан·
чивающийся. штырьком диаметром 2 мм. Проверка зондов проиэво·
дится в соответствии со схемой. показанной на рис. П2.18. Батарея
с напряжением 1,5 В обеспечивает падения напряжения в соетвет·
ствующих контроJiьных ТО'lках., равные 100 мкВ, l и 100 мВ.
Установи1е максимальl!ую чувствительность . прибора (п0Тенцио·
метр VRl поверните no часовой стрелке до упора) и коснитесь зон·
143

s
10
1S
х
ф ~,~
w
F
VR1
"т
s
:~·,:. :Ф " ~ ,;9
R
HEf,+VE
а
р
о
MEf, -V E
N,.,
L
.•ФBJI
к
VR1(w)
J
1
н
IvvФ ~ Ф sкzкtfamapet
,
!1
F
-VE и RSvepeз
Е
лиц•6gю "aнellf~
D
\ икор ус VH1
с
-$-
ф \s1ic1
8
А
S2 В.1J8а
Рис. П2.16. Монтажная схема индикатора тока. Для
микросхемы /С 1 на плате устанавливается держатель.
Выход VRJ (W) соединяется с центральным лепестком
потенциометра
дами точе!( А и D. Стрелка измерительного прибора при этом долж­
на отклониться иа всю шкалу, т. е. показать примерно 1 мА. Затем
коснитесь зондами точек В и D. Прибор покажет примерно 0,6 мА.
Наконец, при касании зондами точек С н D прнбор должен пока·
зать прнблизительио 0,3 мА. Отметим, что индикатор тока нечувст­
вителен к полярности и зонды маркировать не нужно.
Работа с прибором. Убедившись в правильности функциониро·
144

DU
+VE
EZJ'
6am~it Q23 NZ3
J2J' Wff F2J
Н23
Рис. П2.17. Соединения компонентов , монтируе­
мых на лицевой панели. Резистор R5 припаи­
вается к металлическому корпусу потенциомет-
ра VRJ
вания индикатора тока, необходимо его как следует освоить. Для
этого потребуется печатная плата (с поданным питанием), содержа­
щая разнообразные ТТЛ-микросхемы, н ее подробное описание.
Зондами индикатора тока нужно поочередно касаться печатных
проводников (питания) н наблюдать за показаниями прибора. На
плате со стандартными ТТ Л-микросхемамн индикатор должен фикси­
ровать заметное отклонение стрелки , когда расстояние между зон­
дами составляет примерно 10 мм. :Конечно, при увеличении расстоя­
ния между зондами отклонение должно увеличиваться. После при­
обретения некоторого практического
опыта вы сможете делать обоснован-
иое предположение о значении тока,
потребляемого каждой микросхемой в
отдельности .
Индикатор тока используется
также для обнаружения дефектов в
разъемах (касаются зондами разъем­
ного соединении с разных сторон
и наблюдают за показаниями прибо­
ра), высокоомных соединений н недо­
статоqной фильтрации. В последнем
случае прибор требуется перевести в
режим переменного тока и коснуться
зондами шины питания н земли.
Компоненты. Резисторы (уголь­
ные, 0,25 Вт, 5 %): Rl=R2=R4=
=R5=1 кОм; R3=100 Ом; VR1=
10-391
Рис. П2.18. Схема для про­
верки индикатора тока
145

= 100 кОм (линейный, угольный); конденсаторы: CJ =4 мкФ (танта­
ловый, 35 В); С2=С4=100 мкФ ( электролитнческиА, 16 В); С3=
= 10 мкФ .(электролитическнй, 16 В); полупроводниковые приборы:
JCJ-741; DJ-D4-0A91; Dб, Dб- IN4148: D7-BZY88C4V7;
D8- красный светодиод (с линзой).
Дополнительные детали: SJ, S2- миниатюриыА однополюс­
ный тумблер на два положения; SKJ - гнездо диаметром 2 мм (крас­
ное); SK2- гнездо диаметром 2 мм (черное); 8-контактное гнездо
для микросхемы; корпус типа Verobox с размерами 205Х 140 Х 110 мм
(номер детали 202-2103ЗА); плата типа Veroboard с размерами 65Х
Х63 мм (24 полоски с 23 отверстиями), отрезается от детали с но­
ыером 801-21070Н; односторон1111с пистоны диаметром 1 мм (8 шт.);
и з олирующие стойки (4 шт.); крепеж (болты 4 шт., гайки 4 шт . );
р у ч1( а; измерительный миллиа мпер м етр с разрешающей способно­
стью 1 мА; держатель для батареи РРЗ; зонды (2 шт.).
02.8 . ЗВУКОВОR ЛОГИЧЕСКИR ИНДИКАТОР
Звуковой логический индикатор позволяет пользователю про­
слушивать сиrнаJIЫ, д е йс1вующие в микропроцессорной системе. Дру­
гими словами, он представляет собой альтернативу обычного логи.
ческого пробника, который обеспечивает только визуальную индика­
цию логических состояний и, следовательно, не позволяет сделать
обоснованного предположения о поведении импульсного сигнала
в проверяемой лннии.
Прослушивая сигналы в микропроцессорной системе, можно ра­
зобраться, что в ней происходит. С помощью звукового индикатора
удается нс только з афикс и ровать активность в конкретной линии, но
и оценить частоту импульсов н на л ичие в сиrна .1е периодичности. По
звуку можно различать сигналы на отдельных линиях шины, синхро·
низации н разрешения микросхем. К:аждому, кто еще сомневается
в возможностях этого простого приб о ра, но регулярно занимается
отл адкой микропроцессорных систем, мы советуем собрать звуковой
логический индикатор.
Описание схемы. Принцип . действия звукового логического ин­
дикатора довольно прост . Высокочастотные сигналы, действующие
в микропроцессорной системе, преобразуются в сигналы более низ­
кой звуковой частоты с помощью двоичного делителя частоты. Вы·
ходные сигналы делителя формируются н подаются на обычный уси­
литель звуковой частоты.
Электрическая схема звукового лоrи<Jеского индикатора пока­
зана на рис. П2.19. Микросхема ZCJ (КМОП-делитель) осуществ­
д я ет деление частоты входных сигналов на 1024 (2 10 ). Цепочка Rl,
DJ н D2 защищает JCJ от чрезмерных входных напряжений (мак-
146

а
LSI
о
Рис. П2.19. Прннципи<~льная электрическая схема звукового логнче.
с1юrо индикатора
симум ±50 В). Микросхема /С2 представляет собой уснлнтсль эву·
ковой частоты с фиксированным коэффициентом ус11.11~нин. Частот­
ная характеристика этого усилителя постоянна в диапазоне от не·
скольких герц до 20 кГц и больше .
Монтаж. Все компоненты индикатора монтируются на куске пе·
чатиой платы (10 полосок с 37 отверстиями), который легко отре­
зать от стандартной платы Veroboard. Монтажная схема прибора
приведена на рис. П2. 20. Всего на плате нужно сделать 20 разрывов
печатных проводников.
А
в
с
D
Е
F
G
l
н
J
Рекомендуется следующая последовательность сборки: гнезда
5
10
f5
20
25
JO
35 J7
ооооооеоооо.оео••·о• oooooeuoeoooooo•
000000••0 •0~0000000000000000•000000•
оооооооео •ое•e_vо••ооооооооооnооооооо
0000000•
е•ш;•сОоv о ееооеоооооеооооооо
о 000001110 eoo..,,o"ee vo •o
or.00000000000
0000000•0 5oouooooooeonoeeoooeooeooao
0000000•0 оооо•u_••uоQоо•ооgоооооооооо
00 000080 eoovooooooooocoooooeo•ooooe
ooonoooeo QO•ooooooooooo•oooooooooooo
00000000000000000000000000000000•000~
,..
Рис. П2 .20. М.онтажная схема звукового •югического индикатора
10*
147

