Автор: Тули М.
Теги: компьютерные технологии комбинированные (непрерывно дискретные) электронные вычислительные машины и устройства цифровые интегрирующие машины цифровая электроника
ISBN: 5-283-02492-Х
Год: 1990
Текст
М. Тули
Справочное
пособие
по цифровой
электронике
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
М.Тули
Справочное
пособие
по цифровой
электронике
Перевод с английского
канд. техн, наук В.Л. ГРИГОРЬЕВА
МОСКВА
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ
1990
ББК 32.973.3
Т82
УДК 681.32(035.5)
Рецензенты В. П, Данчеев, Н. Н. Слепов
MIKE TOOLEY
PRACTICAL DIGITAL ELECTRONICS HANDBOOK
PC Publishing, London, 1988
Тули M.
T82 Справочное пособие по цифровой электронике:
Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 1/6 с.
ISBN 5-283-02492-Х
Систематизированы сведения по применению в микропро-
цессорной технике и микроЭВМ различного рода цифровых
интегральных микросхемм Описаны 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.
2302030700-005
т---------------
051(01)-00
192-90
ББК 32.973.3
ISBN 5-283-02492-Х (рус.)
ISBN 1-87077-500-7 (англ.)
© Mike Tooley and
Everyday Electronics, London,
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 специальной 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 простых в изготовлении и удобных в работе приборов.
Эти приборы помогут освоиться в цифровой схемотехнике
и будут стимулировать разработку более сложных и ин-
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, производством 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-
схем 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 со-
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 нз 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 логические функции компо-
нентов, а не их электрические характеристики.
1.1. 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
Таблица 1.1. Характеристики степени интеграции
Степень интеграции Сокращенное название Число логических элементов
Малая Средняя Большая Сверхбольшая Супербольшая мне СИС БИС СБИС 1—10 10—100 100—1000 1000—10000 10000—100 000
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. Кон-
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 интегральными 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 элемен-
тов И, выполненных по КМОП- и ТТЛ-технологиям:
а — КМОП-элемент; б — ТТЛ-элемент
мощности с диодами Шотки имеют в середине буквы LS,
например 74LS00, 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 (буферированную) серию. Ком-
бинация UB обозначает небуферированную микросхему
серии В.
В некоторых случаях в середине кода ТТЛ-микросхем
встречаются буквы, приведенные в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Буквенные коды микросхем
Буква Комментарий
С F Н S КМОП-вариант соответствующей ТТЛ-микросхемы Микросхема с повышенным быстродействием Сверхбыстродействующая микросхема Микросхема, выполненная по ТТЛ-технологии с диода- ми Шотки
НС Быстродействующий КМОП-вариант (входы КМОП-
нет совместимы) Быстродействующий КМОП-вариант (входы ТТЛ-сов- местимы)
8
1.3. Блоки питания
Большинство ТТЛ- и КМОП-семейств рассчитаны на
работу с напряжением питания 4-5 В. Для ТТЛ-микро-
схем необходима довольно жесткая 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 4-7 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
4-3 до 4-15 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 4*3 В.
Как и у ТТЛ-схем, быстродействие КМОП-схем ухуд-
шается при понижении напряжения питания. При напря-
жениях питания +9, 4-12 или 4-15 В быстродействие
КМОП-схем примерно в 2 раза выше, чем прн типичном
напряжении питания 4*5 В.
ТТЛ-схемы потребляют значительно больший ток, чем
9
Вив сверху
вид снизу
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 ТТЛ/КМОП-схем со стабилизиро-
ванным выходным напряжением +5 В. Понижающий
О1-В9-
вход
С2
ttt
С9
ЮОНКф
' Выхов
постоян-
ною на-
* пряжения
для пита-
ния лоеи-
ческах с хен
Рис, 1,4. Схема типичного блока питания для цифровых схем (номе-
рами обозначены контрольные точки):
FS1 — предохранитель
10
Таблица 1.3. Наиболее распространенные стабилизаторы
наприжения
Тип стабилизатора Выходное напряжение, В Максимальный выходной ток, А Тип корпуса (рис. 1.3)
7805 +5 1 а
7905 -5 1 б
7809 +9 1 а
7909 —9 1 б
7812 +12 1 а
7912 -12 1 б
7815 4-15 1 а
7915 -15 1 S
70L05 +5 0,1 3
79L05 —5 0,1 г
78L12 +12 0,1 q
78L12 — 12 0,1 г
78L15 +15 0,1 3
79L15 -15 0,1 г
78S05 5 2 а
78S12 + 12 2 а
78Н05 +5 5 д
78Н12 +12 5 д
трансформатор Т1 подает переменное напряжение на мо-
стовой выпрямитель D1—D4. Напряжение на вторичной
обмотке трансформатора обычно составляет около 9 В;
после выпрямления на сглаживающем конденсаторе С1
получается постоянное напряжение примерно 12 В.
Номинальное напряжение стабилизатора +5 В пода-
ется на выход. Дополнительные конденсаторы С2 и СЗ не-
большой емкости (не электролитические) обычно монти-
руются около выводов стабилизатора. Они обеспечивают
эффективную развязку на высоких частотах и подавляют
высокочастотную нестабильность, которая может возник-
нуть из-за паразитных монтажных реактивных сопротив-
лений.
Меры безопасности. До обсуждения вопросов поиска
неисправностей в блоках питания напомним о мерах пре-
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 предохранителей;
установке н удалении внутренних модулей;
пайке компонентов;
проверке монтажных проводников, исправности обмо-
ток трансформаторов, мостовых выпрямителей н 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 шиур и хорошенько
подумайте.
1.4. Поиск неисправностей в блоке питания
Поиск неисправностей в типичном блоке питания, по-
казанном на рис. 1.4, не вызывает особых затруднений,
так как в нем мало элементов, «склонных» к отказам
(стабилизатор, трансформатор 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 1 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 нагревается.
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 исправный
и повторите шаг 1. Если предохранитель сразу же пере-
горает, убедитесь с помощью омметра, нет ли короткого
замыкания в выпрямителе D1—D4, конденсаторе С1 и
микросхеме IC1*.
3. 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 S1 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, проверьте
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 С1 на-
ходится в диапазоне 9—14 В, замените стабилизатор 1С
на заведомо работоспособный и повторите всю процеду-
ру сначала.
Глава 2
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 логического
пробника, который можно использовать для проверки ло-
гических состояний в ТТЛ- и КМОП-схемах.
* На приведенных в книге принципиальных схемах сохранено
оригинальное обозначение интегральных схем 1С, — 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 та'кнх достоинствах интеграль-
ных схем, как экономичность и надежность. Вместе с тем
применение интегральных 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, зиают 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 0 (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 0 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, обычно 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 0. Сигнал с ак-
тивным низким уровнем обозначается 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 0 и 1. Неудивительно, что логические уровни
для КМОП-схем существенно отличаются от уровней для
£25
Логи чес-
кий выход
К этой линии
нельзя непосред-
ственно подклю-
чать выходы
других схем
разрешает^
логический О
запрещает
<9
I
I
1Линил
шины Sqg
I
I
I Линик
• шины
, Логический О
К другим разрешает,
триста* логическая 1
Зальным запрещает
схемам
9)
схемам
а
Рис. 2.1. Сравнение обычных и тристабильных логических схем:
а—обычная логическая схема; б — тристабильная логическая схема (разре-
шается высоким уровнем EN)\ в — тристабильная логическая схема (разре-
шается низким уровнем EN)
15
Таблица 2.1. Значения логических уровней в КМОП-
и ТТЛ-схемах
Уровень Тип схемы
КМОП ТТЛ
Логическая 1 >2,0 В
Логический 0 1/3 VDD <0,8 В
Не определен (1/3—2/3) VDD 0,8—2 В
Примечание. Vdd — положительное напряжение питания.
ТТЛ-схем. Действительно, уровни для КМОП-схем дают-
ся относительно напряжения питания (оно варьируется
в диапазоне от 4-3 до 4-15В), а для ТТЛ-схем уровни
фиксированы. Значения логических уровней приведены
в 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 состоянии высокого уровня
и максимальными значениями выходного и входного на-
пряжений в состоянии низкого уровня.
Запас помехоустойчивости для стандартных ТТЛ-схем
серии 7400 обычно составляет 0,4 В, а для КМОП-схем
равен 1/3 Удю (рис. 2.2).
2.6. Логические элементы
Обозначения основных логических элементов в соот-
ветствии с английским (BS) и американским (MIL/
ANSI) стандартами показаны на рис. 2.3. В Великобрн-
16'
Рис. 2.2. Логические уровни КМОП- и ТТЛ-схем
танин широко распространен американский стандарт/
и 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 0) на входе вызы-
вает логическую 1 (или 0) на выходе. Буферы обычно
применяются для повышения нагрузочной способности по
току, а также формирования логических уровней, дейст-
вующих в интерфейсе (устройстве сопряжения).
Инвертор. Инвертор осуществляет дополнение логиче-
ского состояния, т. е. логическая 1 на входе вызывает ло-
гический 0 на выходе и наоборот. Кроме того, инверторы
усиливают сигнал по току и, как буферы, применяются
в схемах интерфейсов.
Элемент И. На выходе элемента И логическая Г появ-
ляется, если только все входы одновременно находятся
в состоянии логической 1. Все остальные комбинации вво-
дов приводят к образованию на выходе логического 0.
Элемент НЕ-И. На выходе элемента НЕ-И образуется
логический 0, когда все выходы одновременно находятся
в состоянии логической 1. Любая другая комбинация вхо-
дов вызывает появление на выходе логической I. Следо-
вательно, элемент НЕ-И — это просто элемент И с ин*-
вертироваиным выходом; кружок на выходе показывает
эту инверсию.
Элемент ИЛИ. На выходе элемента ИЛИ появляется
логическая 1, если хотя бы один из входов находится в со-
* Таблица стандартных обозначений логических элементов, при<
пятых в СССР, приведена в приложении. — Прим, пер,
«—Ж 17
Логическая обозначение Обозначение Таблица арункц и я по стандарту по стандарту а оти нности Элемента tflL/ANST BS3939
к. 1 Бутер X. ”]/ Y * — ——У к Y
о г О 7
i Инвертор X V х з—Y X Y
0 7 1 0
Од 11 й X CQ А В У
О О 0 1 7 О Г 1 0 0 О 1
$ 4 Оэ X 11 п < съ X W у А В У
0 О О 1 1 О 1 1 1 1 Г 0
А—Г\ А * v или «□ Z~~Y в —Г А В У
0 0 0 г 1 О 7 1 0 1 1 1
HE-ИЛИ 1 * » >—V р г О 1-и А В Y
О О 0 1 1 О 1 1 Г 0 0 О
Исключающее а д -1 ИЛИ , ])?— У в —У 8—Нб Б А В У
0 о 0 1 1 О 1 1 О 1 1 О
Рис. 2.3. Обозначения и таблицы истинности основных логических
элементов
стоянии логической 1. Другими словами, выход элемента
ИЛИ соответствует логическому 0, если состояния всех
входов одновременно равны логическому 0.
Элемент HE-ИЛИ. Элемент HE-ИЛИ выдает на вы-
ходе логическую 1, если только все его входы одновре-
менно находятся в состоянии логического 0. Любая дру-
гая комбинация входов вызывает появление на выходе
логического 0. 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 0. На
выходе появляется логический 0, 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 удобной форме
представлены функции логического элемента. Для логи-
ческого элемента с и 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
R1O 1к0м
Cl
220 ккФ
C2
0,22 мкФ
'Vrc
/»п п п п п n n a
+72В
bq
во
1С2е
102 f
R1f !x Ом
1С2Ь
u u u Uuu U 7
земля
_____ _________ t2
102 a
I 1 ЮОм
RT2 (ООкОм
IC3&
TRI I
VH66AF ^0
ICfC
3 tff
ictb ictb
. 4
tty a
R6
ГС?= 7*32
ГС2* 7Ч1Ч
7*09
Гфг C 740*
RS 2700м
ICtf
0
Гсче
ft
R8270UM
32 32 32 32 32.
Контакт)*
/Qrjcz,
Контакт 7 03
22мнф
2700м
R727OOM
\R9
270
Off
D1-JJ5
&&а{ий
-U О
Рис. 2.4. Схема охранной сигнализации на четыре входа
2*
19
Рис. 2.5. Внутреннее устройство логического элемента 1СЗа
вход с землей («общий»), т. е. обеспечивает на входе со-
стояние логического 0. Когда реле размыкается, состоя-
ние соответствующего входа изменяется с логического 0
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 LSI, который импульсно включается с исполь-
зованием звукового и низкочастотного сигналов. Эти сиг-
налы формируют два генератора Шмитта (IC2) с время-
задающими цепочками С1—R10 и С2—R11.
В микросхеме 1СЗ типа 7408 используются только два
элемента из четырех, а два других просто оставлены не-
задействованными («плавающими»). На входные контак-
ты 1 и 3 микросхемы 1СЗа 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 0 В являются общими для всех четы-
рех элементов микросхемы. Как принято для 14-коитакт-
ных корпусов DIP, питание подается на контакты 14
(+5В)И7(ОВ).
2.9. Прослеживание логических состояний
Обычно, если хотя бы один из внутренних компонен-
тов логического элемента выходит из строя, приходится
заменять всю микросхему. Поиск элемента, неправильно
выполняющего 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-
носительно длинный импульс (например, в одну секунду
или более) логическим пробником, показывающим толь-
ко состояния логического 0 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
на достаточное для визуального восприятия время.
Питание логического пробника обычно берется от про-
веряемой схемы с помощью двух скрученных проводни-
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-
ности.
1. Измерьте напряжения питания 4-5 и -|-12В. 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 R1—R4 на входы !С1а
и IC1Ь (см. рис. 2.4) подаются уровни логической 1. По-
смотрите на светодиоды D1—D4. Если ни один из них не
светится, удалите и замените IC4.
3. Проверьте наличие уровня логической 1 на контак-
тах 3, 6 и 8 микросхемы IC1. Если такого уровня нет,
удалите и замените IC1. (Отметим, что микросхемы 1С1а,
IClb и 1С1с образуют четырехвходовый элемент ИЛИ.)
На выходе 8 микросхемы IC1 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 / микросхемы IC3 импульсов нет,
а на входе 13 существует высокий уровень и имеются им-
пульсы на входе 12, удалите и замените IC3. Если же
импульсы на выходе 11 есть, перейдите к шагу 8.
6. Проверьте логическим пробником состояния вхо-
дов и выходов микросхемы 1СЗа—на контактах 1—3
должны действовать импульсные сигналы. Если на одном
или обоих входах 1СЗа имеется постоянный низкий или
высокий уровень, перейдите к шагу 7. Когда же импуль-
сы на входах 1 и 2 есть, а на выходе 3 их нет, следует за-
менить микросхему 1СЗ.
7. Удалите и замените IC2. Если неисправность не ис-
чезает, проверьте времязадающие цепочки С1—R10
и C2—R11.
8. Отсоедините питание и проверьте с помощью оммет-
ра динамик LSI и резистор R13. Если оба элемента ис-
правны, замените транзистор TR1.
Глава 3
Моностабильные и бистабильные схемы
3.1. Моностабильные схемы
Выходные состояния логических элементов, рассмот-
ренных в гл. 2, сохраняют логические 0 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 моностабильной.
Принцип работы моностабильной схемы довольно
прост: на выходе действует уровень логического 0 до тех
пор, пока на входе запуска не возникает переход или
фронт сигнала. Уровень может измениться с 0 на 1 (за-
пускающий положительный фронт) или с 1 на 0 (запус-
кающий отрицательный фронт) в зависимости от конкрет-
ной моностабильной схемы. Сразу же при восприятии
22
Рис. 3.1. Простой моно-
стабильный генератор от-
рицательного импульса_____Г
запуска выход схемы переходит в состояние логической 1.