!С, выходные пистоны, перемычки, резисторы, диоды и конденсата·
ры. Динамик монтируется в верхней части корпуса пробника, для
чего вырезается отверстие диаметром примерно 14 мм, а приклеива·
ется динамик эпоксидной смолой. Затем подсоединяются провода
питания с соблюдением правильной полярности, красный провод с за·
жимом типа «крокодил» подключается к источнику +5 В.
Прежде чем вставить микросхемы в гнезда и закрепить плату,
нужно внимательно осмотреть ее н проверить перемычки н разрывы
печатных проводников, правильную ориентацию полярных компонеи·
тов (диоды и электрические конденсаторы), отсутствие выплесков
припоя н закорачцваний печатных проводников.
После проверки платы две микросхемы вставляются в гнезда
и плата закрепляется в корпусе. При этом не требуется никаких ·до·
полнительиых приспособлений, так как плата плотно зажимается при
соединении двух половин корпуса. Держатель зонда соединяется со
входом прибgра, а сам зонд закрепляется в держателе.
Проверка. Эта операция производится на функционирующей
микропроцессорной системе, например на домашнем компьютере.
Питание его берется из удобной точки основного блока питания.
Когда зонд индикатора ничего не-1{асается, никаких звуков не слыш­
но. После прикосновения зондом к выходу генератора синхрониза·
ции (идеально подходит частота синхронизации от 1 до 4 МГц),
слышен «чистый» тон с частотой 1-4 кГц. Еслн коснуться зондом
одной нз линий данных, то возникнет резкий звук (с частотой от
100 Гц до 1 кГц).
В том случае, если прибор не издает никаких звуков, необходи·
мо вынуть печатную плату из корпуса н тщательно проверить ее, об·
ратив внимание на ориентацию поляР,ных компонентов (диодов, элек­
тролитических конденсаторов, МИ!{росхем) и правильность перемы­
чек и разрывов.
Целесообразно прос.1ушать генерируемые индикатором звуковые
сигналы при касании зондом следующих точек в микропроцессорной
системе: остальных диний шины данных; линии шины адреса (улав­
ливаете ли вы различия между сигналами от старших и младших
линий адреса?), линии шины управления (включая линии считыва·
ния и записи), линии разрешения микросхем.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): Rl=R3=
=3 кОм; R2=22 !(Ом; R4=220 Ом; конденсаторы: Cl= 10 мкФ (тан­
таловый, 25 В); С2=0,1 мкФ (полистироловый); С3=10 мкФ (элек­
тролитический, 16 В); С4=10 мкФ (электро,1итический, 25 В); С5=
=100 мкФ (электролитнческий, 16 В); Сб=220 мкФ (электро.'!итиче­
скнй, 16 В); полупроводниковые приборы: !Cl-40208; /С2-
ТВА820М; Dl, D2- IN4148; D3- IN4001.
Дополнительные детали: динамик с сопротивлением 8 Ом; гнез·
148

8J.Jtft1p
1
1Лtpt!lava Лtpei/ava :
1
Jона
L-~о_;~и_н_:~~--J
IHJ
Выаор
Детектор
HARX/Sll'ACE
SPACE
HARK
~
___ __ .. ._q
SK102
Рис. П2.21. Упрощенная схема врезки . Отметим , что основная
земля и сигналЬl!ая земля соединяются и подключаются к ну­
левому потенциалу (шасси)
до 11;ля микросхемы 8-контактное ( 1 шт.); гнездо для микросхемы
16-коитактное (J шт. ); корпус с разм е рами l40ХЗОХ20 мм; одно ­
сторони11е пистоны диаметром 1 мм (5 шт.); плата типа Veroboard
с размерами 95Х63 мм.
П2.9. ВРЕЗКА ДЛЯ ИНТЕРФЕЙСА RS-232C
Это несложное устройство не только дает пользователю возмож­
ность изменять конфигурацию системы RS-232C, но и позволяет про­
смотреть разнообразные сигналы, а 1акже выявить наиболее харак ­
терные отказы.
За последние несколько лет появилось довольно много схем по­
добных устройств . Одни из них обладают минимальными возмож­
ностями, например только индицируют состояния сигналь н ых линий,
а другие показывают скорость передачи в бодах и автоматически оп­
ределяют конфигурацию системы RS-232C в терминах DTE и ОСЕ.
149

НдRК
Вк.л/86/КЛ.
С!~ h
",
SK2
1•зта схена dуолируется; . нонера коилонен- • 1
то8 у8ели11ены на 100
1 "Т"
11
1 :sв
11
: ..J..
1
1
1
Рис. П2.22. Принципиальная эле~прическая схема врезки для интер­
фейса RS-232C
Предлагаемое устройство спроектировано с .расчетом его изrотовле·
ния в домашних условиях. С его ломощыо одновременно индициру­
ются как MARK или SPACE лоrи•1сскне состояння на любых двух
линиях, лодключается любая линия I\ любой другой линин (с любой
стороны интерфейса), задается на любоil лин ии состояние MARK
или SPACE, подключается к любой лини11 внешнее оборудование,
например осциллограф, цифровой счетчик, r енератор имлульсов
11 т. п., устройство лолностью автономно и работает от внутренних
батарей.
Оиисание схемы. Упрощенная схема врезки для интерфейса
RS-232C локазана иа рис. П2.21. Схема симметрнчна относительно
зоны соединений (с каждой стороны интерфейса). Соединения в . этой
зоне осуществляются с помощью перемычек для печатных плат ш1и
коротких провuдов, заканчивающихся штекерами диаметром 1 мм.
К зоне с оед инениil подводятся также точю1 с уровнями постоянного
напряжения, соответствующими состоянию~ MARJ( и SPACE.
Шес1ь наибо ле е важных сигнаJJьных лнш1й (TXD, RXD , RTS,
CTS, DSR 11 DTR) с каждой стороны ннтерфейса подаются на вы·
бпрающнй переключатель. Выход перекюочателя связан со схемой
обнаружения MAPKJSPACE, а также с разъемом ввода-вывода для
150

внешнего контрольно-11змерительного прибора. Седьмое полож ение
переключателя 11сnользуется . толь к о по м ере необходнмости дл я пе­
редачи остальных сигналов из зоны со единений в схему обнар у же­
ния MARK/SPACE .
Электрическая схема врезки для интерф ей са RS-232C приведе­
на на рис. П2.22. Абсолютно сию1етрнчиая с х е1а для другой сторо­
ны интерфейса на рисунке не показан а , а но ~1ера ее со о т в етствую­
щих компонентов отличаются от показанных на 100, например Sl
и SJOJ.
Сигналы из зоны соединений выбираются с помощью переключа­
телей Sl н S/01. Микросхемы /С/а и !Clb деiiствуют как ко м па ­
раторы; на нх выходах образуются высокие уровни, когда входное
напряжение больше +3 В ил11 меньш е -3 В соответственно. Дно­
ды Dl-D4 обеспечивают защиту от входных напряж е ний, превы­
шающих положительное и отрицательное максимальное напряжения
питания (макс11мальное напряжение в интерфейсе RS-2 32C равно
±25 В). Стабилитроны D7 н DB образуют эталонные напряжения
для компараторов, т. е. минимальное напряжение для SPACE 11 мак­
симальное напряжение Для МАRК. С помощью Dб 11 Dб преодоле­
вается ограничение используемого опер а ци о нного усилителя, когда
входное напряжение близко к отрицательному напряжению питания.
Питание схемы обеспечивают две с. ухие бат а реи по 9 В кажд ая,
а светодиод D 11 сигнализирует о включенном пптании.
Монтаж. Две схемы обнаружения MARК/SPACE монтируются
на двух кусках печатной платы с размерами 60Х64 мм (24 полоски
с 23 отверстиями). Их можно отрезать от стандартной платы Vero-
board. Монтажная схема платы показана на рис. п2:2з, причем не­
обходимо сделать 23 разрыва печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательиост_ь монтажа: гн езда
для микросхем, пистоны, пер е мычки, резисторы, диоды и конденсато­
ры. После монтажа тщательно проверьте плату 11 вставьте микро­
схемы в гнезда, конечно, обратив внимание ва нх правильную ор~i­
ентацию.
Монтаж компонентов на лицевой па11е,щ показан иа рис. П2.24.
Зона соединений представл я ет собой матрицу нз 62 гнезд диаметра~~
1 мм. Размещение гнезд дол ж но напоминать два 25-контактных разъ·
ема типа D (SKJ и SK2), а с а ми гнезда соединяются с соответст в ую­
щими контактами. При ра зм етке лицевой пане.~ н под гнезда nыдср­
жите р асстояние по горизонтал и JO, 16 мм, а по в ер тикали 7,62 ш t.
Необходимо соединить два гн езда, соответствующих контакту 1
(защитная земля), с д вумя гнезд а ми, с о ответствующюш контакту 7.
(сигнальная земля). Оба земляных гнезда (контакты 1 и 7) соеди­
няются с .'!ннней нулевого потенциала лицевой пане .'!и n .'!юбой удсб­
ной точке.
151