Через некоторый временной интервал, определяемый
внешними времязадающими элементами, выход возвра-
щается в состояние логического 0, и схема ожидает сле-
дующего запуска.
Существует множество разновидностей моностабиль-
ных схем; хотя простейшую из ннх 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-
нератора или формирователя 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
0, а иа 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-
Рис. 3.2. Диаграмма сигналов схемы, показанной на рис. 3.1
23
Рис. 3.3. Простой моностабнль-
ный генератор положительного
импульса
Рис. 3.4. Генератор положи*
тельного импульса, запускае-
мый спадающим фронтом
дит порог логической 1 (примерно 1,5 В), и его выход
быстро изменяет состояние с логической 1 на логиче-
ский О,
Затем конденсатор заряжается через резистор /?, и на-
пряжение на входе инвертора экспоненциально спадает
до нуля. Когда входное напряжение инвертора уменьша-
ется ниже порога логического 0 (также около 1,5 В), он
воспринимает вход как логический 0, 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
Рис. 3.5. Генератор отрицатель-
ного импульса, запускаемый
спадающим фронтом
Рнс. 3.6. Внутреннее устройст-
во микросхемы 74121
Вренязадающие
элементы
Входы
24
- £ малым током утечки, а если необходимо получить им-
пульс с точной длительностью — еще и с малым разбро-
сом. Когда нужен положительный импульс, (0—1г—0),
к выходу подключается второй инвертор (рис. 3.3).
На рис. 3.4 и 3.5 показано, как получить йоложитель-
. ный и отрицательный выходные импульсы при запуске
отрицательным фронтом. Эти схемы похожи на предыду-
щие, ио в них вход инвертора переводится в состояние
логической 1 при помощи резисторного делителя. Благо-
даря делителю на входе инвертора действует постоянное
напряжение 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 АГ, А2 и В определяют три режима запуска:
1) при подключении А1 или А2 к логическому 0 одно-
вибратор запускается положительным фронтом сигнала
на входе В;
2) если А1 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 АГ
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-
ширением очень короткого импульса. Микросхема 74121
идеально подходит для реализации этой функции; ее мож-
но запустить очень коротким импульсом, на который она
25
100мс г
M0T -
ЦОкОм -
МкОм
20 кОм
1№ -
15к0м t -
1QMKC
ЮООпкФХ
10к0м
/ 5к0м
1QQMKC
1МКС
700нс
2кОм
Рис. 3.7. Номограмма для расчета
длительности импульса в микро-
схеме 74121. При С=0,01 мкФ
и /?= 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-
задаюгцего 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. /?5-триггеры
Рано или поздно у вас возникает потребность в уст-
ройстве, которое может хранить логическое состояние (0
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 ^S-триггеров: ttyoc сброс
л — ва элементах НЕ-И; б — на эле- p-f-oa --л/з
ментах HE-ИЛИ ** J 1’“Т_-хЛ | и
Простейший триггер реа- [
лизуется на двух элементах д ^э-Loa Ц~"Х-I
НЕ-И или HE-ИЛИ (рис. а)
3.8). Он имеет два входа 7 °'
установки и сброса и два до-
полняющих выхода Q и Q.
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 0. 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 HE-ИЛИ, имеется существенный недостаток,
который виден из таблицы истинности (табл. 3.1). Невоз-
Таблнца 3.1. Таблица истинности триггеров,
показанных на рнс. 3.8
Установка Сброс Q Q
0 0 Не изменяется
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 Не определен
можно предсказать выходное состояние, которое останет-
ся после подачи логической 1 на оба входа одновременно.
Следовательно, 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 £S-, D- и //(-типов показаны на
рис. 3.9.
27
Рис. 3.9. Условные обозначения
RS-, D- н //(-триггеров
Изменя-
ющиеся
данные
Синхро-
низация
Состояние входа. D
передается на выхода
по нарастающему
Фронту синхронизации
CLOCK
Данные,
хранимые в
защеяке с мо-
мента поспев-
неео нараста-
ющего фронта
Синхронизации
Рис. ЗЛО. D-триггер как за-
щелка данных
л а
D-триггер имеет два основных входа: D (от Delay —
задержка или Data — данные) и CLOCK (синхрониза-
ция). Входные данные (логический 0 или логическая 1)
подаются в триггер так, что его выходное состояние изме-
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 как однобитной
защелки данных показано на рис. 3.10. Работа схемы на-
глядно поясняется временной диаграммой на рис. 3.11.
1
о
вход В
Выходу
Время
Рис. 3.11. Временная диаграмма работы D-триг-
гера
28
Как видно из диаграммы, состояние входа D передается
на выход Q по нарастающему фронту сигнала синхрони-
заций. Спадающий фронт сигнала синхронизации не ока-
зывает воздействия на выход Q. Отметим, что обычные
Р-триггеры, например 7474, 74174 и 74175, синхронизи-
руются нарастающим фронтом CLOCK., а УК-триггеры —
спадающим фронтом.
3.4. УК-триггеры
УК-триггер имеет два синхронизируемых входа 1 и К,
два прямых входа PR н CLR, вход синхронизации, а два
выхода являются дополняющими, т. е. когда один из них
представляет 1, другой представляет 0, и наоборот. Вхо-
ды PR и CLR активны при низком уровне, т. е. сигнал
логического 0 на входе PR переводит выход Q в состоя-
ние логической 1, а сигнал логического 0 на входе CLR —
в состояние логического 0. Таблица истинности УК-триг-
гера приведена в табл. 3.2.
Действия сигналов (пред) установки PR и очистки
(сброса) CLR приведены в табл. 3.3
Таблица 3.2. Таблица истинности //(-триггера
Вход Выход (Q после перехода синхронизации 1-0) Примечание
J К
0 0 0 Без изменений (0—>0, 1->1)
0 1 0 Выход сбрасывается (в 0)
1 0 1 Выход устанавливается (в 1)
1 1 0 Состояние выхода изменяется (1—>0, 0~>1)
Таблица 3.3. Действия сигналов PR и CLR
PR (предустановка) CLR (очистка) Выход Q
0 0 Не определено
0 1 1
1 0 0
1 1 Разрешается синхронизируемая работа
3.5. Двоичные счетчики/делители
На рис. 3.12 представлен типичный четырехразряд-
ный двоичный счетчнк-делитель на //(-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-
счетчика
Рис. 3.12. Четырехразрядный счетчик на УК-триггерах
Вход
синхронизации
ЛЛЛЛПППППППППППППГ
1
о
Рис. 3.13. Временная диаграмма работы счетчика, показан-
ного на рис. 3.12
30
ное состояние не изменяется. В триггере этого разряда
нужно проверить логическое состояние входов J, К, PR
и CLR. Чтобы триггер осуществлял счет, на всех этих
входах должен быть высокий уровень (логическая 1).
3.6. Регистры сдвига
На рис. 3.14 показан четырехразрядный регистр сдви-
га, построенный на //(-триггерах. Данные сдвигаются из
отдельного разряда в соседний справа разряд по каждо-
му спадающему фронту синхронизации. За четыре пол-
ных такта синхронизация логическая 1 со входа первого
разряда передается на выход Q последнего разряда.
Временная диаграмма работы регистра сдвига представ-
лена на рис. 3.15. При ее построении предполагалось, что
первоначально регистр сброшен, а логическое состояние
на входе не изменяется в течение четырех тактов синхро-
низации.
Поиск неисправностей в регистре сдвига оказывается
не таким простым, как в двоичном счетчике. Обычно про-
веряют, что в каждом разряде имеется синхронизация,
и 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 0 (вход J
первого триггера подсоединяется к земле) и логической
Г (вход J первого триггера через резистор 1 кОм подсое-
диняется к питанию -|-5 В).
Рис. 3.14. Четырехразрядный регистр сдвига на УК-триггерах
31
Синхронизация
:1пппппппппппппппппг
время
Рис. 3.15. Временная диаграмма работы регистра сдви-
га, показанного на рис. 3.14 (предполагается, что на
входе данных действует сигнал логической 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-
сан 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 логического пробника,
обычно берется от проверяемой схемы с помощью пары
32
3
14
CLOCK
* CLP
Синхро-
низация
(4Щ)
ТС1
?40% t
Hl
IkQm
1С2а
74LS73
J Q
CLOCK
К CLP
5
10
R2
1кОм
ГС2Ъ
74LS73
—----- e g o+Jg
♦ Lw|/?*
TCIконтакт^ JL JL 3300м
IC2Контакт 4 Г n
ZC3Контакт^ I
1» X К. 330О*
------------
/ЯЧ rfC3G
7W7j\
Tlz
Г Синхрона-
j_____O *?<*</"*
шины
ц МНГц]
>—£-“”О Синхрона-
ТСЗЪ зацияшаны
7417 (1МГц]
ТС1 Контакт 7
ГС2 Контакт 11
КЗ контакт 7
Разрешение
синхрони-
зации.
3
Оо-
•О О
Рнс. 3.16. Двухфазный делитель частоты синхронизации для микро-
процессора, Логический пульсатор подключается в точке А, а логи-
ческим пробником касаются точки В
Рнс. 3.17. Внутреннее устройст-
во УК-триггера
скрученных проводов, оканчивающихся зажимами типа
«крокодил». Зажимы удобно подключать к выводам
электролитических развязывающих конденсаторов или
к выходным выводам стабилизатора.
Для иллюстрации приемов работы с логическим пуль-
сатором обратимся к схеме двухфазного генератора
синхронизации с делителем, показанной на рис. 3.16. Де-
литель выполнен на ТТЛ-микросхеме, представляющей
собой сдвоенный //(-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 и модуль отсоединен от системной синхрони-
зации, которая считается исправной. Подсоединим пуль-
сатор на вход синхронизации 1С2а и одновременно про-
3—391 33
контролируем выход 1С2Ь 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 IC1.)
Узнавать, какой конкретно //(-триггер не работает,
не имеет смысла, так как придется заменять всю микро-
схему. Убедившись в правильной работе IC2, необходи-
мо проверить шинные драйверы 1СЗа й 1СЗЬ. Для этого
нужно просто перенести логический пробник на соответ-
ствующую линию шины, продолжая подавать импульсы
на вход синхронизации первого //(-триггера.
Глава 4
Таймеры
В цифровых схемах часто требуется источник импуль-
сов с точно определенной длительностью. Обычно необ-
ходимы и одиночный импульс с заданной длительностью,
и непрерывная последовательность импульсов с заданны-
ми частотой и коэффициентом заполнения. Первому тре-
бованию удовлетворяет моностабильная схема (см. гл.
3), а второму — астабильная схема. (Термин «астабиль-
ный» означает, что выход схемы не находится в стабиль-
ном или устойчивом состоянии, а непрерывно изменяет-
ся между низким и высоким уровнями, 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
Рис, 4.1. Типичные параметры импульсного сиг-
нала
Период импульсов t импульсного сигнала — это вре-
мя одного полного цикла импульса:
t = 1/Д
Период указанного выше импульсного сигнала со-
ставляет 1/1000 с, или 1 мс.
Коэффициент заполнения (КЗ), %, импульсного сиг-
нала равен отношению tSKJ1 (высокий уровень) к сумме
/вкл и /выкл (низкий уровень), т. е.
КЗ ------------100 %.
гвкл + ^выкл)
Сигнал, у которого /вкл=1 мс н /ВЫкл = 1 мс, имеет
коэффициент заполнения 50 %, т. е. собственно импульс
действует в течение половины периода.
Коэффициент формы (КФ) импульсного сигнала ра-
вен ОТНОШеНИЮ /вкл (ВЫСОКИЙ уровень) К /ВЫкл (низкий
уровень).
Ширина импульса прямоугольной формы равна вре-
менному интервалу, измеренному на уровне 50 % ампли-
туды, в течение которого сигнал имеет высокий уровень
(включен).
Время нарастания (фронта) /ф импульса равно вре-
менному интервалу между точками 10 и 90 °/о его ампли-
туды. Время нарастания «идеального» импульса равно
нулю.
Время спада (среза) tc импульса равно временному
интервалу между точками 90 и ГО % его амплитуды.
Время спада «идеального» импульса равно нулю.
На рис. 4.1 представлен типичный 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 КЗ-
триггера. Кроме того, предусмотрен инвертирующий вы-
ходной буфер, обеспечивающий достаточно высокую
нагрузочную способность. Для быстрого разряда внеш-
него времязадающего конденсатора имеется транзистор-
ный ключ TR1.
На рис. 4.3 показано включение стандартного тайме-
ра 555 в качестве астабильного генератора импульсов.
0(1)
(Числа в скобках показывают номера контактов)
Рис. 4.2. Упрощенное внутреннее устройство тайме-
ра 555
36
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 вхо-
де верхнего компаратора изменится, /?Отриггер сбросит-
ся (0) и на выходе Q появится напряжение высокого
уровня, которое включает транзистор TR1. 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 TR1.
Через некоторое время напряжение на входе Запуск
.(контакт 2) уменьшится до одной трети напряжения ис-
точника питания и нижний компаратор изменит свое со-
стояние, возвратив триггер в исходное состояние (1). На
выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзи-
стор TR1 выключится, и на Выходе (контакт 3) появится
напряжение высокого уровня. Таким образом, весь цикл
работы таймера повторяется непрерывно.
77777
Рнс. 4.3. Дестабильная 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;
*вкл = 0,693 (Rl + R2) С;
/выкл = 0,693^2 X С;
t = *вкл + /выкл 5= 0,693 (Rl + 2R2) С;
f = Ь44 .
' (Rl + 2R2)C ’
кз = —х юо%;
^вкл + ^выкл (Ш + 2^2)
КФ___ ^ВКЛ __ ~~Ь
^ВЫКЛ
Для получения симметричного прямоугольного сигна-
ла следует выбрать резистор R2 намного больше R1.
На рис. 4.4 показан стандартный таймер 555, работа-
ющий в моностабнльном режиме. Для получения выход-
ного импульса на вход Запуск подается спадающий
Рис. 4.4. Моностабильная конфигурация тайме-
ра 555
38
фронт, т. е. осуществляется переход от 1 к 0. Когда дей-
ствует 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 TR1 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 уровня, транзистор
TR1 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 уровня,
рекомендуемая ширина запускающего импульса
ап < ^вкл/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 ТТЛ-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 КМОП-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
Запуск [?"
Выход [F
СёрОС Е
~П Разр
3 Порог
3 УпряйлецМ
Рис, 4.5. Разводка контактов
одиночного таймера 555
Разряд [Т
75] разряд
75] Порог
771 Управ-
1ZJ пение
7Ц С&рес
2 Выход
Таймер*
А
Порог ш
Угтрад- гт
ленив 1=-
Cfpoc [£
Выход Ц
556
> Таймер
В
Запуск
О
7J Запуск
Рис. 4.6. Разводка контактов сдвоенного тайме-
ра 555
сто сдвоенный вариант стандартной микросхемы 555, вы-
пускаемый в 14-контактном корпусе (рис. 4.6). Оба тай-
мера можно использовать независимо друг от друга; они
обладают такими же электрическими характеристиками,
как и стандартный таймер 555.
Маломощный сдвоенный таймер (например,
ICM7556IPA). Микросхема представляет собой сдвоен-
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 КМОП-таймеру 555.
4.3. Поиск неисправностей в схемах с таймерами
Определить неисправности в схемах с таймерами до-
вольно 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 воспользоваться приведенными выше соотноше-
ниями либо номограммами, приведенными на рис. 4.7
и 4.8.
40
10МКФу - 0,7 Гц- 1Гц - 1М0Н‘ г -
— -
1%КФ - КГц 100Гц - ЮОкОм I i j i I i । I
0£2МКФ 4ООГц -
О;1МКф - 1кГц I Юк Ом-
ЮкГц
ЮОкГц- ТкОм-
Юс‘ 1Мом “
1с р
1цкф — 100мс ЮОкОм
47к0м/
- 10нс 5МС, |—г ш. ч.
О,1мкф‘ Z 1мс * т » Т
- 100МКС г
-
-
0901НКфк WMKC V 1кой,.
Рис. 4.7. Номограмма для опре-
деления частоты импульсов
таймера 555 в астабильном ре-
жиме. При С=0,22мкФ и /?=
10 кОм частота со-
ставляет около 400 кГц
Рис. 4.8. Номограмма для
определения ширины им-
пульса таймера 555 в моно-
стабильном режиме. При
С=0,1 мкФ и /?=47 кОм
ширина импульса составляет
около 5 мс
Выходное состояние таймера (сигнал на контакте 3,
см. рис. 4.6) определяется с помощью логического проб-
ника (схема самодельного пробника дана в приложении
2) или осциллографа, если, конечно, он есть. В астабиль-
ном режиме логический пробник при касании его зондом
Запуск
— + vcc
Здесь коснуть-
ся логическим
пробником
выход
О
Короткий запускающий импульс
Рис. 4.9. Моделирование запуска спадающим
фронтом
контакта 3 стандартного таймера должен показать на-
личие непрерывной импульсной последовательности (ин-
дикация светодиодами логических 0 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 на землю, как показано на рис. 4.9.
Подчеркнем, что при сопряжении сигнала запуска по
постоянному току спадающий фронт импульса должен
иметь достаточную амплитуду, 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
достоянные напряжения на входах Порог и Разряд (см.
Ьис. 4.6). Для измерения следует пользоваться только
вольтметром с очень высоким входным сопротивлением.
Обычные мультиметры со входным сопротивлением око-
ло 20 кОм/B для таких измерений не подходят, так как
сильно изменяют постоянные времени заряда и разряда.
Глава 5
Микропроцессоры
В этой главе рассмотрим основные характеристики
яетырех наиболее распространенных 8-битных микропро-
цессоров и некоторые приемы поиска неисправностей
р микропроцессорных системах. Глава начинается с об-
щего введения в микропроцессоры и микропроцессорные
Системы, рассчитанного на читателей, которые с ними
фце не знакомы.
Микропроцессоры — это СБИС, которые могут вос-
принимать, дешифровать и выполнять команды, пред-
ставленные в двоично-кодированной форме. Микропро-
цессор 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
.и данных) и входными/выходными портами. Для таких
'Микропроцессоров требуется минимальный объем внеш-
них вспомогательных схем, и они идеально подходят для
дешевых систем управления. Обычно упомянутые микро-
процессоры называются однокристальными микро-
компьютерами.
L Микропроцессоры в зависимости от размера двоич-
ных чисел, которыми они оперируют, можно разделить
-на два класса. Большинство современных микропроцес-
соров выполняют операции над группами из 8 или 16
'двоичных 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 на 16-битные
микропроцессоры.
8-битный микропроцессор вводит и выводит данные
группами по 8 бит, называемых байтами. Данные пере-
даются по восьми отдельным линиям DO—D7y образую-
щим шину данных. Микропроцессоры определяют ис-
точник данных (откуда их нужно считать) и их получа-
тель (куда данные нужно записать) у 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 линий.
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 NMOn-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 intel к производству микропроцес-
соров подключились и другие фирмы, например Motorola
(микропроцессор 6800) и MOS Technology (микропро*
цессор 6502). В последующие годы было затрачено мно-
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-
цессора и ряда вспомогательных микросхем) 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 сложные средства обработки данных,
а также хранение их с возможностью использования в по-
следующем и даже передаст информацию в удаленный
компьютер. Сэкономленное при проектировании аппарат-
ных средств время целесообразно посвятить программно-
му обеспечению проекта, а последующие улучшения све-
сти к замене программного ПЗУ.
5.1. Внутренняя архитектура
Главными внутренними элементами микропроцессора
являются:
регистры для временного хранения 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 сигналы 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
архитектуры и системы команд, что, безусловно, делает
новые 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 PC 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 принципу «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,
Illuii а
Рис. 5.1. Упрощенная внутренняя архитектура типичного 8-битного
микропроцессора
т. е. содержит адрес последней использованной 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-битного 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
RIW действует сигнал низкого уровня, когда микропро-
цессор выполняет операцию записи, и сигнал высокого
уровня в операции считывания. В некоторых микропро-
цессорах, 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 0), запрос воспринимается и микропро-
цессор прерывает обычную обработку и переходит к вы-
полнению нужной процедуры прерывания.
Немаскируемое прерывание. Реакция на обычйый за-
прос прерывания (IRQ или INT) 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 NMI. 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 сигнале сброса про-
граммный счетчик PC 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
470&Н
Ч700М
Рис. 5.2. Типичная схема синхронизации
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 сигналов 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 временным 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 микропроцессор Z80 рабо-
тает с частотой синхронизации 4 МГц. Тогда такт син-
хронизации (Г-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 160000 до 800000
команд в секунду!
5.3. Микропроцессорные системы
Даже самый совершенный микропроцессор практиче-
ски бесполезен без «поддержки» других устройств, кото-
рые подразделяются на три трупы.
Запоминающее устройство с произвольной выборкой.
Выше мы говорили о том, что всем микропроцессорам
требуется доступ к памяти со считыванием и записью»
4—391 49
Шина адреса
UJ1
ПЗУ
ЗУПВ
Вбод-
бы бод
И*
АарШШе-
\ явный
к ббод-бь/бад
Последоба-
тельный
ббод-быбод
-"Прерывание
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
отключение микросхемы
от шины,когда последняя
не требуется.
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-
рых соответствует кон-
кретной вспомогательной
микросхеме. Следователь-
Десятичный 16-рцчныи адрес адрес
85535 57344 8КПЗУ1 FFFF 5000
57343 33152 8К П332 BFFF 0000
3-3151 30360 Расширение 8FFF АООО
4ОЭ5Э 32768 &6од-6ыдод 3FFF 8000 >63i
32767 23576 Расширение 7FFF 6000
23575 24К ЗУПВ 5FFF
О ОООО
Рис. 5.4. Типичная карта памяти
системы управления с 8-битным
микропроцессором
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 (21в)
ячеек памяти, поэтому диапазон адресов памяти состав-
ляет от 0 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 просты и их мож-
но обнаружить несложным 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
соответствующих разъемов. Генератор синхронизации
легко найти по кварцу, а дешифраторы адреса выполня-
ются на ТТЛ-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-
щие вопросы.
1. В каком состоянии находится система — имеется
ли какая-либо индикация или система выглядит полно-
стью неработающей? В последнем случае прежде всего
необходимо проверить напряжение питания +5 В. Если
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 при
нажатии кнопки сброса). При «зависшем» входе сброса
проверьте соответствующую схему формирования сигна-
ла сброса;
в) отсутствует постоянный сигнал низкого уровня на
входе немаскируемого прерывания. Если такой сигнал
все же имеет место, попробуйте поочередно отключать
внешние устройства до тех пор, пока сигнал немаскируе-
мого прерывания не станет пассивным. Проверьте так-
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 постоянно находится в высокоимпедансном состоя-
нии, выключите питание и попробуйте поочередно отсое-
динять вспомогательные микросхемы. В случае сохране-
53
мважащшма
гадЕгатенвнтевжтеншш
t: 2* J2 a: in л 5-к>ь!«» ta ®о м к & t> 1K1S.1K iSi»
Й§ «3 MCj (гЧР'АЧЧАНЧчЧх
®1111ЖвИШЗДв
ШЕШ0ННННЖга®0®ЖтаТО
BE@BEJSBl®BSlSI313JaHElB®BH
ПННШВЕВВН11Е@Ш1®®ВЕЭ®
«Ь |tj |C3 x S x S ** СЧ s*a <b <n Q> N. QQ ОЭ
00 + x x XX x x X X X x <
[5o . л. L4 ca 9^ <?• ьч см
ЫЫЫШЫЫЫЫ1211§11511^^!«11а IS IS
Рис. 5.5. Разводка контак- Рис. 5.6. Разводка коитак- Рис. 5.7. Разводка контак- Рис. 5.8. Разводка контак-
тов микропроцессора 6502 тов микропроцессора 6800 тов микропроцессора 6809 тов микропроцессора Z80
54
ния неисправности ее причиной может быть отказ
в одном из внутренних буферов микропроцессора, 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, чтобьрон мог
55
зафиксировать данные, имеющиеся в системе до и после
определенной точки при выполнении программы. Для
этого приходится сравнивать входную информацию с оп-
ределенным пользователем запускающим словом. Когда
в системе возникает запускающее слово (например, мик-
ропроцессор 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-
зовании 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 логических ана-
лизаторов обеспечивают два режима индикации — во
временной области и в информационной области. В пер-
вом случае индицируется временная диаграмма в виде
сигналов, показывающих состояния каждой входной ли-
нии в выбранном временном интервале (диаграмма
напоминает изображение на экране многоканального
запоминающего осциллографа). Обычно допускается
движение «окна» по памяти для регистрации (или пере-
мещение курсора по неподвижному изображению), что
позволяет получить более подробную информацию,
включая двоичное и 16-ричное преобразования сигналов
в конкретный момент времени. Индикация в информа-
ционной области производится в двоичном или 16-рич-
нсм форматах, а иногда позволяет дисассемблировать
данные для различных микропроцессоров.
Глава 6
Полупроводниковая память
В гл. 5 мы говорили о необходимости схем, предназ-
наченных для хранения последовательностей команд
и изменяющейся информации (данных), используемой
в процессе обработки. Выпускается несколько разновид-
ностей микросхем полупроводниковой памяти. Некото-
рые из них обеспечивают постоянное хранение программ
5fi
и данных, поэтому их называют энергонезависимыми.
В энергозависимой памяти при выключении питания се
содержимое теряется.
Несмотря на то что в некоторых специализированных
микропроцессорах (рассчитанных, например, на простые
и дешевые системы управления) предусматривается не-
большая внутренняя память для программ и данных, для
большинства микропроцессоров обычно требуется внеш-
няя память. Напомним, что такая память подразделяет-
ся на ЗУПВ и ПЗУ.
Память, в которую можно записывать и из которой
можно считывать, — это ЗУПВ. Иными словами, мы са-
ми изменяем ее содержимое. Из ПЗУ же можно только
считывать информацию; попытка записать в такую па-
мять не изменяет ее содержимого. Примерами ПЗУ
и ЗУПВ служат компакт-диски и компакт-кассеты, ис-
пользуемые для записи музыки и речи. После записи со-
держимое компакт-диска изменить нельзя, а содержимое
кассеты можно стереть и записать на нее снова.
В микропроцессорных системах для хранения данных
применяется малогабаритная и быстродействующая по-
лупроводниковая память. Выпускается несколько типов
микросхем ПЗУ для различных целей. В термине ЗУПВ
слова «произвольная выборка» просто означают, ч^о
в такой памяти одинаково легко осуществляется обраще-
ние к любым хранимым в ней данным. В отличие ог
ЗУПВ имеется память с последовательным доступом,
например на магнитной ленте.
6.1. Постоянные запоминающие устройства
Энергонезависимая память в микропроцессорных си-
стемах необходима для хранения управляющих про-
грамм, операционных систем и интерпретаторов языков
программирования высокого уровня. Именно на такие
применения и рассчитаны ПЗУ. Если требуется сменить
управляющую программу или перейти к другой версии
операционной системы, микросхему (ы) ПЗУ следует за-
менить.
В ПЗУ 8-битного микрокомпьютера примерно 4К
байт отводятся для операционной системы, которая
обеспечивает ввод с клавиатуры, управляет выводом на
дисплей, кассетным накопителем и т. п. Интерпретатор
БЕЙСИК^ обычно занимает 12К байт. Реализовать
57
ПЗУ емкостью 16К можно на одной микросхеме 16К,
двух микросхемах 8К или четырех микросхемах 4К.
Программируемые маской 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 плавкими 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 (программатор) 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 содержимое 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
Таблица 6.1. Характеристики микросхем СППЗУ
Тип микросхемы Емкость, бит Организация Тип корпуса
2716 16 384 2КХ8 DIP
2732 32 768 4КХ8 DIP
2764 65 536 8Кх8 DIP
27128 131 072 16КХ8 DIP
27256 262 144 32КХ8 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
репрограммирования микросхем. Типичное время обра-
щения к любому байту в ЗУПВ составляет около 150 нс.
Следовательно, все содержимое микросхемы ЗУПВ 8К
можно изменить за 150X8192 нс (плюс некоторое допол-
нительное время на действия процессора). Общее время
Ьбращения 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 не
59
$1
(J)^ §h x 55 ilh * * *
WlSlIsfsignal ill
X
Л u>
J £
*»
ТГЕГВ И'НЫ ЫЫЫЙЫЫЫЫ
лг--*«: Ч’ч’Ч'Ч^'ччч:^ с> ъ Q
р?к) ^1” х х 1с> Ч 1<и(са § о й Й
Жта lalFllgIlRllalI51FlFlF]Flls]FI
ч
) Й
см
1ЕГНЕ Ш Ы ЫЫВ Ы Ы1Ы |£1 ЬЗ
Рис. 6.1. Разводка контактов распространенных микросхем СППЗУ
£1? $ IS IS fe 3 S3 g 8
Jsl f^I fg| 1^1 Щ 1^1 lai |g] !al Fl Isl fEl lai lil
\ JO
ЫЫышЫЫЫыЫ1ш1=Ш1*1Ш
N 4> ir> Cj.<b e> o »- CM
X <? ’Ч ч Jlx 4 x c> c> о
Sj CO 5^Ku Siu? b* <Ь
51са X’S Cj tj C> Сэ О
60
требуется вынимать из гнезд. Но все же вре^я их репро-
граммирования в несколько тысяч раз больше, чем
у микросхем ЗУПВ эквивалентной емкости.
6.2. Запоминающие устройства с произвольной выборкой
Такие устройства необходимы в любой микропроцес-
сорной системе. Часть их памяти используется операци-
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 соответствует конкретной точке на экране (пиксе-
лу). Типичное распределение ЗУПВ в 8-битном микро-
компьютере приведено в табл. 6.2.
Таблица 6.2. Карта ЗУПВ 8-битного микрокомпьютера
Функция Емкость памяти, байт Примечания
Системные переменные Стеки Экранная память Программа и данные пользователя 512 0—256 16 000 <31 500 Для каждой системной пере- менной используется фикси- рованный 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 статической па-
мяти
Рис. 6.3. Элемент статической
NMOH-памяти
Рис. 6.4. Элемент дина-
мической NMOfI-памяти
Статическая NМОП-память. Основным запоминаю-
щим элементом статической NMOFI-памяти также явля-
ется триггер (рис. 6.3). Такая память потребляет значи-
тельно меньшую мощность, чем биполярные ЗУПВ, что
позволяет достичь намного большей плотности упаковки.