:J!.110 Aнoil
ZJ109AнoiJ
О~' Шасси
$f01W
/'fAHK
10
!5
5
го
75
20 23
15"0-Поо••ооооо~ооое•о
Оо
о-•ооооооп....о·•о,....о
оо
' оonoоооооооооооооое- оо
х
w
v
и
т
s
R
а
р
о
N
н
L
/(
J
/
н
G
F
Е
1J
с
8
А
~nnoo•o••eooooooo••ooeoe
•0 000 0•0000000000000000
ооооооо•о••опеоееееП1е••
оо•о•оооооеоО•ооооееооо
000000•••0•0~•0•0000000
•о••ое~оеоеО~••о••ооо••
оооооооеооооооосо•оеооо
• 000000 00000000
08QQ8S
с-оооооо•ооопооооо58000
0000000••00000000~04000
000000•000000000000 •00•
onooooo•oeeo аоО58~ооо•
000 8 80000080 8000008,0,.,
о о о о о-о ••• о. о :180800000"'"
000000008000 eeo••oonee
ОООО.()0.-А Оn00 оооо•ее,·н"\О
oooooooooooooooeoooooos
oooooooo•oooooooooouoo•
00000000000000000000000
00000000000000000000000
00
n•ooooo
0000 &8Q11!::11QQ
оvшасса
S2b(-BJ
Рис. П2.23. Монтажная схема врезки для платы VeroЬoard
Шесть соединений от выбирающих переключателей Sl и SIOI
с гнездами выполняются в соответствии с табл. П2.3.
После завершения монтажа :юаы .со~динениii над ней nри по­
мощи четырех стоек подходящей длины укрепляется плата. К. задней
стенке корпуса при!{репляется держатель для батарей. Питание от
батарей к лицевой панели подводится с зажимами на конце.
Внешний В!!Д н ыаркнровка лицевой пане.111 показаны иа рис.
П2.25.
152

Т а б л и ц а П2.3. Соединения переключателей с гнездами
Сншал RS-232C
TXD
RXD
RTS
стs
DSR
DTR
Положение переклю­
чателя
1
2
3
4
5
6
Номер гнезда
2
3
4
Q
6
20
Пр и меч а н не. Вход в положении 1 каждого переключателя соеАВ·
вяется с соответствующим гиездом Передача.
Проверка. Первоначальную проверку врезки для интерфейса
RS-232C следует выполнить без ее подключения к микрокомпьютеру.
Вставьте две новые батареи типа РРЗ н включите устройство, о на­
личии питания должен сигнализировать светодиод D 11. Переключа­
тели Sl и SJOJ должны находиться при этом в положении Передача;
оба светодиода MARK н SPACE светиться не должны. Поочередно
подайте в гнезда Передача с каждой стороны зоны соединений сиг-
о
SK102
о @\..___sх_то_1~
о
Рис. П2.24. Монтаж на ,ТJицевой панели. Гнезда из зоны соединений
припаиваются к соответствующим контактам Sl и SJOJ
1_53

~@)
@
@)@)
@
Выоор
э
выоор
RT.5' crs Il.5 '1i '
Rrs c:s .osR
G8•
""О""
RXD
8
8
8 1JrR
.,,ере8ича@
@лереиачи ·о
е
е
@ тхо8
8
TFR
TXD
TFR
@
@J@
l_@
SK1
SK101
0
l0\
701 0
Рис. П2.25. Лицевая панель врезки для интерфейса RS-232C
палы от гнезд MARK н SPACE. При этом должен светиться соответ­
ствующий светодиод; если он не светится, тщательно проверьте мон­
таж, включая и соединения с печатной платой.
Затем устройство необходимо проверить в паре с работающи~
микрокомпьютером. Оно включается последовательно в сигнальный
тракт RS-232C с помощью коротких ленточных кабелей, оканчиваю­
щихся соответствуЮщимн 25-контактньшп разъемам.и. Конфигурация
устройства устанавливается для обычной работы, т. е. соединяются'
перемычками гнезда 2-6 и 20. Первоначально целесообразно задать
самую медленную скорость передачи, например 50 бод, и «заставить:.
систему передавать в периферийное устройство файл подходящей
длины. Затем необходимо просмотреть сигналы иа всех линиях и ре­
акцию системы на разрыв некоторых линий, в частности RTS и CTS.
Комионенты. Резисторы (уго.1Ьные, 0,25 Вт, 5 %): Rl-R4=R7=
=R8= 1 !(Ом; Rl01-Rl04=R107=Rl08= 1 кОм; R5=R6=Rl05=
=Rl06=4,7 кОм; R9-Rll=Rl09=R110=270 Ом; конденсаторы:
С 1=С2=10 м1iФ (танталовые, 25 В); полупроводниковые приборы:
JCJ, JCJOJ-TL082; DJ-D4 , Dб, DJOJ-Dl04, Dl06- IN4148;
D5, DJU5 - BZY88C3V9; D7, D8 , Dl07, D108 - BZY88C3\IO; D9,
Dl09- зеленые светодиоды; DJO, Dl l, Dl 10 - I{расиые светодиоды.
Дополнительные детали: SJ, SJOJ - поворотные однополюсные
переключатели па 12 положений (ограничитель поставлен на семь
15-1

положений); S2 - миниатюрный тумблер, двухполюсный, на два по·
ложения; держатели для светодиодов (5 шт.); В-контактное гнездо
для микросхемы (2 шт.); 25-контактный разъем типа D (2 шт.); кор­
пус устройства с размерами 220Х 156Х 100 ~~м; односторонние пис­
тоны (15 шт.); часть пе'!атной платы Veroboard с размерами 60Х
Х64 мм; болты, гайки и стой1ш (4 1юмплекта); гнезда типа BNC
(2 шт.); гнезда диаметром 1 мм (31 '!ерное, 31 красное); перемычки
для пеqатных плат длиной 10,16 мм; ручки (2 шт.); провода для
питания от батареи РР3 с зажиыами (2 шт.).
02.10. ЦИФРОВОЙ СЧЕТЧИК-ЧАСТОТОМЕР
Этот автономный прибор позволяет производить разнообразные
временные н '!астотные измерения как цифровых, так н аналоговых
сигналов. Его устройство наиболее сложное по сравнению с конст­
рукциями всех рассмотренных ранее приборов, поэтому рекомендуем
приступать к его изготовлению только пос.~е того, как вы уже еде­
.лаете два-трн более простых прибора.
Описание схемы. Основу цифрового счетчика-частотомера со­
ставляет попуJ1ярная микросхема 7216А, представJiяющая собой уни­
версальный счетчик. В микросхему встроены высокочастотный ге­
нератор, декадный счетчик, 8-декадный счетчик данных и защелкз,
дешифратор для 7-сегментных индикаторов н восемь усилителей
(драйверов) для управления светодиодными индикаторами. Макси­
мальная входная частота прибора равна 10 МГц в режиме измере­
ния частоrы и числа импульсов и 2,5 МГц в остальных режима~.
Микросхема 7216А может работать как частотомер, измеритель
периода, измеритель отношения частот, нзмерите.1ь временных интер­
валов или как накапливающий счетчик. Для построения многофунк­
ционального прибора требуется минимум внешних схем (рис. П2.26).
Поскольку оба сигнальных входа микросхемы 7216А (вход А -
контакт 28 и вход В - контакт 2) являются цифровыми, причем по­
рог переключения при питании +5 В составляет 2 В, необходимы
цепи формирования внешних входных сигналов. Они представлены
двумя широкополосными усилителями на транзисторах TRJ и TR2
для входа А и на- транзисторах TR3 и TR4 для входа В. Усилителп
абсолютно одинаковы и обеспечивают формирование прямоугольного
выходного сигнала с амплитудой 5 В при подаче на вход синусоп­
да.1ьного напряжения со средним значением 100 мВ (при этом вход­
ные селекторы SJ и S2 находятся в положении переменного тока).
С помощью SJ п S2 можно подавать также nходные сигналы по­
стоянного тока (что важно при использовании устройств нпзкой час­
тоты и счета событий) 11 сигналы с" большой амплнrудой.
l\нопкн SЗ и S4 предназначены для фиксации н сброса 1шдп-