Статическая КМОП-память, Запоминающий элемент
статической КМОП-памяти аналогичен элементу стати-
ческой КМОП-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 N МОП-память. Принцип действия ди-
намической NMOn-памяти основан на хранении заряда
на конденсаторе, а не на применении триггера. Упро-
щенная схема элемента динамической ИМОП-памяти
показана на рис. 6.4. Заряд, имеющийся на конденсато-
ре С, неизбежно «растекается», поэтому динамическую
память необходимо периодически регенерировать. Про-
62
Рис. 6.5. Разводка контактов распространенных микросхем ЗУПВ
63
Таблица 6.3. Характеристики микросхем ЗУПВ
Тип микро- схемы Технология Емкость, бит Органи- зация Тип корпуса
2114 NMOH, статиче- ская 4096 1КХ4 DIP, 18 контактов
4116 NMOFI, динамиче- ская 16 384 16КХ1 DIP, 16.контактов
4164 NMOH, динамиче- ская 65 536 64КХ1 DIP, 16 контактов
4256 КМОП, динамиче- ская 262 144 256КХ1 DIP, 16 контактов
4464 КМОП, статиче- ская 65 536 64КХ1 DIP, 28 контактов
4864 ММОП, динамиче- ская 65536 64КХ1 DIP, 16 контактов
6116 КМОП, статиче- ская 16 384 2КХ8 DIP, 24 контакта
6264 КМОП, динамиче- ская 65 536 8КХ8 DIP, 28 контактов
41^56 NMOH, статиче- ская 262 144 256КХ1 DIP, 16 контактов
цесс регенерации заключается в периодическом считыва-
нии хранимых данных с их последующей 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 16КХ1), которые
перекрывают весь адресный диапазон 64К. Одно из воз-
можных назначений адресов блокам представлено в табл.
64
Таблица 6.4. Адреса блоков памяти
Название блока Емкость. К ба йт Адресный диапазон
шестнадцатеричный десятичный
ПЗУ 16 0000—3FFF 0—16 383
ЗУПВ, банк 1 16 4000—7FFF 16 384—32 767
ЗУПВ, банк 2 16 8000—BFFF 32 768— 49 151
ЗУПВ, банк 3 16 С000—FFFF 49 152—65 535
6.4, а соответствующая карта памяти показана на
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—А13 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-
Шестнадците- Десятичный
ричный адрес адрес
FFFF 4
ЗУПВ,
данк 3(16/0
сооо
BFFF
8000
: 7FFF
¥9152
¥9151
ЗУПВ,
ианк2(16К)
32768
32767
ЗУПВ,
банк 1 (16 К)
¥000
JFFF
1638¥
16383
ПЗУ
(16К)
0000
О
Рис. 6.6. Типичная карта полностью
занятой памяти 64К
5—391
65
ключается линия считывания/записи или специальная ли-
ния считывания/записи памяти.
Линии адреса всех микросхем ЗУПВ и ПЗУ подклю-
чаются к соответствующим линиям шины адреса. Следо-
вательно, если не принять специальных мер, все четыре
блока памяти будут выполнять операции считывания
и записи одновременно. Конечно же, для этого применя-
ется дешифрирование сигналов на двух старших линиях
А15 и А14, чтобы активизировать соответствующие ли-
нии CS. Подходящий способ дешифрирования* приведен
в табл. 6.5.
Таблица 6.5. Дешифрирование
сигналов на линиях
А15 и А14
.’’ВНИИ Выбираемые
адреса микросхемы
Л15 /.14
0 0 ПЗУ
0 1 ЗУПВ, банк 1
1 0 ЗУПВ, банк 2
1 1 ЗУПВ, банк 3
Таблица 6.6. Типичные
дешифраторы
Tim
микро-
схемы
74LS138
74LS139
74LS154
74LS238
Выполняемая функция
Одинарный дешифратор
3:8
Сдвоенный дешифратор
2:4
Одинарный дешифратор
4: 16
Одинарный дешифратор
3:8
Дешифрирование сигналов на двух старших линиях
адреса осуществляется простой схемой, показанной на
рис. 6.7. Ее можно реализовать на обычных логических
элементах или встроить в программируемую логическую
матрицу (ПЛМ).
Для дешифрирования адреса можно использовать
также специально предназначенные для этого микросхе-
мы. Их называют дешифраторами или демультиплексо-
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 для ПЗУ и ЗУПВ из предыдущего при-
мера. Отметим, что дешифратор 74LS139 имеет вход раз-
решения £/V. Его можно использовать для запрещения
дешифратора, чтобы сразу запретить обращение ко всей
памяти. Такая возможность очень удобна в тех ситуаци-
66
Рис. 6.7. Схема дешифратора адреса
2
15
уг
so
3
5
CS ЗУПВ
дЬ.нк 3
7*?LS139
W Y1
ДГ5*
Логический О !§
фм разрешения -з*—
памяти
15
CS ЗУПВ,
5анн2
CS ЗУПВ,
5анк 1
¥0 CS ЗУПВ.
—J &анк О
8
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 ЗУПВ
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 8К
(каждый блок соответствует отдельной микросхеме).
Дешифрирование адреса осуществляется микросхемой
IC9.
Еще один вариант построения памяти 64К представ-
5*
67
О)
со
Шина,
данных
Шина
В6
05
04
\D2
D7
ро
А72~^
IC6
6284
(0000-
DFFI)
IC7
6264
(CQOO-
DFFF)
У О УГ У2 YJY4 У5 УбУ7
IC3
74LS13B
АВС
Рис. 6.9. Практическая схема
ЗУПВ 64К на микросхемах 6264
DC
A70“*—
АЭ
Ад —
$6
А5
А4
АЗ
А2
А7
R/W
RAM
О
Г А73—
J
IC1
6284
(0000-
IC2
6264
(2000-
JFFF)
IC3
6264
(4000-
5FFF)
ICS
6284
ICS
8264
(£000-
Рис. 6.10. Практическая схема ЗУПВ 64К на микросхемах 4864
лен на рис. 6.10. Микросхемы 4864 имеют организацию
64КХ1, поэтому из-за отсутствия «конфликтов» между
блоками 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. Поиск неисправностей в полупроводниковой памяти
В операционные системы большинства 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 выдается соответствующее сообщение об ошибке.
Для диагностики ЗУПВ применяется совершенно дру-
гой метод, связанный с поочередной записью и считыва-
нием каждого байта. При этом контролируется правиль-
ность выполнения требуемого изменения. Если какой-то
бит не изменяется, диагностическая процедура времен-
но останавливается и выдается идентифицирующее сооб-
щение об ошибке. Обычно показывается адрес неисправ-
ного байта, что позволяет выявить конкретную микро-
схему или банк микросхем.
Более совершенные способы диагностики ЗУПВ вклю-
чают в себя запись и считывание определенных двоичных
наборов по более сложному алгоритму. Диагностику
ЗУПВ можно также выполнить на неразрушающейся
основе, и считанный из ЗУПВ байт заменяется сразу же
после его проверки. При этом появляется возможность
осуществить диагностический контроль через некоторое
время после инициализации системы.
При наличии диагностических процедур поиск неис-
правностей в полупроводниковой памяти значительно
упрощается. Однако иногда отказ микросхем ПЗУ или
ЗУПВ препятствует нормальной инициализации системы,
и в такой ситуации следует выполнить действия, описан-
ные в гл. 5.
Обычно отказ отдельных элементов памяти можно
обнаружить с помощью диагностических процедур, а за-
тем требуется отыскать отказавшую микросхему. Иног-
да выход данных микросхемы зависает в том или ином
70
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 придерживаться 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
нагретая микросхема становится подозрительной. (Тем-
пературу можно сравнить, касаясь аналогичной микро-
схемы на этой же или другой печатной плате.)
2. Когда микросхемы ПЗУ или ЗУПВ находятся
в гнездах, поочередно вынимайте и заменяйте каждую из
них (не забывая, конечно, выключать питание). Поль-
зуйтесь заведомо работоспособными микросхемами. Если
микросхемы ПЗУ или ЗУПВ впаяны в печатную плату,
для поиска отказавшей микросхемы удобно использовать
индикатор тока. С его помощью нужно проверить токи
в критических точках печатной платы (например, по ли-
нии питания каждой микросхемы). Микросхема, потреб-
ляющая значительно больший (или значительно мень-
ший) ток, чем другие, становится подозрительной.
Наконец, в качестве общего правила укажем, 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 вывода.
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
в этой, точке
ТТЛ-совместимы
Рис. 7.1. Средства ввода-вывода в простом домашнем ком-
пьютере
Все сигналы
в этой точке
ТТЛ- с с в^естимь /
Рис. 7.2. Средства ввода-вывода в промышленной системе
управления
72
вую очередь, спецификой ее применения. Например,
в простом домашнем компьютере, как минимум, необхо-
димы ввод с клавиатуры и вывод на обычный телевизор.
Кроме того, желательны канал связи с бытовым магни-
тофоном и дополнительный выход на принтер (рис. 7.1).
Однако, в микропроцессорной системе управления не-
которым промышленным процессом не требуются кла-
виатура и дисплей, так как почти наверняка ее дистан-
ционно программирует и контролирует главный микро-
компьютер (с использованием последовательной линии
RS-232C). Контроллер должен иметь до 24 отдельных
линий ввода и вывода для управления реле, двигателями
и лампами (рис. 7.2).
7.2. Способы организации ввода-вывода
Существуют два основных способа организации вво-
-да-вывода. С одной стороны, устройства (микросхемы)
ввода-вывода считаются адресами памяти, а с другой—
{каждому устройству (микросхеме) назначается адрес
Конкретного 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
операции памяти. Часть пространства памяти резервиру-
ется для ввода-вывода: ее, конечно, нельзя одновремен-
но назначать ЗУПВ или ПЗУ. При организации ввода-
вывода через порты выделяется набор адресов портов,
которые совершенно не зависят от обычного пространст-
ва памяти. Адреса портов отделяются от адресов памяти
С помощью сигналов, действующих на шине управления.
Например, в микропроцессоре Z80 для этого использу-
ется сигналы: MREQ— линия запроса памяти, на кото-
рой формируется сигнал низкого уровня, когда ЦП вы-
полняет операцию считывания или записи с памятью;
IORQ— линия запроса ввода-вывода, на которой фор-
мируется сигнал низкого уровня, когда ЦП выполняет
операцию ввода-вывода.
Для ввода и вывода в микропроцессоре Z80 сущест-
jjyiOT специальные команды, например:
OUT(FFH), А —записывает содержимое аккумулято-
73
ра (8-битное значение) в порт с 16-ричным адресом FF;
IN (A) FFH — считывает содержимое порта с 16-рич-
ным адресом FF и помещает результат в аккумулятор.
7.3. Параллельный 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 данные 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. Однако такая
простая схема оказывается недостаточно гибкой, и луч-
ше воспользоваться программируемой микросхемой па-
раллельного ввода-вывода.
Поскольку данные обычно представлены на шине мик-
ропроцессора в параллельной форме (байтами), их по-
следовательный ввод-вывод оказывается несколько слож-
Рис. 7.3, Схема простого параллельного ввода и вывода
74
Вход последова-
тельных данных
(от Внешнего
устройства)
Выход
параллельных дан-
ных^ шине данных)
загрузкой/сддигон низац ил
Вход
параллельных дан-
ных^ шины данных)
Регистр
сдвига PJSO
Выход последова-
тельных данных
устройство)
3 I синхро-
Управление низания
загрузкой/сдбцеом
Г)
Рис. 7.4. Схемы последовательного ввода и вы-
вода:
а ~ последовательный ввод с регистром сдвига
S1PO; 6 — последовательный 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-
ром сдвига с параллельным входом и последовательным
выходом (PISO). Схемы обоих вариантов ввода и выво-
да показаны на рис. 7.4. Их можно реализовать на обыч-
73
ных логических элементах, но более эффективное реше-
ние заключается в применении специализированных про-
граммируемых микросхем.
7.4. Методы управления вводом-выводом
Существуют три основных метода управления опера-
циями ввода-вывода. Наиболее простой и очевидный ме-
тод заключается в том, чтобы разрешить ЦП управлять
всеми операциями ввода-вывода. Этот метод, называе-
мый программным вводом-выводом (или" вводом-выводом
с опросом), обеспечивает ЦП полное управление ситуа-
цией, но оказывается наименее гибким и довольно мед-
ленным. По существу, ЦП периодически опрашивает
каждое периферийное устройство (через соответствую-
щую схему ввода-вывода), не требует ли оно обслужива-
ния. Если запрос имеется, ЦП выполняет необходимую
процедуру обслуживания. Когда воспринят запрос на об-
служивание, все запросы от других периферийных уст-
ройств игнорируются; эти устройства должны ожидать
до тех пор, пока ЦП не освободится для обработки их;
запроса на обслуживание.
Более удобный, но и более сложный метод заключа-
ется в том, чтобы разрешить периферийным устройствам
прерывать обычную работу ЦП. При наличии сигнала
прерывания и с учетом состояния своего флажка пре-
рывания ЦП должен приостановить текущую программу
(сохранив в стеке все важные параметры и адрес воз-
врата), а затем 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 тормозную систему автомобиля. ЦП должен
отреагировать на отказ тормозов и выдать об этом пре-
дупреждение независимо от других одновременно проис-
ходящих событий.
Согласно третьему, самому сложному методу управ"
леиия вводом-выводом внешним устройствам обеспечи-
вается полный доступ к пространству памяти системы
без всякого участия ЦП в передачах данных. Такой ме-
тод называется прямым доступом к памяти (ПДП) и ока-
зывается очень эффективным. Данные можно передавать
с исключительно высокой скоростью (так как вмешателы
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. Микросхемы параллельного 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 архитекту-
ра и принципы действия удивительно похожи и различа-
ются только в некоторых деталях. Наиболее известны
следующие 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 параллельный интерфейс
(PPI);
Z80-PIO — программируемый ввод-вывод (РЮ).
Как следует 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 как 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
микросхемах также различны, но и здесь наблюдается
определенное единообразие. Большинство указанных вы-
ше микросхем обладают следующими линиями (рис. 7.6):
РАО—РА7 — линии ввода-вывода порта А. Первая
77
линия соответствует младшему биту, а вторая — стар-
шему;
СА1—СА2— линии квитирования для порта А; СА1—
это вход прерывания, а СА2 можно использовать и как
Системная шина данных
периферийного
устройства
Линии данных
периферийного
устройства
Память
Прерывание
Системная или на данных
Линии данных Линии данных
периферийного периферийного
б) устройства устройства
Рис. 7.5. Основные методы управления вводом-выводом:
а — программируемый (с опросом); б — по прерыванию; в — прямой
78
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 линиям СА1—СА2.