-
i5:
вхоl
А
SK1
ixoiJ
8
S'K2
15
R+.
16
17
19
20
21
L"IJ. ""_L t'8.L се.l 1--='=
-
-
Л~p~H61'flflZ
1111
:tlT2
"ѕ ѕ ѕ ѕ(1ѕѕ1:1
'-'· '-'· '-'· '-'· '-'· '-'· '-'· '-'·
107
10• 1of 10" 103 10• 10' 10°
SK:J
sк,,.
128
(зa.p11il)
Рис . П2 . 26. ПринципиаJ1ькая электрическая схема цифрового счетчика-частотомера
S1b

катора, а с помощью переключателей S5 и Sб выбирают диапазон
и род работы.
Для уменьшения ·объема монтажных работ, в цифровом счет­
чике-частотомере используются два 4-разрядных мультиплексироваи­
ных 7-сегментных индикатора D11 и D 12. Разводка контактов инди­
каторов показана на рис. П2.27. 1\онденсаторы Сб-С9 обеспечива­
ют развязку по питанию, а диод D3 понижает напряжение питания
при работе от сухих батарей, а не от аккумуляторов. В случае при­
менения аккумуляторов диод D3 просто закорачивается перемычкой.
Когда прибор работает от никель-кадмиевых аккумуляторов, по­
с;ледиие можно подзаряжать в иерабоч~ время, подключая SK3
и SK4 к источнику постоянного напряжения 12 В (например, к се­
тевому блоку питания или автомобильному аккумулятору). Диод D2
защищает прибор от неправильного подключения, а светодиод Dl
сигнализирует о процессе заряда. Зарядный ток ограничивается на
уровне примерно 250 мА с помощью резистора R20, который должен
рассеивать мощность не менее 2,5 Вт. Продолжительность заряда
при полностью разряженных аккумуляторах составляет примерно
12 ч.
Монтаж. Все компоненты прибора, за исключением находящих­
ся на лицевой панели и держателя для батарей, монтируются на пе­
чатной плате с размерами l IOX 110 мм (40 полосок с 40 отверстия­
ми). Монтажная схема платы представлена на рис. П2. 28. Всего не­
<>бходимо сделать на плате 45 разрывов печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда для
микросхем, пистоны, индикаторы, перемычки, резисторы, диоды и кон-
Рис. П2.27. Разводка контактов 1:сегментного ин­
дикатора
157

15 20
26'
нr
'с
St
D
Е
F
$К1('111111Цt•
6
н
S7b
1
J
n8p8НЬIVKa
/(
$3
L
н
S7a
N
о
р
Q
R
$3
f.
и
v
sк+
w
/Cf
11
у
S&~
z
111
АА
1
Aнoil
88
sT6,
се
1l
ЕЕ
31
FF
<f
катоil
GG
нн
S6(З)
11
<f
JJ
S16
/(/(
1.1.
$6(/}
"
NN.
JCJ
Гнс. П2.28. Монтажная схема плэты
158

GNlJ
Н1
(otfщиuJ
С2
С1
Cf/TRT
R12
6a:ia
(Ooщuii)
C2/TR3
База
IC1
Хонтакт22
RT1
/СТ
/СТ
хонтакт
19
НГ6
SK3
IU9
D3 R20/Rt9
KamoiJ
/СТ
Sama.-
кoнmalfmf3
рея
+УЕ
-VE
Рис. П2.29 . Монтажная схема лицевой панели
денсаторы. После тщательной проверки платы можно вставить
в гнездо микросхему.
Монтажная схема компонентов на лицевой панели показана иа
рис. П2.29. Отверстие с размерами IOOX20 мм для индикатора сле­
дует тщательно разметить и аккуратно вырезать надфилем, а затем
ero края обработать тонкой шкуркой.
Сзади к лицевой панели эпоксидной смолой прикрепляется крас­
ный поляризованный фильтр. Постарайтесь, чтобы смола не высту­
пала на видимую часть фильтра и весь · индикатор имел аккурат ­
ный вид.
Закончив монтаж лицевой панели, прикрепите печатную плату
с помощю четырех стоек длиной 28 мм к основанию корпуса. За­
тем соедините кусочком плоского кабеля лицевую панель с печатной
платой . Желательно, чтобы соединения были прямыми н по возмож­
ности короткими. Несоблюдение этой рекомендации может привести
к помехам, вызывающим хаотические показания индикаторов пра
работе от батарей с пониженным напряжением.
С помощью болтов МЗ н гаек к основанию корпуса крепится
футляр батарей, а на задней стороне корпуса монтируются зарядные
гнезда SK3 и SK4. На рис. П2.30 показаны надписи, которые нано ­
сятся на лицевой панели прибора.
Проверка. Прн работе прибора от сухих батарей убедитесь, что
перемычка отсутствует (см , рис, П2 .28), а затем вставьте четыре
батареи типа С напряжением 1,5 В каждая в футляр, Если прибор
1':i9

Фgнкция Диапазин
Оmнuшение Врененниu
vac. "'от
интер6ал О,Оlс/IГц
1
А~f
8 Tc/!OfJli{
n11puutlo·
• ...счете,{ (1,lc/rorц
1/а~а U \
:tOc/rкrц
Kolfmpuno
1JOOC1l.:'11:ioдl
,_, '-' ,_, ,_, ,_, ,_, ,_, ,_,
_1
В111нл/3аряil
;Japяil Вхоа А
(.())
••
©~
Вкл. Фиксаци11 Ctfpoc
Вкоuниii
ceлelfmиp
д-nост;/h.
w-П!!P-W
-ттл-
Рис. П2.30. i3нешний вид лицевой паиели
Uхиав
будет работать от аккумуляторов, необходимо проверить наличие
перемычки и вставить в футляр четыре заряжеииых никель-кадмие­
вых аккумуляторов типа С. Затем поставьте S5 во включенное по­
ложение и измерьте постоянное иапряжеиие питания на коидеисаторе
С7. Оно должно находиться в диапазоне от 4,5 до 5,5 В, в против­
ном случае проверьте монтаж 87.
Теперь поставьте переключатель в положение Контроль, а пере­
ключатель диапазона - в положение «0,1 с/1 Гц». Исправный прибор
должен индицировать число 10000.0 , что соответствует частоте внут­
реиией синхронизации 10 ООО кГц. Если на индикаторе такого пока­
зания нет, проверьте моитаж ICJ, DJJ, D12, S5 и Sб. Когда индика·
тор вообще иичего ие показывает, т. е. ии один из сегментов не
светится, следует сначала проверить напряжение питания на контак­
те 18 микросхемы JCJ, а затем монтаж кварца XJ, R15, TCJ и СЗ.
Получив на индикаторе показание 10000.0, при прежних поло­
жениях переключателей функции и диапазона нажмите кнопку S4.
При нажатой киопке S4 на индикаторе должен высвечиваться О.
Отметим, что старшие нули, т. е. нули слева от десятичной точки,
не нидицируются. Затем отпустите кнопку S4 и нажмите киопку
фиксации S3. Показания индикатора 10000.0 при нажатой киопке
S3 не должны изменяться. После этого отпустите кнопку S3 н про·
в~рьте показания прнбора иа различных диапазонах измерения со­
гласио даниым табл. П2.4.
Отметим, что в последнем случае старшая цифра (1) перепол­
няет индикатор слева и для смены показаний индикатора требует­
ся10с.
Теперь вернитесь на диапазон «0,01 c/l Гц> и поочередно при
различных положениях переключателя функции убедитесь в том,
что показания прибора полностью соответствуют данным, приведен­
ным в табл. П2.5.
160

Т а б л н ц а П2.4. Контрольные показания на различных циапазонах
измерения прибора
Диапазон измере11ия
0,01 с/1 Гц
О,1с/10Гц
1 с/100 Гц
10 с/1 кГц
Показание прибора
10000.0
10000.00
10000.000
0.000.0000
Т а б л н ц а П2.5. Зависимость показаний от функции в диапазоне
«0,01 с/1 Гц:.
Положение переключателя функции
Частота
Период
Отношение частот
Временной интервал
Счет
Контроль
Показание прибора
cO,Ol'c/1 Гц:.
.о
.о
.о
10000.0
Если прибор ничего не индицирует, нужно тщательно проверить
правильность монтажа переключателей Sб и Sб.
Наконец, цифровой счетчик-частотомер следует проверить от ре­
ального источника ТТЛ-сигналов, например от генератора импульсов,
описанного в табл. П2.5. Подайте на вход прибора прямоугольный
сигнал частотой 500 Гц с коэффициентом заполнения 0,5. Затем
установите переключатели функции в положении Частота и диапа­
зон cl с/100 Гц». Проверьте, высвечивается ли на индикаторе чис­
ло .500 при каждом положении переключателя SJ, а затем верните
его в положение ТТЛ. После этого убедитесь в том, что прибор ин­
дицирует в зависимости от положения переключателя функции по­
казания согласно данным табл. П2.6.
На этом проверка прибора заканчивается, и он считается гото­
вым к работе. Батарей хватает примерно на 8-12 ч работы. Прибор
сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания
примерно до 4,5 В. Если напряжение будет еще снижаться, то будет
ухудшаться свечение индикатора и прибор начнет индицировать хао­
тические показания.
Компоненты. Ргэисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %) : Rl=R3=R9=
=R14=1 кОм; R2=R4=R17=R18=10 кОм; R5=RJO=R8=R13=
11-391
161