Электрические характеристики портов ввода-вывода
разнообразны, но все сигналы обязательно ТТЛ-совмес-
тимы. Выходные линии портов (обычно группы В) не-
скольких программируемых микросхем параллельного
ввода-вывода допускают непосредственное подключение
к 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 микросхехМ параллельного 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-
Линии данных Линии данных
периферийного периферийного
устройства устройства
доступ к памяти
79
Управление
CAT
Сторона
ЦП 4
Данные
Направле-
ние данных
А
регистр
данных
А
CA2
PA0-PA7
Упрабление
В
нанраВле-
ние данных
В
Регистр
данных
В
PBQ-PB7
свт
х Сторона
* перифе-
рийного
устройства
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 пакетами; каждый пакет
содержит необходимую 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 список наиболее типичных сигналов:
80
Рис. 7.7. Разводка контактов распространенных программируемых микросхем параллельного ввода-вывода
6-391
81
.рз Е • 4-z 3 33]27Э
275 [з S 774
277 Е 33
zVr [J g| сё
Vss [Т • т*» ♦ * X г 1 28\Я1 ZZ ZZ Е
Щлёр 27jZ 2^27(7 — 5z z~,. Е 0^
RXCLK [у vcc v _. Vcc IS эд
TXCLK [Г выв^ GRD
&>г Л5Е 3g|
тлл [£ 6850 8251 2“ —_ RXDA fif 280-STO jffii я xSli gg яхсд
IR0\7 277 [Т 2Л RESET r ZZ zz „ ?xcz Qi
cso [а 77)275 гХс 2^ CLK «= TXjDAy5_ jg txdв
CS2 [Г Si TXJ) DTRAfU
Г5Г [т£ —* СХ П7 ^п7 с/в®. Js\TXEMPTY r== fg RTSS Slew
л-3[й RD ГУ 771 й/W пт RXRDY^- 2gj 'Всяк
V<ta El
Рис. 7.8. Разводка контактов распространенных программируемых
микросхем последовательного ввода-вывода
D0—D7 — входные-выходные линии данных, подклю-
чаемые непосредственно к шине микропроцессора;
RXD— принимаемые данные (входные последова-
тельные данные);
TXD — передаваемые данные (выходные последова-
тельные данные);
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 ТТЛ-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 данных
на значительное расстояние требуются дополнительные
буферы и преобразователи уровней, включаемые между
микросхемами последовательного ввода-вывода и линией
связи.
82
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 усло-
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
6*
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 GPIB
(IEEE-488).
8.1. Интерфейс RS-232C
Несомненно, интерфейс RS-232C/CCITT 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-
84
Рис. 8.1, Типичная последовательная линия связи между микроком-
пьютерами:
/ — закрепленный 25-контактный 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 (штырьки); 5 — закрепленный 25-
контактный разъем типа D (отверстия); 6 — телефонная линия; / — закреп-
ленный 25-контактный разъем типа D (отверстия); 8— съемный 25-контакт-
ный разъем типа D (штырьки); 10— съемный 25-контактный разъем типа D
(отверстия); 11— закрепленный 25-контактный разъем типа D (штырькн)
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 како-
му оборудованию его отне-
сти? Еще вопрос: как свя-
зать два микрокомпьютера,
когда они оба действуют как
терминальное оборудование?
Для ответа на эти вопросы
следует рассмотреть физи-
ческое соединение устройств.
Произведя незначительные
изменения в линиях интер-
фейса RS-232C, можно за-
ставить связное оборудова-
ние функционировать как
терминальное. Чтобы разо-
браться в том, как это сде-
лать, нужно проанализиро-
вать функции сигналов ин-
терфейса RS-232C.
Сигналы интерфейса
RS-232C. По-видимому, чи-
5TXD**—
ГС —►
srxz —*•
RC
UCR—^
SRTS
ZTR
sa —
RZ
2RS
ТС
Неназна*
чен
—- RG
—> тхп
RX2
~-^RTS
CTS
USR
---SG
27CZ7
—₽ Заргзерди-
> РОЁян
___не назначен
snen
scts
Стрелками показаны направлений
сигналов для ВТЕ
Рис. 8.2. Назначение линий
25-контактного разъема типа D
для интерфейса RS-232C
85
Таблица 8.1. Функции сигнальных линий интерфейса RS-232C
Номер контакта Сокращение Направление Полное название
1 FG «НВ Основная иля защитная земля
2 TD (TXD) КОСЕ Передаваемые данные
3 RD (RXD) К DTE Принимаемые данные
4 RTS KDCE Запрос передачи
5 CTS К DTE Сброс передачи
6 DSR К DTE Готовность модема
7 SC —- Сигнальная земля
8 DCD К DTE Обнаружение несущей данных
9 » К DTE (Положительное контрольное напряжение)
10 К DTE (Отрицательное контрольное напряжение)
11 К DTE Режим выравнивания
12 SDCD К DTE Обнаружение несущей вторич- ных данных
13 SCTS К DTE Вторичный сброс передачи
14 STD KDCE Вторичные передаваемые дан- ные
15 TC К DTE Синхронизация передатчика
16 SRD К DTE Вторичные принимаемые дан- ные
17 RC К DTE Синхронизация приемника
18 DCR KDCE Разделенная синхронизация приемника
19 SRTS KDCE Вторичный запрос передачи
20 DTR KDCE Готовность терминала
21 SQ К DTE Качество сигнала
22 Rl К DTE Индикатор звонка
23 — KDCE (Селектор скорости данных)
24 TC KDCE Внешняя синхронизация пере- датчика
25 — KDCE (Занятость)
Примечания: 1. Линии (контакты) 11, 18 и 25 обычно считаются
незаземленными. Приведенные в таблице функции относятся к специфика-
циям Bell 113В и 208А.
2. Линии 9 и 10 используются для контроля отрицательного (MARK)
и положительного (SPACE) уровней напряжения.
3. Чтобы избежать путаницы между RD (Read — считывать) и RD
(Received Data — принимаемые данные), будем пользоваться обозначениями
RXD и TXD, а не RD н TD.
4. Иногда отдельные фирмы используют запасные линии RS-232C для
контроля или специальных функций, относящихся к конкретной аппаратуре
(по неиспользуемым линиям подают даже питание и аналоговые сигналы,
так что будьте внимательны).
86
Таблица 8.2. Основные линии интерфейса RS-232C
Номер контакта Сигнал Выполняемая функция
1 FG Подключение земли к стойке или шасси оборудования
2 TXD Последовательные данные, передаваемые от DTE к DCE
3 RXD Последовательные данные, принимаемые DTE от DCE
4 RTS Активным уровнем этого сигнала DTE ука- зывает, что оно «хочет» послать данные в DCE
В CTS Активным уровнем этого сигнала DCE ука- зывает готовность воспринимать данные от DTE
6 DSR Активным уровнем этого сигнала DCE со- общает, что связь установлена
7 SG Возвратный тракт общего сигнала (земли)
8 DCD Активным уровнем этого сигнала DTE по- казывает, что оно работает и DCE мо- жет подключиться к каналу связи
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 независимых по-
следовательных канала данных: первичный (главный)
и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут ра-
ботать в дуплексном режиме, т. е. одновременно осуще-
ствляют передачу и прием информации.
Управляющие сигналы квитирования (например, RTS,
CTS). Сигналы 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, ТС, 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 ТТЛ-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 0 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 И бит (фактические данные со-
держат только 7 бит) и записывается в виде 01000001011.
Здесь использован четный паритет, поэтому девятый бит
содержит 0.
К сожалению, используемые в интерфейсе RS-232C
уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, дей-
88
Стартовый Бит паритета
°ит. Семь fam
данных
+SB-. с----л----
л---------11П
Р 1 О О О Q о 1 О 11
Пакет данных,
соответствующий
дукбе А
Рис. 8.3. Представление кода буквы А сигналь-
ными уровнями ТТЛ
ствующих в микрокомпьютере. Логический О (SPACE)
представляется положительным напряжением в диапа-
зоне от +3 до +25 В, а логическая I (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
или RXD интерфейса RS-232C.
Сдвиг уровня, т. е. преобразование ТТЛ-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
1С1 последовательного ввода осуществляет необходимые
+258
Бит паритета.
Стартовый
Sa стоп О'
ых дата
Семь дат
данных
+88 . —
О-----
-38 --
Область
неопреде-^
ценности'
ракет данных,
соотВетсгпБующий
дукбеА
Логической О
(space.)
Логическая 1
(МАРК)
-258 -
Рис. 8.4. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD
или RXD
89
Вид сверху
1488
Канал
А
Канал
в
о
Вид сдержу
7483
Рис, 8.5. Разводка контактов драйвера линии 1488 и при«
емника линии 1489
+SB
28
DI JT28
D2+J-
D5^£-
D7 -~-S-
TH)
res+JL
clk^22-
txd
RTS
DTR
IC1
DO
DI
D2
D3
D4
DS
D6
D7
_ B2S1
CS
RD
ivff
RES
CLK
RXD
CTS
DSR
-Г2Й 4.Г2Я Ap^ePkl
1ZB +72в > лиции
|__j X 2x 7S150
Г 7сг\ пп У
19 i {контакт?)
“t-J-*
* »УГЛх1 RTS /1
| ГчТ ! (контакт4)
I IC3b\ DTR
24 I I (контакт 20)
। I (контактЗ)
17
22
О I
Приемник
CJ
IC4b |
CTS
(контактВ)
IC4C
DSR
(контактб)
SG
(контакт?)
линии +SB О
7S154
В
*3
»r>
СЧ
5
Л
8
3
Рис. 8.6. Типичная схема интерфейса RS-232C
параллельно-последовательные и последовательно-парал-
лельные преобразования данных. Микросхемы IC2 и /СЗ
производят сдвиг уровней для трех выходных сигналов
TXD, RTS и DTR, а микросхема IC4 — для трех входных
90
Сигнал
Номер
контакта
Номер
контакта
Номер
Сигнал контакта
fg 1 о---------
номер
контакта
--- о 1
тхв
НХВ
4
4
5
5
В
В
SG
RTS
CTS
Z>SK
7 О
ЯСЯ
8
ЯТЯ 20
3
0 7
•О 20
Рис. 8.7. Два варианта пустого модема
сигналов RXD, CTS и DSR. Микросхемы IC2 и IC3 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 О).
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-
232С. 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 несколько сложнее предыдущих простых уст-
ройств. Они позволяют переводить линии в состояния
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 DCE. 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,
Рис. 8.8. Варианты кабелей для интерфейса
RS-232C:
а — кабель с четырьмя линиями для простейших
терминалов (используются контакты 1—3 и 7, а кон-
такты 8 и 20 закорачиваются); б —кабель с девятью
линиями для асинхронной связи (используются кон-
такты 1—8 н 20); в —кабель с 15 линиями для син-
хронной связи (используются контакты 1—8, 13—15,
17, 20, 2'2 и 24); а —кабель с 25 линиями для уни-
версальных применений (используются контакты
1—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-Е8-232С 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
Hewlett—Packard, широко применяется для соединения
микрокомпьютерных контроллеров в автоматическом ис-
пытательном оборудовании АТЕ. Большинство современ-
ных электронных приборов, включая цифровые вольтмет-
ры и генераторы сигналов, оснащаются интерфейсом
IEEE-488. Йоследний 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;
Таблица 8.3. Функции сигнальных линий интерфейса IEEE-488
Номер кон- такта на рис. 8.9 Сокращенное обозначение Выполняемая функция
1 D101 Линия данных 1
2 D102 Линия данных 2
3 D103 Линия данных 3
4 DI04 Линия данных 4
5 EOI Конец или идентификация. Сигнал генери- рует передатчик, показывая завершение передачи данных
6 dav Данные действительны. Сигнал выдается передатчиком, когда на шину помещены действительные (установившиеся) данные
7 NRFD Не готов к принятию данных. Сигнал фор- мирует приемник, показывая, что он еще не готов воспринимать данные
8 ND АС Данные не приняты. Сигнал выдает прием-
9 IFC ник, воспринимая данные Сброс интерфейса. Контроллер формирует сигнал для инициализации системы в из- вестное состояние
10 SRQ Запрос обслуживания. Сигнал выдает уст- ройство, требующее внимания контролле- ра
11 ATN Внимание. Контроллер формирует этот сиг- нал, когда помещает на шину команду Защита
12 SHIELD
13 D105 Линия данных 5
14 DIOS Линия данных 6
15 0107 Линия данных 7
16 DI08 Линия данных 8
17 REM 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)
18—24 GND Земля
Примечания: 1. В сигнальных линиях квитирования (£>ДУ( NPFD
и ND АС) используются выходы типа открытого коллектора, которые допус-
кают реализацию монтажного ИЛИ.
2. Все остальные сигналы ТТЛ-совместимы и активны прн низком
уровне.
95
fflQt --
DI02----
2 Г 03--
2/04---
EOT ----
2AV —
Norn -—
N$AC -—
IFC -—
srz ----
ATN ----
Защцгпа '
---2105
---2106
~2107
---2106
---GN 2
--- GN 2
*>*» 6N2
---GN2
--- GN2
---GN2
---GN2
---GN2
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, применяю-
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-
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 250Кбайт/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 неисправностей 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 ТТЛ-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-
1000. 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 ведомыми 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 100X160 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 должен
присутствовать только один сигнал синхронизации
16 МГц, а в системе может быть несколько процессорные
плат, на печатной плате предусмотрена перемычка, за
прещающая выход 16 МГц.
98
7'
к
99
Контроллер динамического ЗУПВ формирует сигна-
лы мультиплексных данных, а также сигналы выбора
строки /MS и столбца CMS для восьми микросхем дина-
мических ЗУПВ с организацией 64КХ1 (см. гл. 6). Кон-
троллер диска выполнен в виде одной БИС, а последова-
тельный интерфейс реализован 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 DO—D7 — линии данных; АО—А19 — линии адреса;
ADRSTB—строб адреса. Сигнал низкого уровня на этой
линии показывает наличие на шине действительного ад-
реса; DATSTB — строб данных. Сигнал низкого уровня
на этой линии идентифицирует наличие на шине дейст-
вительных данных; СМО—СМ2 — командные модифика-
торы, характеризующие тип цикла шины; BUSRQ0-1—
запрос шины. На этих линиях действуют сигналы низ-
кого уровня, когда потенциальному ведущему шины необ-
ходимо получить доступ к ней; BUSAKO-bлинии 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; DATACR —
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; ATNRQ0-1—
линия внимания запроса/прерывания (сигнал ATNRQ0
имеет больший приоритет); SYSCLR— 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
Rp,dA
Ряде
Номер контакта' 7 О 2 *5 В 3 ,00 Ч .02 Л .6 316 7 АО 3 А2 9 А* 10 ДБ 11 АЗ 12 ЛЮ 13 А12 74 А 74 15 А16 16 Д18 17 СМ О 18 СМ2 19 A9RSTB -20 ОАТАСК 21 TRFERR 22 АТНООО 23 ATNRQ2 24 ATHRCtb 25 A7HRQ6 26 О 27 BUS R 00 28 BUS АКО 23 5YSCLK 30 -128 31 +5В 32 0 Номер контакта о 1 +5В 2 з 03 4 OS' О 07 О О 7 АТ АЗ 9 А5 1о А7 77 А9 72 А11 73 А13 П А15 75 А17 76 А19 17 СМ1 18 Ъ 19 ОАТ5ТВ 20 О 21 3Y8RST 22 ATNRM 23 Агиваз 2^ ATNRO5 25 ATM 00 7 26 BUSR&1 27 В USA К1 2 В + STBY 29 ^128 30 +5В 31 О 32
L*— + + + + + + 4* 4* + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + *1* + + + + + + + + + + + +
_А_
Рис. 9.2. Разводка контактов разъема шины STE
101
Таблица 9.L Типы циклов шины
СМ2 СМ1 смо Цикл ШИНЫ
0 0 0 Зарезервированы
0 0 1 Зарезервированы
0 1 0 Зарезервированы
0 1 1 Подтверждение
1 0 0 Запись ввода-вывода
1 0 1 Считывание ввода-вывода
1 1 0 Запись в память
1 1 1 Считывание из памяти
Интерфейс
PS-232C
терминала
или главного
микрокомпью-
тера
Формирователи
сигналов
До 16
аналоговых входов
Плата
аналогового ввода
(вгдомый шины)
Рис. 9.3. Типичная конфигурация шииы STE
102
Типичная конфигурация шины STE приведена на рис.
9.3. В ней используются одна процессорная и две ведо-
мые платы: плата аналогового ввода и плата цифрового
ввода-вывода. Для хранения программ и данных преду-
смотрен дисковый 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-
лографа. Если они разрешены, проверяют линии моди-
фикаторов и убеждаются, что цикл Шины не является
циклом подтверждения, а «обиженный» процессор выда-
ет строб данных. Если сигнал DAT ST В выдается, от ве-
домой платы должен поступать сигнал DAT АСК или
TRFERR. В противном случае следует убедиться, что ве-
домая плата реагирует на адрес, выдаваемый процессо-
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.
Приложение 1. Справочные данные по микросхемам
ТТЛ-микросхемы
7402 7403
74-03 yifQg
104
105
£01
Z£*Z
££^Z
Z&L
LZ+rt
8Ztl
901
LZ+rL
Дгапппппт
kp к? кГ
[<] [<]
1 ill Ll LJ и 1_1 и bd
DZhL
9lbL
fginnnnnm
*о^1 кр к}1
ап □ и □ о ы
"л
hlhL
э=л
£1Ы
D
кк к
ш итгггои ы
г/*/.
Г171ППППП171
ЕГО и □ IS
”л
ЭЗЛ
°(71ПППППГ71
Усс
Vce
WLlUULJULZItf
744(7
□пщпцщвд
ййпиКйгл
7442 7^5
7447
Усе
7451
74LS51
108
Vce
И П П ПД1 ГД^.
Ш U U Lj LJ L-J IzJ^
7454
ШЖгишПз
7460
7473
T
7474
I Г" rJ r-
uTu u u U LJ Lj Ш
7475
7475
7477
109
ш
ZZL<tL
”л
LZi<r£
ZUhL
£UhL
Мд
Ul^L
on
S5+/L £6Ы
”Л
Ell
166—3
Ul/ЭЫЫ
"л
МкЫ
SSlbZ
ЭЭЛ
£Sl^
fmnnnnnnm
fmnnnnnnm
nrUUOUUDtal’
”л
ПП ППП ППП ППф
I <
шййййпгшг
ил
°Г91ППППППГ71
мл
>ппподат
I ДдГДИГпт—
”A
laroftrosr
«л
ш
6£1Ы
M/*Z
^ддолдот
,,Л_А,..А-А „Л I.
VY Г1ТГ
lil'UlJLJUuuH1
33Л
SCL'hl
Ид
Z£/*Z
З’л
aziw
mt
£ZL*rL
Усс
Я
ujuuuuuuiai
7W4
7W9O 7‘H92/t33
7494 7499
314
Ч:с
г^мддпплад
шцпйвпиццвд
74-240
Vcc
Усс
7*279
7*283
Vcc
Жж
1иттпЭп5ггйт~“
ййиппппип®^
74247
8*
115
КМ О П-микросхемы
Vsi 4QSO yss
116
и o LTtJtJ L2T
^070 &
№77
117
Приложение 2. Самодельные приборы
Чтобы показать практическое применение цифровой электрони-
ки, в книгу включены описания нескольких самодельных приборов,
дополняющие ее основной материал. Конструкции 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 низковольтный паяль-
ник с терморегулятором и набором жал. Если такой паяльник для
Вас дороговат, можно обойтись сетевым паяльником мощностью
15—25 Вт. Прн покупке обратите внимание на его комплектацию
(запасные жала, нагревательные элементы н принадлежности).
Целесообразно купить также ручное приспособление для вы-
пайки микросхем. Оно очень удобно для выпайки многоконтактных
микросхем на печатных платах с одно- или двухсторонним монта-
жом.
Самым необходимым для Вас прибором будет высококачествен-
ный аналоговый 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 проводни-
ков, осуществлять проверки диодов, транзисторов и др.
По мере изложения дальнейшего материала мы назовем и не-
сколько других инструментов и приборов. Но их не иужио поку-
пать все сразу; пополняйте свой инструментарий по мере необходи-
мости.
П2.2. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Начнем с конструирования стабилизированного блока питания,
рассчитанного для цифровых устройств и имеющего отдельные вы-
ходы для питания КМОП- и ТТЛ-схем. Первый выход регулируется
в обычном для КМОП-схем диапазоне от 3 до 15 В, а второй фор-
мирует фиксированное напряжение 5 В. Оба выхода обеспечивают
118
т г*? S
2 4
о
ТС 1
Рис. П2.1, Принципиальная электрическая схема блока питания
качественную стабилизацию, очень малое выходное сопротивление
и почти свободны от пульсаций и помех.
Для защиты самого блока питания и подключенных к нему уст-
ройств блок должен оснащаться средствами ограничения тока. По-
этому на КМОП-выходе предусмотрено такое ограничение с регу-
лировкой от 10 мА до 2 А. На ТТЛ-выходе имеется предохранитель
на ток короткого замыкания около 750 мА. Блок питания состоит
из дешевых компонентов и монтируется в стандартном корпусе
Verobox и плате Veroboard.
Описание схемы. Электрическая схема блока питания приведе-
на на рис. П2.1. Силовой трансформатор подает низкое перемен-
ное напряжение на мостовой выпрямитель D1—D4. Выходное посто-
янное напряжение выпрямителя (примерно 17 В) сглаживается кон-
денсатором С1. Светодиод D5, включенный через ограничительный
резистор Rl> показывает наличие постоянного напряжения в этой
точке, т. е. является индикатором включения сети.
Нерегулируемое постоянное напряжение, действующее на кон-
денсаторе С1, подается на входы регулируемого стабилизатора IC1,
а через тумблер S2— на Т-образный стабилизатор 1С2. Выходное
напряжение IC1 регулируется с помощью переменного резистора
VRlt а ограничение тока устанавливается резистором VR2. Свето-
диод D6 показывает наличие напряжения на ТТЛ-выходе.
Конденсаторы С2, СЗ, С5 и С6 обеспечивают устойчивость блока
119
И R - - -_________________
В 6о о * о о о оо о dd d оо оо о о 6о о обо о о »о
С
Л
£
G
И
к
м
N
О
I о о оро об об ооооооооообоообо об о 6 о о б о Д о *8,6'
Г.. ..т, А. Д.д fogfOE
ООО 000 0 000 000 00 оо о о о о о о о о о о о о о о о о о ОТТО
дооооооооооооо д о о о об о о о о о оо4 о оо о оо оо7
0 0 ОО О О О О О Од О О О О ОО об Р О 6 о ООО 000 6о ООО о о о
О о"» > "> ООО 0*0 О Оро о о о о б О о О о о Д о * о О О О О о о о*
0* 0 000 * о о О ОО О О О оо 00000000000000000*0*
б о'"5 *"о о о об о О О о О О О О О О об ООО о * о*оо*д»ооо*
ободбоод * одоообооооооооооооооооооооо»
О О > 6о О О О О до о do о оо о о о d о о о о О О о о о о о о о о б *'
о б Ьр'о о о оо * о об О О О О О оо О О Q 6 е о о о о 6 о о боб о *
о б "6 о"» о > о о о >оооооо оооооббоооооооооооо*
од др О о о о О О О ООО О о о о о о о о о о о о о оо о о о о о оо б
о О О д'6 000 об оо о о о о О о о о о ООО 6 о о о о о о о о об б р
* о о о 66ооо о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о оо о d ооо 4
* о * 6 о о о о * О * о о ООООООООООО О о О о ООО о * о * о >
* о о оо о *оо*ооо оооооооооро ор оооОеообоо•
ооббообоодоООО об ОО о ООООдос ООО о о об о о Од
О о'о д' О 6 О О О О О д о О о О ООО О 0000 000000° об о о оо
о 6 6 6 о О О о о О О д о д о О О О о о О О о о о о о о б о о о о д о о
обо**6*оо ОоООО обо оооооооо ° О о оооооооо*
об о ооооор*ооооооооообоооорооо о о о о
од 4 6 о об ОО О оООО 6 000 О *0 0000*000 О О д6
д о'дЪ'о о о о о о о оо ооор оооороо о о о о о о о од
а
R
S
Т
и
V
W
X
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 отверстиям»).
Монтаж компонентов на печатной плате Veroboard показана на рис.
П2.2. Из рисунка видно, что нужно сделать шесть разрывов (раз-
120
Рис. П2.3. Монтаж элементов на лицевой панели
резов) печатных проводников, с помощью кусачек или дрели с ост-
рым сверлом соответствующего диаметра.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: пере-
мычки, конденсаторы, резисторы, мостовой выпрямитель, выходные
пистоны и микросхемы. Микросхемы устанавливаются так, чтобы их
теплоотводящне поверхности были выровнены в вертикальной плос*'
кости для общего радиатора, который привинчивается к задней ме-
таллической стейке корпуса Verobox.
Перед окончательной установкой печатной платы мы настоятель-
но советуем внимательно проверить правильность монтажа ее от-
дельных компонентов, перемычек и разрывов печатных проводников.
Необходимо убедиться в правильной ориентации полярных компо-
нентов, включая электролитические конденсаторы и мостовой выпря-
митель, 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 горизон-
тально к корпусу Verobox, Спереди плата 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-
тиметра (включенного на измерение постоянного напряжения) убе-
121
диться в том, что напряжение на конденсаторе С1 находится в диа-
пазоне от 15 до 18 В. Впоследствии следует измерить напряжение
на ТТЛ- и КМОП-выходах. Если что-то оказывается ие в порядке,
воспользуйтесь рекомендациями, приведенными в гл. 1.
Компоненты. В блоке питания применяются следующие компо-
ненты.
Резисторы (угольные, пленочные; 0,25 Вт): кОм; #2=
— I кОм; #3=220 Ом; потенциометры (линейные, проволочные):
VR1—10 кОм; V#2=50 Ом; конденсаторы: С/=4700 мкФ (электро-
литический, 25 В); С2=С5=0,22 мкФ (полистироловый); СЗ~С6—
=0,1 мкФ '(полистироловый); С4=С7^47 мкФ (электролитический,
25 В); полупроводниковые приборы: D1—D4 — мостовой выпрями-
тель, 220 В, 1,6 А (например, SKB2/02L5A); D5 — красный свето-
диод /с линзой); D6 — зеленый светодиод (с линзой); 1С1—L200;
/С2—7805.
Дополнительные детали: Т1 — 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 (нли две на 6 В) и ток 1,6 или 2 A; FS1 — быстроплавкнй пре-
дохранитель на 1 А длиной 20 мм и держатель для него; S1 — мини-
атюрный двухполюсный поворотный выключатель на два положе-
ния, рассчитанный на 240 В; S2 — миниатюрный однополюсный по-
воротный переключатель на два положения; S#/—SR4— гнезда ди-
аметром 4 мм (два черных, одно красное и одно зеленое).
Радиатор ТО220 с теплоотводящей способностью 6,8°С/Вт; кор-
пус Verobox с размерами 205X140X75 мм; плата Veroboard с разме-
рами 96X03 мм; односторонние пистоны 1 мм (14 шт.); изолирую-
щие стойки (2 шт.); крепежные болты н гайки (6 шт.).
Спецификации
КМОП-выход
Диапазон регулируемого напряже-
ния, В..........................
Регулируемое ограничение по току, А
Выходное сопротивление, Ом . . .
Помехи на выходе, мВ............
Стабилизация, %............ . .
ТТЛ-выход
Фиксированное выходное напряже-
ние, В........................
Максимальный ток, А .... .
Ток короткого замыкания, мА . .
Помехи на выходе, мВ ... .
Стабилизация, %..............
От 3 до 15
От 0,01 до 2
<0,05 (прн выходе 10 В и
1 А)
<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 (при указанных
выходных параметрах)
122
П2.3. ЛОГИЧЕСКИЙ ПРОБНИК
Логический пробник очень удобен для индикации логических со-
стояний в цифровых КМОП- н ТТЛ-схемах.
Описание схемы. Электрическая схема логического пробника
показана на рис. П2.4. Сдвоенный компаратор IC1 определяет уро-
вень напряжения на зонде, сравнивая его с напряжениями от резис-
торных делителей R1—R4. При стандартном питании +5 В напря-
жение в точке между R1 и R2 составляет примерно 2,5 В, а в точке
между R3 и R4 — около 1,2 В, При отсутствии входного напряже-
ния (зонд «плавает» в воздухе) напряжение на инвертирующем вхо-
де 1С1Ь и неинвертирующем входе ICla будет таким же, как и в точ-
ке между R2 и R3, т. е. равным примерно половине напряжения
питания.
Входы IC1 включены так, что на выходе 1а (контакт /) появля-
ется низкий уровень, если зонд пробника воспринимает логический
О, а на выходе IClb формируется низкий уровень, когда зонд воспри-
нимает логическую 1. В любом случае будет светиться соответству-
ющий светодиод D2 илн D1, показывая логическое состояние, вос-
принимаемое зондом. В отсутствие логических 0 н 1 (неопределенное
пли высокоуровневое состояние, а также разомкнутая цепь) на обо-
их выходах IC1 действуют высокие уровни и ии один из светодио-
дов не светится.
Микросхема 1С2 представляет собой таймер 555^ работающий
Рис. П2.4. Принципиальная электрическая схема логического проб-
ника
123
в моностабнльном режиме (см. гл. 4) и обеспечивающий необходи-
мое расширение импульсов. Запускающий импульс формируется с по-
мощью конденсаторов С1 илн С 2 и резисторов R9 или R10. Спада-
ющий фронт образуется при переходе любого выхода микросхемы
IC1 с высокого на низкий уровень.
Длительность импульса таймера (и время свечения D3) опреде-
ляется времязадающими элементами R11 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 компоненты, перемычки
н разрывы печатных проводников. Целесообразно обратить особое
внимание на подключения полярных компонентов, включая свето-
диоды, электролитические конденсаторы 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. Подключите провода пи-
тания пробника к блоку, соблюдая правильную полярность. При
свободном зонде пробника ии одни из светодиодов не должен све-
титься.
Теперь коснитесь точки с нулевым потенциалом. Светодиод D3
(импульс) должен вспыхнуть 1 раз, показав изменение логического
состояния, а светодиод D2 (логический 0) должен светиться посто-
124
Рис. П2.5. Монтажная-схема логического пробника
125
янно. Наконец, коснитесь зондом пробника линии 4-5 В. При этом
светодиод D3 также должен вспыхнуть 1 раз, а светодиод D1 (ло-
гическая 1) должен светиться постоянно. Если логический пробник
не реагирует подобным образом, нужно вынуть печатную плату из
корпуса и тщательно проверить ее, обратив особое внимание на ори-
ентацию полярных 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 уровни дол-
жны быть компромиссными. Но, если пробник предназначается толь-
ко для одного вида схем, рекомендуется изменить параметры ком-
понентов, приведенных в табл. П2.1.
Таблица П2Л. Параметры резисторов для различных
логических семейств
Резистор Логическое семейство
Универсальное (К МОП/ТТЛ) КМОП ТТЛ
R1, кОм 15 8 18
R4, кОм 10 8 8
Примечание. Номинальные параметры резисторов Я2 и R3 не из-
меняются.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5%); Z?/=15 кОм;
R2=R3=R8^R9=4t7 кОм; R4~R12=\0 кОм; Я5=470 кОм; R6=R7=
t=Rll=270 Ом; R10—22 кОм; конденсаторы: С1 — С2—6Д мкФ;
С3=4,7 мкФ (танталовый, 16 В); С4 = 10 мкФ (электролитический,
16 В); полупроводниковые приборы: IC1—LM393; IC2—555; £>/—
D3—красный светодиод (диаметр 3 мм); D4— 1N400L
Дополнительные детали: 8-контактное гнездо для IC (2 шт.);
корпус пробника с размерами 140X30X20 мм; односторонние пис-
тоны (3 шт.); печатная плата
95X63 мм.