Т а б л и ц а П2 . 6 . Зависимость показаниА от функции в диапазоне
с] c/JOO Гц»
Положение переключателя функцин
Частота
Период
Отн о шение частот
Временной инт.ервал
Счет
Контроль
Показание прибора
. 500
2000 . 000
Не оправдано
Не определено
(См. примечание)
10000.0
Пр им е ч а н н е. При т ? ко:,1 rюл оже нии n е реключателя индицируется
счет, начиная с нуля в младшем р аз ряде. Необ х оди м о nроверить деl!ствне
кнопок SЗ и S4.
=47 кОм; Rб=Rll= 100 Ом; R7=R12=220 Ом; R15 (0,5 Вт)=
= 10 МОм; Rl6=22 кОм; R19=270 Ом; R20 (2,5 Вт) =27 Ом; кон­
денсаторы: Cl=C2=0,47 мкФ (полистироловый , 100 В); С3=27 пкФ
(полистироловый); С4=С5=68 пкФ (керамический); С6=100 мкФ
(э л ектролитический, 16 В); С7= 10 мкФ (электролитический, 25 В)~
C8=C9=0,l мкФ (полистироловый); VC1=5,5+65 пкФ (миниатюр­
ный триммер); полупроводнико в ые приборы: 1Cl-72l6A; D/-
красный светодиод (с линзой); D2, DЗ- 1N4001; DJJ, DJ2 .-. ... 4- ра з­
рядный индикатор с общим анодом; TR1-TR4- ВС548 .
Дополнител ьные детали: Sl, S2- миниатюрный однополюсн ы й
тумбд е р со средним положением; SЗ, S4 - миниатюрная кнопка, нор­
мально разомкнутая; S5 - поворотный однополюсный переключа­
тель на 12 положений (упор зафиксирован на четыре положения);
Sб - поворотный однополюсный переключатель на 12 положений
(упор зафиксирован на шесть положений); S7 - миииатюриый двух­
полюсный тумбдер иа два положения; 28-контактное гнездо для
микросхемы; корпус типа Verobox с размерами 205Х 140Х75 мм
(номер детали 202-21035F); необязательная подставка для фиксации
наклонного положения прибора; односторонние пистоны диаметром
1 мм (23 шт.); кусок п л аты типа Veroboard; болты, гайки, стойки
(по 4 шт.); гнез до типа BNC с креплением на шасси (2 шт.); гнездо
днаыетром 2 м м с креплением на шасси (2 шт.); ручка (2 шт.);
футляр для четырех батарей типа С; кварц (XI) 10 МГц, типа
HCIB/U; красный поляризованный фильтр д,1я И l!дикатора с разме­
рами IOOX35X0,76 мм.

Приложение3. Осциллограф
Без сомиеиия, читателям уже знаком этот универсальный при­
бор, предназначенный для наблюдения цифровых и аналоговых сиг­
налов. Поэтому нижеприведенные сведения рассчитаны на нович­
ков и тех читателей, которые захотят приобрести осциллограф.
За последние 10-15 лет стоимость осци.'!лографов значительно
снизилась. Разрабатывать же самодельный осциллограф новичку не
под силу, тем более что основные его компоненты (электронно-луче­
вая трубка и блок питания) довольно дороги. Затрудняет разработ­
ку осциллографа еще и необходимость точной калибровки.
Применения. Основное применение осцил.'!оrрафа - наблюдение
сигналов в электронных схемах. Следует иметь в виду, что деше­
вые осциллографы не хранят входные сигналы и показывают только
периодические сигналы. К сожалению, большинство цифровых сигна­
лов не периодические. Например, сигнал в последовате .,ьной линии
связи RS-232C будет периодическим только. в том случае, если по
лииии все время передается один символ или последовательность
символов. Аиалогичиая ситуация возникает и с сигналами на лини­
ях микропроцессорной системы . Для получения устойчивого изобра­
жения необходим периодический сигиал.
По-видимому, осциллограф оказывается одним из самых доро­
гих приборов в большинстве лабораторий и домашних мастерских,
поэтому использовать его нужно максимально эффективно . Приведем
некоторые соображения, которые, возможно, неизвестны или малоиз­
вестны читателю.
Прн наличии на экране сетки и с учетом соответствующих поло­
жений переключателей диапазонов можно довольно точно измерить
напряжение и время. Конечно, прежде чем производить измерение,
нужuо откалибровать сетку, переведя органы управления в положе­
ние CAL (калибровка). Несоблюдение этого простого правила может
привести к получению неточных и просто неверных результатов .
Во всех современных осциллографах усилитель вертикального
отклонения имеет вход по постоянному току, поэтому изменение
уровия входного сигнала вызывает сдвиги изображения по вертика­
ли. В реальных схемах переменный сигнал часто нак.'!адывается на
постоянный уровень. Убрать этот уровень ыожно с помощью вход­
ного конденсатора, который подсоединяется к входу переключате л ем
«Переменный ток - Зем.'!я
-
Постоянный ток». В положении «Пере­
менный ток» конденсатор подключен, а в по .1ожении «Постоянный
ток » - закорочен. В положении «Зе!>!ЛЯ» на вход вертикального уси­
лителя подается нулевой потенциал (конечно, при этом собственно
вход отключается). Для измерения постоянного уровня входного снг­
нз.ла переключатедь «Переменный ток - Земля
-
Постоянный ток"
11*
163

вначале переводится в положение сЗемля::о и развертка смещается на·
центральную горизонтальную ось. Затем переключатель переводится
в положение «Постоянный тою• и по вертикальному отклонению
развертки измеряется уровень.
В двухлучевых осциллографах с «расщеплением:. луча преду·
сматриваются два режима работы. В режиме коммутации развертка
показывает небольшую часть сигнала по одиому вертикальному ка·
налу, а затем - такую же часть по другому каналу. Благодаря вы­
сокой частоте коммутации на экране видиы как бы две непрерывные
развертки. Такой режим удобен для иаблюдеиия сравиительио ииз·
кочастотных сигналов (ниже частоты коммутации), так как сохра·
ияются точные фазовые соотношения между индицируемыми сигна­
лами. Во втором режиме (режиме ~чередования:.) каждому каналу
отводится развертка на весь экран попеременно. Это удобно для на­
блюдения высокочастотных сигналов, хотя фазовый сдвиг между
ними воспроизводится неточно.
В большинстве современных осциллографов предусматриваются
несколько запускающих сигналов: внутренний сигнал, сформирован­
. ный
в тракте вертикального отклонения, сигнал 50 Гц от сети
и внешний сигнал со входа запуска.
Выбор осциллографа. При покупке осциллографа нужно учиты­
вать не только его стоимость. Желательно, чтобы выбранный Вами
прибор прослужил как можно дольше.
Двухлучевые осциллографы ненамного дороже однолучевых, по­
этому целесообразно выбрать именно двухлучевой прибор. Рекомен­
дуется, чтобы прибор обладал широкой полосой пропускания и мак­
симальной чувствительностью по вертикали. Для хорошего и срав­
нительно дешевого осциллографа полоса пропускания должна
составлять ие менее 25 МГц, а чувствительность по вертикали - не
менее 10 мВ/см.
Необходимо обратить внимание на четкость и ясность маркиров­
ки органов управления. Сетка на экране должна быть видна отчет­
ливо и не должна затруднять восприятие изображения (в хороших
осциллографах обычно предусматривается подсветка сетки), По
возможности проверьте качество изображения, вращая ручки ярко­
сти и фокусировки. Важно убедиться в том, что сфокусированная
развертка по всему экрану получается при максимальной яркости.
Некоторые осциллографы оснащаются также виутренннми ка­
либраторами и тестерами. Если вы располагаете достаточными сред­
ствами, целесообразно подумать о приобретении осциллографа с циф·
ровой памятью. Такой прибор может зафиксировать достаточно
быстрые непериодические и однократные сигналы и очень полезен
при работе с более сложными цифровыми схемами~
164

Спецификации универсальноrо осциллографа:
Чувствительность по верти({али
Полоса пропускания тракта уси­
ления по вертикали
Время размаха по вертикали
сРасщеплеиие:. луча
Скорость развертки . . .
Чувствительность запуска
Размер экрана .
•,
•
•
10 мВ/см-10 В/см
Постоянный ток-25 МГц ( =)
10 Гц-30 МГц (,....,)
12,5 нс
Коммутация /поочередность
10 мкс/см-! с/см
Лучше 1О мВ в диапазоне
10 Гц-10 МГц
8Х10 см
Пробник осциллографа. Важнейшее требование, предъявляемое
к осциллографу, - это правильно воспроизводить короткие импуль­
сы н ие вносить большую емкостную нагрузку в проверяемый узел.
К сожалению, входная емкость осциллографа, варьируемая в диапа­
зоне от 20 до 30 пкФ, включается параллельно емкости коаксиаль­
ного кабеля, превышающей 150 пкФ, поэтому общая шунтирующая
емкость для проверяемого узла составляет примерно 200 пкФ. На
низких частотах этой емкостью можно пренебречь, ио иа частотах
в несколько десятков килогерц и выше ее влияние уже начинает
сказываться и импульсы с крутыми фронтами значительно искажа­
;тся. Эта проблем.а полностью снимается, ес.~и имеется компенси­
рующий пробник. Самый распространенный пробник дает десяти·
кратное ослаблею1е и обычно маркируется симводами «Х 10». Бла­
годаря наличию пробника входное сопротивление увеличивается
примерно в 10 раз, а входная емкость примерно во столько же раз
уменьшается. Обычный пробник сХ 10» обладает входным сопротив­
лением 10 МОм, входной емкостью 15 пкФ и дополняется множест­
вом насадок для подключения в различных схемах.

Приложение4. Таблица обозначений основных
логических элементов
Оd'о:1на чещ1.R осно6н111х логических злененmо6
лоеическа11
tpfjHKЦUR
8 книге
по гост
.1Лi:Nента
Бfjtpep
-t>-
- r:J-
lfн6epmop
-{>-
-С}
lf
:С>-
::[}
HE-lf
::D-
=[J-
нлн
=D-
=[)-
liE-lfЛH
=D>-
::[}
НсклЮчиющее
=>D-
::[}-
нлн

Пр ил ожени е 5. Указатель зарубежных изделий
электронной техники и их отечественных аналогов
Зарубежный
прибор
ВС548
BZY88C3V9
BZY88C3VO
BZY88C4V7
BZY88C5Vl
BZY88CIOVO
CD4001
CD4002
CD4012
CD4013
CD4020B
CD4023
CD4025
CD4027
CD4049
CD4050
CD4069
CD4070
CD4071
CD4072
CD4073
CD4075
CD4076
CD4077
CD4078
CD4081
L200
LM393
L.М555
ОА91
SKB2/02L5A
SN7400
SN7401
SN7402
SN7403
SN7404
SN7405
SN7406
Тип прибора
Биполярный траиэнстор
Стабилитрон
То же
»»
»»
»»
Цифровая ИМС КМОП-типа
То же
»»
»»
»»
»»
»»
»»
»»
»»
»»
»»
ИМС: четыре логических эле­
мента 2ИЛИ
ИМС: два логических элемен-
та 4ИЛИ
ИМС: три логических элемента
зи
ИМС: три логических элемента
зил и
Цифровая ИМС КМОП-тнпа
ИМС: четыре логических эле-
мента «Исключающее ИЛИ»
ИМС: восемь логических эле­
ментов И-НЕ/ИЛИ
Цифровая ИМС КМОП-типа
ИМС регулируемого стабили­
затора напряжения
ИМС сдвоенного компаратор:~
напряжения
ИМС таймера
Диод
Мостовой выпрямитель
Цифровая ИМС ТТ Л-типа
То же
»»
»»
»»
»»
»»
Отечественный
аналог
КТ3102А, Б
КС433А, КС139А
КС133Г
КС447А, КС147А
КС456А, КС156А
дв14г. кс21ож
КБ61ЛЕ5
К561ЛЕ6
К561ЛА8
К561ТМ2
К561ИЕ16
К561ЛА9
К561ЛЕ10
К561ТВ1
К561ЛН2
К561ПУ4
К561ЛН1
КР1561ЛП!4
КР1561ИР14
КР156!ЛИ2
Ю42ЕНЗА,
Кl42ЕН12
К!401САЗ
· КР1006ВИI
Кд205К, Д7В
КЦ402Д, КЦ40ЗД
I\155ЛАЗ
К!55ЛА8
К!55ЛЕ!
К!55ЛА9
К!55ЛНJ
К!55ЛН2
К!55ЛНЗ
167

Продолжение прилож. 5
Зарубежный
Тип прибора
Огечественныl!
прибор
аналог
SN7407
Цифровая ИМС ТТЛ-тнпа
К!55ЛН4
SN7408
То же
К!55ЛИ!
SNi409
""
К!55ЛИ2
SN7410
»»
К155ЛИ4
SN7411
»
"
К155ЛИ3
SN7412
"
»
К155ЛА10
SN7413
""
К155ТЛ1
SN7414
"
»
К155ТЛ2
SN7415
»»
Кl55ЛИ4
SN7416
»
"
К155ЛН5
SN7417
"
»
К!55ЛП4
SN7420
""
К!55ЛА1
SN7421
»
"
К155ЛИ6
SN7422
""
К155ЛА7
SN7423
»
"
Ю55ЛЕ2
SN7425
»»
К!55ЛЕЗ
SN7426
»
"
К!55ЛА11
SN7427
~
"
Ю55ЛЕ4
SN7428
»»
К155ЛЕ5
SN7430
»»
К!55ЛА2
SN7432
""
Ю55ЛЛ!
SN7433
""
IО55ЛР4
SN7437
»»
К155ЛА12
SN7438
»
"
Ю55ЛА13
SN7440
»
"
К155ЛА6
SN7442
"
»
К155ИД6
SN7445
ПреобраЗователь двоичного К!55ИД10
кода в десятичный
SN7447
Преобразователь
двоичного К155ИД18
кода в сигналы 7 -сегмеитно-
го кода (15 В)
SN7448
Преобразовател ь
двоичного
кода в сигналы 7 -сегментно-
го кода (5 В)
SN7449
Преобразователь
двоичного К133ПП4
кода в сигналы 7-сегментно-
SN7450
го кода
Цифров а я ИМС ТТЛ-типа
К!55ЛР1
SN'7451
То же
Ю55ЛIЧ1
SN74LS51
Цифровая ИМ.С ТТЛШ-типа
К. 555 ЛР11
SN7453
Цифровая ИМС ТТЛ-тиnа
К155ЛРЗ
SN7454
То же
К!55ЛР13
SN7 4LS55
Цифровая ИМ.С ТТЛШ-типа
К555ЛР4
SN7460
Цифровая ИМС ТТЛ-тиnа
К155ЛДI
SN7470
ИМС JК-триггера с логическим
элементом И на в ходе
SN7473
ИМС сдвоенного JК-триггера
К531ТВ9,
Ю55ТВ15
SN7'175
Цифровая ИМС ТТЛ-тнnа
Кl55ТМ7
1G3