Спецификации
Входное сопротивление зонда
пробника, кОм................
Пороговые напряжения:
логическая 1 (ТТЛ) . »
логический О (ТТЛ) , .
типа Veroboard с размерами около
-400
2,5 В (универсальный вариант);
2,4 В (только для ТТЛ)
1,2 В (универсальный вариант);
1,2 В (только для ТТЛ)
126
логическая 1 (КМОП) . .
логический О (КМОП) . .
Длительность расширения им-
пульса, мс..............
Минимальная длительность им-
пульса, нс..............
Максимальная частота входно-
го сигнала (ТТЛ), МГц . .
Требования к питанию;
ТТЛ . <««*««<»
КМОП . ..............
60 % напряжении питания (уии-
нереальный вариант);
70 % напряжения питания (толь-
ко для КМОП)
30 % напряжения питания (уни-
версальный вариант);
30 % напряжения 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
П2.4. ЛОГИЧЕСКИЙ ПУЛЬСАТОР
Обычно логический пульсатор применяется совместно с логичес-
ким пробником, но может использоваться и автономно для изменения
логического состояния цифровой схемы без привлечения паяльника.
Пульсатор предназначен для ТТЛ- и КМОП-схем.
Описание схемы. Электрическая схема логического пульсатора
приведена иа рис. П2.6. Таймер 555 (1С1) включен как моиостабиль-
ный генератор импульсов (см. гл. 4). На выходе таймера (контакт
5) прн нажатии кнопки S2 действует напряжение высокого уровня,
продолжительность которого определяется цепочкой R2—С2. Для
указанных параметров элементов длительность импульса составля-
ет около 5 мс.
Полярность импульса коммутируется тумблером S1. Транзистор
TR1 работает в режиме инвертора, а транзисторы TR2 и TR3 явля-
ются насыщенными ключами и обеспечивают достаточную нагрузоч-
ную способность. Выходной ток ограничивается резисторами R7 и R8<
Прн стандартном питании +5 В пиковый отдаваемый той ограни-
чивается для короткозамкнутой цепи несколькими сотнями милли-
ампер.
Когда выходного импульса нет, транзистор TR1 включен, но оба
транзистора TR2 и TR3 находятся в непроводящем (выключенном)
состоянии. Следовательно, зонд пульсатора находится в высокоим-
педансиом состоянии.
Как и в логическом пробнике (см. рис. П2.4), диод D1 обеспечи-
вает защиту от неправильного подключения питания.
Монтаж. Все компоненты логического пульсатора монтируются
на печатной плате (9 полосок с 37 отверстиями). Ее можно отре-
зать от стандартной платы Veroboard (24 полоски с 37 отверстиями)'
! 27,
Рис. П2.6. Принципиальная электрическая схема логического
пульсатора
или использовать ту часть платы, которая осталась при монтаже
логического пробника.
На рис. П2.7 показана монтажная схема логического пульсато-
ра для платы типа Veroboard. Рекомендуется следующая последо-
вательность монтажа компонентов: кнопка, переключатель, гнездо
/С, пистоны, перемычки, транзисторы, резисторы, диод и конденсато-
ры. Последними монтируются держатель зонда и провода питания
(ие забывайте о правильной полярности — для ч-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 пунктир-
ной линией.
Прежде 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, диода и электролитических 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 корпус пульсатора. Прн этом ие требуется никаких дополни-
тельных приспособлений, так как плата плотно зажимается при
соединении двух половин корпуса. В верхней части корпуса размеча-
ются отверстия под кнопки S1 и S2. Для S2 требуется прямоугольное
отверстие с размерами 8X3 мм. Необходимо сначала просверлить
несколько маленьких отверстий, а затем обработать прорезь надфи-
128
о
к. О О О О о О О О О
О о о о • о о о о
О О О О О О О О О
О О О О о О О о О
О О о О О о о О О
о О о О О О О О О
О о °1 о О О О о О
О О р О О О О О О
О О о О О О О о о
СЬ о о О О о о • о О
о о о О О О О О о
о О • о О О о О с
О о О О О О О О О
о О О о О О с О О
о о О О • О О • О
О О О • • О О О О
О О о О 0 О О О О
О о • • • О • • •
о О О О О О О с О
сч о о о О О о • о О
О О О о О • • О •
О S О О • • О • О
• О • О р 0 О О О
О • ф 0 о 0 О •
<м О О о О • • о О •
о о о ф • • • о о
О с с 0 0 О 0 О О
О О О О о о О О О
О О о о О • • О О
to о О • • о о О о •
О О € 0 О • О О о
О О о О О • ф О •
о о О О О • о •
о • О • е • О о о
О О О 0 р о О &
• о О о о О' о О в
to • £ О о о 6 О ♦1 в
. П2.7. Монтажная схема логического пульсатора
&
(X
9—391
129
лем. Обе половины корпуса скрепляются винтами с потайной голов-
кой, а зонд монтируется в держателе.
Проверка. Для проверки пульсатора требуется блок питания
с ограничением тока и логический пробник. Подключите провода пи-
тания пробника и пульсатора к блоку питания, соблюдая правильную
полярность, а затем соедините их зонды коротким изолированным
проводом с зажимами типа «крокодил».
Установите переключатель S/ на генерирование положительного
импульса. Не касаясь кнопки S2, убедитесь, что выход пульсатора
находится в высокоимпедаисном состоянии, тге. ни одни 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. Пробник должен за-
фиксировать положительный импульс. Если импульс не наблюдается
илн пульсатор формирует на выходе неизменное напряжение низко-
го или высокого уровней, его придется разобрать и вновь тщатель-
но проверить монтаж платы. Затем следует повторить предыдущую
процедуру, но переключатель S1 установите при этом на генерирова-
ние отрицательного выходного импульса.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1~R2^
—R3—\Q кОм; R4—R5—R6=4J кОм; R7—R8— 10 Ом; конденсата*
ры: 07=4700 пкФ; 02=0,47 мкФ (танталовый, 35 В); СЗ—10 мкФ
(танталовый, 16 В); полупроводниковые приборы: IC1 — 555; D1 —
1N4001; TRI, TR2 — 2N3703; TR3 — 2N3705,
Дополнительные детали: S1 — плоская клавишная кнопка, мон-
тируемая на печатной плате; S2— сверхминиатюрный скользящий
двухполюсный переключатель на два положения; ^контактное гнез-
до для микросхем; корпус пульсатора с размерами 140X30X20 мм,
односторонние пистоны (3 шт.); часть платы Veroboard с размерами
95x63 мм.
Спецификации
Длительность выходного импульса, мс . . . «
Полярность импульса................... * . .
Пиковый выходной .ток (короткозамкнутая цепь),
мА .......................................
Входное сопротивление зонда в высоконмпеданс
ном состоянии, кОм .......................
Напряжение питания, В ........ .
Потребляемый средний ток, мА ..... ,
5,2
Положительная
или отрицатель-
ная (задается)
-200
>200
4,5—15
<15
130
П.2.5. ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
Генератор формирует разнообразные импульсные сигналы* кото-
рые можно использовать с любыми цифровыми схемами, Период им-
пульсов регулируется от 14 мкс до 1,4 с в пяти десятичных диапа-
зонах, ширина 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 0
до 8 В и работает от сети 240 В.. Он собран из дешевых недефицит-
ных элементов, Монтируется генератор на стандартной плате Vero-
board и в стандартном корпусе УегоЬох<
Описание схемы. Электрическая схема генератора импульсов
приведена на рис. П2.8. Сетевой трансформатор Т1 подает напря-
жение 9 В на мостовой выпрямитель D1—D4. На конденсаторе С1
образуется выходное постоянное напряжение, примерно равное 13 В.
Транзистор TR1 действует в качестве простого последовательного
Рис. П2.8. Принципиальная электрическая схема генератора им-
пульсов
9*
131
5
35
10
15
20
X
W
V
U
T
s
R
a
P
0
v
ЛГ
25
“Г"
30
~T
Tf к
SEC^L
H '
6
F'
E
D '
R9
R8
МШ-
С1
Acs I • < id » •
JC1
C15
V*f
оз
SKI
+ C10-C14
VR1
'бкатод
$$*'ce
Анод
'Й>
1 X to 15 to 25 30 hQ
A ЮОО 009000 Q0 О о 0Q о О О о *00 00* 00 0 00 оо о о > о •
в ОС JO OQQO ОО О о » 8000 08 О о ОО 6 6о О О О о О О Д* О О О »
С ооооороооооддоо*д*доооооо*ооооо ООО 000
0
Л
£
и
к
L
н
N
0
а
/г
3
OO 6 о
о O Q O QQO
о о о&бо?
ООО
ж
ООО
оо о оо о » о о •'
О4 О 8 800000000 оТ
о * д оооо оо о оfa*о *
080000^00000000
о * * д о о О 0 д о * о о оТ
ооооооодооороо _________
дор* о * о о * ofa* q o'00000000000000*0*
0 0О О об О о дбобо О» 80 0д' О О рООООООООО
о о Q 6 0 о о g О 6 g о О. а * Q, до 0 Q о о * о о о о О Q до о О о о о д’
М 6 о д *~ ofap о р рд о Q др д р р о о * о о о о о о о др о д^о о о о
о о * А о р о б о д уд орд < р дод*ооб*дГ*орддооооор
др 4 6*о* оооборо 800 од од о о о о ооо оо од до о д д’
Шддо6-----2~г - х - - - - 1 ------— - -
о р > Р 9 Р од 8 6 000 О 08 8 Q0 > * О 00 О О О ООО О 0 *
р д Р 3 О О о до О О о 0,0 О О 8 8 0*00 08*08 оо * о о"*"
ооо д' д о д о о р д о д о р р д д д *X о * * о » р • о 6 о о о о о З*
о р р р О рОо орр 6 о о 6 од од о♦До * о р о д ооооооеоо
д о д о р о о р о о р о * о о д д д7* о*ооооооо оо^оооооо"
до род до дооообооооооооо* о од о ооооооо ооо
₽ в«"5 X А X X Л 1 2 _
РЛ 9 ? 0 Р роро-роо + орбр&обоодооо о од~Ь о о о о о *
DQQ Qо о 6 6 д оо оо 3 о о д 6 6 о о о о о *д * р о ооо орОо о
одГд д о об do одооооо<?од об о А о о до о* бороо о о *
и
V
W ________ ________ - _______ -
X RO О б 0 0 * 00* 000 * о о о об 6 *' о * о о до О О О О 6~О0
Рис. П2.9. Монтажная схема генератора импульсов
стабилизатора. Стабилитрон D5 обеспечивает эталонное напряжение
10 В, а светодиод D6 сигнализирует о включенном питании.
Микросхема 1С1 — это стандартный таймер 555, работающий
в астабильном режиме. Потенциометр VR1 предназначается для ре-
гулировки частоты повторения импульсов, а с помощью переключа-
теля S2 выбирается один из пяти времязадающих конденсаторов^
Выход 1С1 (примерно симметричные прямоугольные импульсы) по?
132
Рис. П2,10. Трафареты для разметки лицевой па-
нели
133
дается на вход запуска микросхемы IC2 через формирующую цепоч-
ку C/5, R6 и D7.
Второй таймер 555 (IC2) работает в моностабнльном режиме,
и длительность его выходных импульсов регулируется потенциомет-
ром VR2. С помощью переключателя S3 осуществляется декадный
выбор времязадающего конденсатора. Выходной сигнал IC2, пред-
ставляющий собой импульсную последовательность с регулируемым
коэффициентом заполнения, подается на потенциометр опре-
деляющий амплитуду импульсов на выходе SK3. Транзистор TR2
инвертирует выходной сигнал таймера н формирует ТТЛ-совместн-
мый сигнал на выходе SK1.
Монтаж и проверка. Все компоненты генератора, за исключе-
нием силового 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, перемычки 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 вставить в гиезда микросхемы, соблюдая, конечно, их пра-
вильную ориентацию.
Органы управления, переключатели, индикаторы н выходные
гнезда монтируются на лицевой панели в соответствии с рис. П2.10,
Такой рисунок можно вырезать и наклеить на лицевую панель. Со-
единения с компонентами, находящимися на лицевой панели, про-
кладываются короткими изолированными проводами согласно схеме,
приведенной на рис. П2.11,
После сборки следует тщательно проверить внутренние соедине-
ния, обратив особое внимание на держатель предохранителя, сило-
вой трансформатор и включатель сети. Затем включите сеть и муль-
тиметром, настроенным на измерение постоянного напряжения, из-
мерьте напряжения на конденсаторе С/, которое должно находиться
в диапазоне от 11 до 13,5 В. Убедившись в наличии такого напря-
жения, нужно проверить выходное напряжение блока питания, для
чего мультиметром измеряется напряжение на контакте S IC1 или
1С2, Обычно оно варьируется в диапазоне от 8,5 до 9,5 В. После
этого с помощью логического пробника или осциллографа проверя-
ется выход генератора.
134
V37 Н37 tf
E37 B37 L через Г31
f
, f Л37 i
PRf A37
К плате Veroboard
Рис. П2.11. Монтажная схема лицевой панели
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %) : R1=R2 =
= 220 Ом; £3=680 Ом; R4=l кОм; £5=£// = 10 Юж; £6=2,7 кОм;
£7=3,9 кОм; £5 = 100 Ом; £9=150 Ом; £79=10 Ом; У£/=Г£2=
~ 100 кОм (потенциометр линейный, угольный); V£3=l кОм .(по-
тенциометр линейный, проволочный).
Конденсаторы: С 1=22$ мкФ (электролитический, 25 В); С2—
= С/9=100 мкФ (электролитический, J6 В); С3= 10 мкФ (электро-
литический, 16 В); 04=100 мкФ (электролитический, 25 В); 05=
= 1 мкФ (полистироловый); 06=09 = 0/5=0,1 мкФ (полистироло-
вый); 07= 0/5== 0,01 мкФ (полистироловый); 05=1000 жФ (поли-
стироловый); 076=4 мкФ (электролитический, 25 В); 0// =
= 0,47 мкФ (полистироловый); 0/2=0,047 мкФ (полистироловый);
0/3=4700 пкФ (полистироловый); 0/4 = 470 пкФ (полистироловый);
0/7=820 пкФ (полистироловый); 0/8=1 мкФ (электролитический
16 В).
Полупроводниковые приборы: BR1 — мостовой выпрямитель,
220 В, 1,6 А, например SKB2/02L5A; D1 — красный светодиод; /С/,
/02 — 555; TRI — 2N3053; TR2 — ВС548.
Дополнительные детали: Т1 — силовой трансформатор, 12 В-А;
первичная обмотка на 240 В (или две обмотки на 120 В), вторич-
ная— на 9 В (или две обмотки на 4,5 В каждая); FS1—легкоплав-
кий предохранитель на 1 А длиной 20 мм с держателем; S/— миниа-
тюрный двухполюсный тумблер на два положения, рассчитанный на
максимальное напряжение 240 В; S2, S3 — поворотный однополюс-
ный переключатель на 5 положений с ограничителем; SK1—SK4 —
135
гнезда диаметром 4 мм (два черных, одно красное, одно желтое);
корпус типа Verobox с размерами 205X140X110 мм (номер изделия
202-21036С); плата типа Veroboard с размерами 95x63 мм (номер
изделия 801-21070Н); пистоны односторонние диаметром 1 мм
(13 шт.); гнезда 8-контактвые для 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 1,4-106
От 7 до 0,7-106
От 0 до 8 (фиксированный
инвертированный ТТЛ-
выход, 5 В)
<0,5
П2.6, ТЕСТЕР ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ
Тестер цифровых микросхем позволяет проверить большинство
распространенных КМОП- и ТТЛ-элементов без удаления их из схем,
Прибор рассчитан на микросхемы с 14-контактным корпусом и «стан-
дартным» подключением питания (контакт 7 — земля, контакт 14 —
4-5 В). При желании его несложно переделать для микросхем
с 16-контактным корпусом и другим подключением питания.