Продолжение прилож. 5
ЗарубежныА
Тнп прибора
Отечествеииыl!
прибор
аналог
SN7476
ИМС сдвоенного J1(-трнrrера К531ТВ9П,
K531TBllП
SN7477
Цнф~овая ИМС ТТЛ-типа
Кl55ТМ5
SN74LS78
им СД!JОеННОГО !К-триггера
с предварительной установ-
кой
SN7480
То же
Ю55ИМ1
SN7482
»»
Кl55ИМ2
SN7483
»»
К155ИМЗ
SN7486
»»
К155ЛП5
SN74LS86
Цифровап ИМС ТТЛШ-типа
К555ЛП5
SN7490
Цифровая ИМС ТТЛ-типа
К!55ИЕ2
SN7491
То же
SN7492
»»
Кl5 5 ИЕ4
SN7493
»»
К!55ИЕ5
SN7495
"
»
Ю55ИР1
SN7496
»
"
Кl55ИРI
SN74107
»"
Кl55ТВ6
SN74109
""
К155ТВ15
SN74110
"
»
SN74111
»"
SN74112
"
»
К155ТВ9
SN74113
»»
К155ТВIО
SN74114
»
»
К155ТВI 1
SN74121
»»
К155ЛГ1
SN74122
»»
К!55АГЗ
SN74123
"
»
Кl55АГЗ
SN74124
»»
К!55ГГ1
SN74125
"
»
К155ЛП8
SN74!26
"
»
К555ЛП14
SN74128
»»
Ю55ЛЕ6
SN74132
"
»
К155ТЛЗ
SN74!36
»»
К155ЛЛЗ,
SN74!38
К555ЛП12
»»
К155ИД7
SN74139
"
»
Кl55ИД14
SN74!41
»»
К!55ИД1
SN74!45
»»
К155ИДIО
SN74!50
»"
К155КП1
SN74151
»»
К!55КП7
SN74!52
»»
К155КП5
SN74!53
»»
К155КП2
SN74155
»»
К155ИД4
SN74173
»
»
К155ИР15
SN74174
»
»
К155ТМ9
SN74175
"
»
К!55ТМ8
SN74176
»»
SN74177
»»
SN74178
»»
169

Продолжение прилож. 5
Зарубежный
Тип прибора
Отечественный
прибор
аиалоr
SN74179
Цифровая ИМС ТТЛ-типа
SN74180
То же
К155ИП2
SN74184
:t»
К!55ПР6
SN74190
»»
SN74192
»»
Ю55ИЕ6
SN74193
»»
Ю55ИЕ7
SN74194
»»
Ю55ИР11
SN74199
»»
К531ИР12П
SN74240
»»
Ю55АП3
SN74241
»»
Ю55АП4
SN74242
»»
Ю55ИП6
SN74243
»»
К155ИП7
SN74244
»»
К555АП5
SN74245
»»
• К155АП6
SN74LS266
Цифровая ИМС ТТЛШ-типа
SN74273
Цифровая ИМС ТТЛ-типа
К555ИР22
SN74279
То же
К155ТР2
SN74283
»»
Ю55ИМ6
ТВА820М
ИМС усилителя мощности
I074YH4
TL082
ИМС сдвоенного операционно- КР574УД2
IN4GOI
го усилителя
Диод
КДIОЗ, Кд226А
IN4148
Диод
Кд522А
2N3053
Биполярный транзистор
Кд603Д, Кд608Б
2N3703
То же
КТЗIЗБ, КТ3107А
2N3705
»»
КТ645А, КТЗ 117А
741
ИМС операционного усилителя Кl40УД7
78НО5
ИМС стабилизатора напряже- Кl42ЕН5
ния
7805
То же
Ю42ЕН5
7216А
Универсальный счетчик со схе-
мой управления светодиода-
ми

П р ил о же н и е 6. Функциональное назначение
зарубежных изделий электронной техники
CD4001
CD4002
CD4012
CD4013
CD4020
CD4023
CD4025
CD4027
СО4049
CD4050
СО4069
CD4070
CD4081
CD4076
SN7400
SN7401
SN7402
SN7403
SN7404
SN7405
SN7406
SN7407
SN7408
SN7409
SN7410
SN7411
SN7412
SN7413
SN7414
SN7415
SN7416
Микромощиые логические ИМС КМОП-типа
-
четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ
-
два логических элемента 4ИЛИ-НЕ
-
два логических элемента 4И-НЕ
-
два О-триггера
-
14-разрядный двоичный счетчик-делитель
-
три трехвходовых элемента И-НЕ
-
три трехвходовых элемента И-НЕ
-
два /К-триггера
-
шесть логических элементов НЕ
-
шесть преобразователей уровня
-
шесть инверторов
-
четыре логических элемента Исключающее
или
-
четыре логических элемента 2И
-
четыре О-триггера с тремя состояниями па
выходе
Логические ИМС ТТЛ- н ТТЛШ-типа
-
четыре логических элемента 2И-НЕ
-
четыре логических элемента 2И-НЕ с от-
крытым коллекторным выводом
-
четыре логнчес1шх элемента 2ИЛИ-НЕ
-- четыре
лоrичесI\НХ элемента 2ИЛИ-НЕ с
открытым коллекторным выводом
-
шесть логн:~еских элементов НЕ (инверто­
ров)
-
шесть логических элементов НЕ с откры­
тым коллекторным выводом
-
шесть буферных инверторов с повышенным
выходным напряжением (30 В), с открытым
коллекторным выводом
-
шесть буферных формирователей с повышен­
ным выходным напряжением (30 В), с от­
l{рытым коллекторным выводом
-
четыре логических элемента 2И
-
четыре логических элемента 2И с открытым
коллекторным выводом
-
три логическ_их элемента ЗИ-НЕ
-
три логических элемента 3И
-
три логических элемента 3И-НЕ с откры-
тым коллекторным выводом
-
два триггера Шмитта с четырьмя логичес­
кими элементами
-
шесть триггеров Ш:11итта с инвертором
-
три логическнх элемента ЗИ с открытым
коллекторным выводом
-
то же, что SN7406, по с выходным напря­
жением 15 В
171

SN7417
SN7420
SN7421
SN7422
SN7423
SN7425
SN7426
SN7427
SN7428
SN7430
SN7432
SN7433
SN7437
SN7438
SN7440
SN7442
SN7450
SN7451, SN74LS5l
SN7453
SN7454
SN74LS55
SN7460
SN7475
SN7477
SN7480
SN7482
SN7483
SN7486, SN74LS86
SN7490
172
Продолжение прилож. 6
-
то же, что SN7407, но с выхо дным напря­
жением 15 В
-
два логических элемента 4И-НЕ, один из
них расширяемый по ИЛИ
-
два логических элемента 4И
-
два логич еских элемента 4И-НЕ с откры-
тым колл екторным выводом и повышенной
нагрузочной способностью .
-
два логических элемента ИЛИ-НЕ со стро­
бировани ем на одном элементе н возмож­
ностью расширения по ИЛИ на другом
-
два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со
стробированием
-
четыре высоковольтных (с выходным на ­
пряжением 15 В) логических элемента
2И-НЕ с открытым коллекторным выво­
дом
-
три логических элемента ЗИЛ И-НЕ
-
четыре б у ферных логических элемента
2ИЛИ-НЕ
-
логический элемент ВИ-НЕ
-
четыре логических элемента 2ИЛИ
-
четыре л о гических элемента ИЛИ-НЕ с по-
вышенной помехостойкостью с открытым
коллекторным выводом
-
четыре логических элемеита 2И-НЕ с по­
вышенной нагрузочной способностью
-
четыре буферных логических элемента 2И­
НЕ с открытым коллекторным выводом
-
два лоrнчески х элемента 4И-НЕ с боль­
шим коэффициентом разветвления
-
дешифратор 4 на 10
-
два логических элемента 2-2И-2ИЛИ-
НЕ, один из них расширяемый по ИЛИ
-
два логических элемента 4-2-3-2И-
4ИЛИ-НЕ
-
логический элемент 2-2-2-ЗИ-4ИЛИ­
НЕ- с возможностью расширения по ИЛИ
-
логический элемент 2-3-3-2И-4ИЛИ­
НЕ
-
логический элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ с
с расширением по· ИЛИ
-
два 4-входовых логических расширителя по
или
-
четыре О-триггера (защелки данных)
-
четыре О - триггера
-
однора з ряаный полный с у мматор
-
двухразрядный полный сумматор
-
четырехразрядный двоичный сумматор
-
четыре дв у хвхо д овых логических эл емента
Исключающее ИЛИ
-
двоично-д е сятичный четырехразрядный счет­
чик

SN7491
SN7492
SN7493
SN7495
SN7496
SN74107
SN74109
~N74110
SN74111
SN74LS112
SN74LS113
SN74LS114
SN74121
SN74122
SN74123
SN74124
SN74125, SN74126
SN74128
SN74132
SN74136
- SN74138
SN74139
SN74141
SN74145
SN74150
SN7415l
SN74152
SN74153
SN74155
SN74173
SN74174
SN74175
SN74176
Продолжение прилож. б
-
8-разрядиый сдвиговый регистр с последо-
вательным ВХОДОМ и ВЫХОДОМ
-
счетчик-делитель иа 12
-
4-разрядный двоичный счетчик
-
4-разрядиый сдвигающий регистр
-
5-раэрядный универсальный сдвигающий
регистр
-
два !К-триггера со сборсом
-
два J К-триггера
-!К-триггер со сбросом и предустановкой
-
два JК-триггера со сбросом и предустанов-
кой
-
два JК-триггера со сбросом и предустанов­
кой
-
два JК-триггера с предустаиовкой
-
два !К-триггера с предустановкой и общим
сбросом
-
одиовибратор с логическим элементом на
выходе
-
одновибратор с повторным запуском
-
сдвоенный одновибратор с повторным за-
пуском
-
сдвоенный генератор, управляемый напря­
жением
-
четыре буферных усилителя с тремя состо­
яниями
-
четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (ма­
гистральный усилитель)
-
четыре триггера Шмитта с логикой 2И-НЕ
на входе
-
четыре двухвходовых логических элемента
Исключающее ИЛИ с открытым коллектор­
ным выводом
-
двоичный дешифратор
-
два дешифратора-демультиплексора 2 на 4
-
высоковольтный (60 В) двоично-десяп1чный
дешифратор управления газоразрядными
ииднкаторами
-
двончио-десятичный дешифратор с выход­
ным иапряжеиием 15 В
-
селектор-мультиплексор иа 16 каналов со
стробированием
-
селектор-мультиплексор на 8 каналов со
стробированием
-
селектор-мультиплексор на 8 каналов
-
сдвоенный цифровой селектор-мультиплек-
сор 4-1
-
сдвоенный дешифратор-ыультиплексор 2-4
-
4-разрядный регистр с тремя состояниями
на входе
-
шесть синхронных D-триггеров
-. . , . четыре D-триггера
-
десятичный счетчик с предустановкой

SN74177
SN7417B
SN74179
SN74lBO
SN74184
SN74190
SN74!92
SN74193
SN74194
SN74199
SN74240
SN74241
SN74242
SN74243
SN74244
SN74245
SN74LS266
SN74273
SN74279
SN74283
Продолжение прилож. 6
-
двоичный счетчик с предустаиовкой
-
4-разрядный сдвигающий р егистр
-
4 - разрядный сдвигающий регистр
-
В-разрядная схема контро.1я четности н не•
че тности
-
преобразователь двоично-десятичного кода
D ДВОИЧНЫЙ
-
синхронный реверсивный десятичный счет­
чик
-
д в оично-десятичный реверсивный счетчик
-
4-разрядный двоичный реверсивный сч ет-
чик
-
4 разрядный универсальный регистр сдвига
-
В-разрядный сдвигающий р е гистр
-
В - hавальный магистральный буферный уси-
JIИтель с тремя состояниями и инверсией
-
8-канальный магистральный буферный уси-
.1и т ель с тремя состояниями б ез инверсии
-
4 - линейный передатчик
-
4-линейный передатчик
-
8 - 1«1налы1ый однонаправленный шинный
формирователь
·-
8-к анальный двунаправленный шинный фор­
ми р оват ель
-
чет ыре двухвходовых логических элемента
Исключающее ИЛИ с открытым коллекто­
ром
-
В - разрядный О-триггер со сбросом
-
четыре RS-rpиrrepa
-
4-разрядный двоичный полный сумматор с
ускоренным переносом

Содержание
Предисловие к русскому изданию
3
Предисловие
4
Гл а в а 1. Введение в интегральные схемы
5
1.1. Интегральные схемы
5
1.2 . Логические семейства
7
1.3. Блоки питания
9
1.4. Поиск неисправностей в блоке пптания
12
Г J! а в а 2. Основные логические элементы
13
2.1. Логические диа1 раммы
14
2.2 . Цифровые сигналы
14
2.3 . Тристабильная логика
15
2.4. Логические уровни
.
15
2.5. Запас помехоустойчивости
16
2.6. Логиqеские элементы
16
2.7 . Таб.1нцы истинности
.
.
19
2.8. Схема охранной сигнализации
19
2.9. Прослеживание логических состояний
20
Гл а в а 3. Моностабильные и бнстабильиые схемы
22
3.1 . Моностабильные схемы
.
22
3.2 . Расширители имrтульсов
25
3.3. RS-трнrгеры
26
3.4. JК-триггеры
29
3.5 . Двоичные счет'lикн/делители
30
3.6 . Регистры сдвига
31
3.7 . Логические пульсаторы
32
Глава 4. Таймеры
34
4.1 . Таймер 555
.
.
36
4.2. Семейство таймеров 555·
39
4.3. Поиск неисправностей в схемах с таймерами
40
Гл а в а 5. Микропроцессоры
43
5.l . Внутренняя архитектура
45
5.2 . Линии управления
.
.
48
5.3 . Микропроцессорные системы
49
5.4 . Поиск неисправностей в микропроцессорах
51
5.5 . Логический анализатор
5:>
Гл а в а 6. Полупроводниковая память
56
6.1. Постоянные запоминающие устройства
.
57
6.2. Запоминающие устройства с произвольной выборкой 61
6.3. Дешифрирование адреса
64
6.4. Практические схемы ЗУПВ
.
.
.
.
67
6.5. Поиск неисправностей в полупроводниковой памяти 70
Гл а в а 7. Микросхемы для ввода-вывода
71
7.1. Требования к вводу-выводу
.
•
7\
7.2. Способы организации ввода-вывода
.
.
.
73
7.3 . Параллельный и последовательный ввод-вывод
74
7.4. Методы управления вводом-выводом
.
76
7.5. Микросхемы параллельного ввода-вывода
77
7.6 . Микросхемы последовательного ввода-вывода
.
.
79
7~7. Поиск неисправностей в микросхеыах ввода-вывода 83
175

ГJIава 8. Интерфейсы
84
8.1. Интерфейс RS-232C
.
.
.
.
84
8.2. Виды сигналов в интерфейсе RS-232C
.
.
,
88
8.3. Тестовое оборудование для интерфейса RS-232C
92
8.4. Поиск неисправностей в системах RS-232C
•
,
93
8.5 . Универсальная приборная шина IEEE-488
94
8.6. Поиск неисправностей в системах IEEE-488
97
Гл а в а 9. Микропроцессорные шины
97
9.1.ШинаSTE......
97
9.2 . Поиск неисправностей в шинных системах
103
Пр ил ожени е 1. Справочные данные по микросхемам
105
Приложение2 Самодельные приборы
118
П2.1. Инструменты и приборы
118
П2 . 2. С1абнлизнроваиный блок ш1тания
118
П2 . 3. Логи 11еский пробник
123
П2.4. Логический пульсатор
127
П2.5. Генератор импульсов .
131
П2 . 6. Тестер цифровых микросхем
136
П2.7. Индикатор тока . . . .
142
П2. ~. Звуковой логический индикатор
146
П2.9. Врезка для интерфейса RS-232C
149
П2.10. Цифровой счетчик-частотомер
155
Приложение 3. Осциллограф
163
Пр ил о жен и е 4. Таблица обозначеннА основных .погиче·
ских элементов
166
ТТ р ил о жен и е 5. Указатель зарубежных изделий электрон-
ной техники н нх отечественных аналогов
167
Пр ил о же н и е 6. Функциональное назначение зарубежных
нз.11.елнй электронной техники
171
Справочное издание
Тули Майк
Справочное пособие по цифровой электронике
Заведующий редакцией А. Б. Желдыбин
Редактор издательства А. А. Устинов
Художественные редакторы А. Т. Кирьянов, Т. Н. Хромова
Технический редактор О. Д. Кузнецова
Корректор f. А. Полоиская
ИБ No 3219
Сдано в набор 31 .08 .89. Подписано в печать 22.01.90. Формат 84Х 1081far.
Бумага типографская No 2. Гарнитура пнтературная . Печать высокая.
Усп . печ. п . 9,24 . Усп. кр.-отт. 9,45. Уч.-нзд. п . 9,22 . Тираж 310 ООО экз.
Заказ No 391. Цена 60 к.
Энергоатомиэдат. 113114 Москва, М-114, Шпюзовая наб" 10
Впадямнрская типография Госкомитета СССР по печати,
600000, г, Впадимир, Октябрьскиll проспект, д. l