Чтобы проверить ту илн иную микросхему, требуется работо-
способная микросхема такого же типа и схема разводки ее кон-
тактов.
Описание схемы. До рассмотрения схемы тестера целесообразно
изучить принцип его работы. Он довольно прост: логическая функ-
ция проверяемой микросхемы дублируется аналогичной исправной
микросхемой и затем сравниваются выходные сигналы двух микро-
схем.
Для сравнения используется логический элемент, реализующий
функцию исключающее ИЛИ (см. гл. 2), Если входы этого элемен-
та одинаковы, на выходе появляется напряжение низкого уровня,:
а если входы различаются — на выходе действует напряжение вы-
сокого уровня.
Электрическая схема тестера показана на рис. П2.12. Сигналы
от проверяемой микросхемы берутся с помощью клипсы («захвата»),
которая подсоединяется к тестеру коротким ленточным кабелем че-
рез гнезда SK2 15-контактного разъема типа D. Линии, на которых
действуют логические сигналы (они соответствуют контактам 1—6
и 8—13), подведены к однополюсным тумблерам S1—S13, за исклю*
Рис. П2.12. Принципиальная электрическая схема тестера микросхем. Числа около переключателей
S14 и S15 относятся к надписям на лицевой панели прибора и выбору контактов тестового гнезда
SK1
136
137
чепием S7. Тумблеры пронумерованы в соответствии с номерами кон-
тактов микросхемы.
Тумблеры S1—S13 (за исключением S7) упрощают соединение
контактов проверяемой микросхемы с соответствующими контакта-
ми эталонной микросхемы, которая вставляется в гнездо SR2. 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 /, 2, 4, 5, 9} 10, 12 и 13.
Выходные сигналы, используемые для сравнения, выбираются
с помощью переключателей S14 (внешние) и S15 (внутренние). На-
пример, при проверке микросхемы 7400 переключатели нужно по-
очередно ставить в положения 3, 6, 8 и 11. Результат сравнения
индицируется светодиодом D1, который светится прн напряжении
низкого уровня на выходе микросхемы IC1. Такое напряжение по-
лучается при идентичных входных сигналах и показывает, что обе
микросхемы работают одинаково.
Рис. П2.13. Соединения между схемной платой и компонентами на
лицевой панели. Монтаж тумблеров S1—S10 аналогичен показанно-
му для S77—S13
138
5
10
ГУ 17
с
я
а
р
о
к
м
L
К
/
z
н
G
Г
Е
В
С
8
А
Ц1 Анод
Q
<SW 1 Контакт 7
>—DZ Катод
I- —» 5К1 контакт 74
$15
51¥
D1 катод
А
В
с
2?
£
£
G
Н
I
J
К
L
М
Н
а
р
а
R
с
15 ТО 15 17
ООООООООООООООЙОО
оооооооооо о о о о о оо
ооооооооооооооооо
ООООООООООООООООО
ООО оооообоооооооо
ооооооооооооовоо»
ООО 00 0 О 0 О О 0 О о О в 0 •
о о О О о О ^О®ОоООфОО
0 О О 0 О 0 в ( JO воо ООО оо
ООО О 0 6 ® 1 So «ооооооо
oooooocQoeoo о о о о•
oooooo®Qo«o ОО ООО®
О о о О о О • Л О © О 0 о О О о ®
OOOoOO®QOOOO о о•о•
О О ООвОО ООООфОООо©
ооооооо ОООООООООО
о_о ооооооОоооооооо
ООООООООООООООООО
ООООООООООООООООО
Г
Рис. П2.14, Монтажная схема для платы Vero-
board
Тумблер S7 служит для подачи питания на тестер, а светодиод
D2 сигнализирует о наличии питания. Конденсатор С1 предназначен
для развязки.
Монтаж. Собрать тестер довольно просто, но для этого необ-
ходимо выполнить гораздо больший объем монтажных работ, чем
в предыдущих случаях. Сначала требуется разметить лицевую па-
нель, просверлить отверстия, установить органы управления и инди-
каторы, а затем приступить к монтажу основной платы. Гнездо SKJ
размещается на печатной плате (точные ее размеры не играют ро-
ли) и крепится иа стойках так, чтобы оно выглядывало через не-
большое прямоугольное отверстие в лицевой панели. Гнездо впаива-
ется в печатную плату. Проводники между противоположными сто-
ронами разрезаются в семи местах с помощью кусачек или сверла
139
(дрели) и соединяются проводами с переключателями (рис. П2.13).
Элементы ICld, Rlt R2 и С1 монтируются на небольшом куске
печатной платы (19 полосок с 17 отверстиями). Монтажная схема
всех элементов показана на рис. П2.14.
Монтаж платы осуществляется в следующей последовательно-
сти: гнездо IC, перемычка, конденсатор, резисторы н пистоны. После
монтажа необходимо тщательно осмотреть плату. Затем она кре-
пится непосредственно под гнездо SR1 с помощью двух стоек. Мик-
росхема IC1 вставляется в гнездо с соблюдением ее правильной ори-
ентации. После этого завершается остальной монтаж схемы в соот-
ветствии с рис. П2.13.
На лицевой панели прибора устанавливаются органы управле-
ния, переключатели, индикаторы и разъем. Целесообразно сначала
вырезать шаблон и приклеить его к лицевой панели.
Клипса IC 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.
Таблица П2.2. Соединения клипсы с разъемом
Номер контак- та клипсы Номер контакта разъема типа D Номер контак- та клипсы Номер контакта разъема типа D
1 1 8 15
2 2 9 14
3 3 10 13
4 4 11 12
5 5 12 11
6 6 13 10
7 7 14 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, особенно цепи гнезд SR1 и SR2. 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 исправная 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
SK1, выключить питание устройства и подключить клипсу, обращая
внимание на контакт 1. Затем подключить входы, пользуясь тумб-
лерами S1—S13, н подать питание на устройство. Тумблер S7 сле-
дует перевести в положение «Вкл.» (см. рис. П2.12) н проверить све-
чение светодиода D2, Если он не светится, выключите питание и про-
верьте монтаж, включая ленточный кабель, разъем и клипсу.
Убедившись в том, что питание на тестер подается, переведите
оба сравнивающих переключателя S14 и S15 в положение 3 (выход
первого элемента НЕ-И). Проверьте, светится ли D1 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
(S14 и S15 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 SK1, а клипсу с эта-
лонной микросхемой — в гнездо на печатной плате. Дальнейшая
процедура проверки аналогична описанной выше.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1=R2=*
= 2,470 Ом; конденсатор C1—W мкФ (электролитический, 16 В);
полупроводниковые приборы: 1С1 — 74LS86; D1 — красный светоди-
од (с линзой); D2 — зеленый светодиод (с линзой).
Дополнительные детали: S1—S6/S8—S13 — миниатюрные одно-
полюсные тумблеры на два положения (12 шт.); S7 — поворотный
однополюсный переключатель на два положения; S14, S15 — круго-
вой переключатель на 12 положений (2 шт.); SKZ—14-контактное
гнездо; SK2—вставка разъема типа D на 15 контактов, монтирую-
щаяся на шасси; PL1 — разъем типа 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 типа Verobox с размерами 205X140X110 мм (номер детали
202-21033А); плата типа Veroboard с размерами 95x63 мм (номер
детали 801-21070Н); пистоны односторонние диаметром 1мм (7 шт.);
изолирующие стойки (2 шт.); крепеж (болтов 2 шт., гайки 6 шт.);
ручка.
Разводка контактов распространенных микросхем приведена
в приложении 1.
141
П2.7. ИНДИКАТОР ТОКА
Предлагаемый прибор предназначен для индикации относитель-
ных значений токов в печатных проводниках без их разрыва и под-
ключения обычного амперметра. Чувствительность прибора такова,
что он может воспринимать ток до нескольких миллиампер и до-
пускает сопряжение с проверяемой схемой по постоянному и пере-
менному току.
Действие промышленных индикаторов тока основано на одном
нз двух принципов; восприятие небольшого падения напряжения на
проводнике с током и использование эффекта Холла для фиксации
магнитного поля, существующего в непосредственной близости от
проводника с током.
В общем, индикаторы тока с использованием эффекта Холла
лучше, так как не требуют прямого контакта с печатными провод-
никами. К сожалению, такие приборы довольно дороги.
Описание схемы. Электрическая схема индикатора тока показа-
на на рис, П2.15. Прибор фиксирует 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 несколь-
ких микровольт до сотеи милливольт), операционный усилитель ра-
ботает в режиме с логарифмической характеристикой, т, е. его ко-
эффициент усиления по напряжению значительно уменьшается
с увеличением уровня входного сигнала.
Тумблером S1 выбирается сопряжение входа микросхемы IC1
по постоянному илн переменному току, а потенциометром VR1 обес-
печивается дополнительная ручная регулировка усиления (чувстви-
тельности). Мостовой выпрямитель D1—D4 подает на измерительный
Рис. П2.15. Принципиальная электрическая схема индикатора тока
142
прибор сигнал правильной полярности независимо от полярности
входного сигнала. Диоды D5 и D6 служат ограничителями, а кон-
денсатор СЗ определяет постоянную времени.
Вход «половинного» питания для операционного усилителя фор-
мируется с помощью стабилитрона D4 и резистора R7, Конденсато-
ры С2 и С4 служат для развязки, а светодиод D8 сигнализирует
о включенном питании.
Монтаж. Собрать индикатор тока несложно. Все его элементы,
за исключением батарейного соединения, собственно измерительного
прибора, гнезда пробника и органов управления, монтируются на
стандартной печатной плате типа Veroboard (24 полоски с 23 от-
верстиями). Монтажная схема для платы Veroboard показана на
рис. П2.16. Под гнездом микросхемы IC нужно сделать четыре раз-
рыва печатных проводников.
Монтаж элементов производится в следующей последовательно-
сти: гнездо микросхемы, перемычки, конденсаторы, резнсторы, дио-
ды и пистоны. После монтажа необходимо тщательно проверить пла-
ту, обратив особое внимание на ориентацию электролитических кон-
денсаторов, диодов и выпрямителя.
Плата укрепляется горизонтально в корпусе Verobox с помощью
четырех коротких изолирующих стоек, а микросхема аккуратно
вставляется в гнездо.
Измерительный прибор, органы управления и гнезда пробника
размещаются на лицевой панели, куда наносятся и все необходимые
надписи. Соединения с лицевой панелью осуществляются короткими
изолированными проводами в соответствии с монтажной схемой, по-
казанной на рис. П2.17.
Проверка. Прежде всего следует проверить правильность мон-
тажа индикатора тока, обратив особое внимание на подключение ба-
тарея и измерительного прибора. Затем нужно подключить батарею
РРЗ (или аналогичную) и включить питание. Светодиод D8 своим
свечением сигнализирует о наличии питания. С помощью мультимет-
ра на диапазоне 10 В убедитесь, что напряжение на D7 составляет
от 4,5 до 5 В. В противном случае просмотрите все соединения и мон-
тажную схему на плате Veroboard.
Для правильной работы прибора необходимо обеспечить его на-
дежный контакт с печатным проводником. С этой целью купите или
сделайте два зонда. К каждому зонду подсоедините провод, закан-
чивающийся штырькам диаметром 2 мм. Проверка зондов произво-
дится в соответствии со схемой, показанной на рис. П2.18. Батарея
с напряжением 1,5 В обеспечивает падения напряжения в соответ-
ствующих контрольных точках, равные 100 мкВ, 1 и 100 мВ.
Установите максимальную чувствительность прибора (потенцио-
метр VR1 поверните по часовой стрелке до упора) и коснитесь зон-
143
А
В
с
я
£
10 15 20 23
М
N
О
Р
а
R
S
т
и
F
W
X
о 6 д~о р о о о о о о оо о о о о р о о о о О
61 Уд о о о о о д о д о б оод о о 6 о оцо
ооооооод од о о о о р о о о о ого оо
о о д 6 • 6 о до ооооооороооод»
о~о~д~о~о оо оо о др о•о о о о о о о о о
ооороробб о од'до'оо~ о о о о до о
о О о од о О О Об о о о о о о о о о о о ОО
0 0 06 о о о ооо£о dog•о о ооон
О ООО Обо о о •-- * ~ *--
о орд оро оо *
о о о ♦ о д о о о*У
.0.0 0 0 000 ороДор
OOOOOqOOQOO оо_____________
о о о о о да од о•о о оооооооооо
ООООРО PQOOOOOOQ OOOOOQOO
оо О о о О ООО оооооооооооооо
о о о • до о о* о р о о о о о д о Р о д о д
о о о о о ооор о о о о о о-о оооооор
оооооооо гоооо р о о д д д д о*о
О 0'6'0 QJO:q*P б о ОО о ООО о о 6 О О О О
6 о о о о о о о о о о о о оо о оо о д о Ьд
ооодороо о о ооооооооодо д о
о С Jo О о О Р О Р о • о о О о О о о о о ОС )о
о О О О О ООО OOOOOQOO оооороо
8* о о•о о• В
о о о о доЪо
о • ♦о о о оо о од »
дд ♦ о о о о 6 о о о о
о6ооооо>6р
о о д о 6 о д д??У
1 5
6
Н
К
Рис. П2.16. Монтажная схема индикатора тока. Для
микросхемы IC1 на плате устанавливается держатель.
Выход VR1 (W) соединяется с центральным лепестком
потенциометра
дами точек 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 прибор должен пока-
зать приблизительно 0,3 мА. Отметим, что индикатор тока нечувст-
вителен к полярности и зонды маркировать не нужно.
Работа с прибором. Убедившись в правильности функциониро-
144
Рис. П2.17. Соединения компонентов, монтируе-
мых на лицевой панели. Резистор /?5 припаи-
вается к металлическому корпусу потенциомет-
ра VR1
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) и наблюдать за показаниями прибора. На
плате со стандартными ТТЛ-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-
ное предположение о значении тока,
потребляемого каждой микросхемой в
отдельности.
Индикатор тока используется
также для обнаружения дефектов в
разъемах (касаются зондамн разъем-
ного соединении с разных сторон
и наблюдают за показаниями прибо-
ра), высокоомных соединений и недо-
статочной 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=\ кОм; 100 Ом; VR1~
1М0м
100 кОм
-08
1к0м
ОС
1000м
OD
Рис. П2.18. Схема для про-
верки индикатора тока
145
10—391
= 100 кОм (линейный, угольный); конденсаторы: С1—4 мкФ (танта-
ловый, 35 В); С2=С4=100 мкФ (электролитический, 16 В); С3=
= 10 мкФ (электролитический, 16 В); полупроводниковые приборы:
1С1—741DI—D4—ОА91; £>5, D6— 1N4148; D7 — BZY88C4V7;
D8— красный светодиод (с линзой).
Дополнительные детали: SI, S2— миниатюрный однополюс-
ный тумблер на два положения; SK1 — гнездо диаметром 2 мм (крас-
ное) ; SK2 — гнездо днаметром 2 мм (черное); 8-контактное гнездо
для микросхемы; корпус типа Verobox с размерами 205X140X110 мм
(номер детали 202-21033А); плата типа Veroboard с размерами 65Х
Х63 мм (24 полоски с 23 отверстиями), отрезается от детали с но-
мером 801-21070Н; односторонние пистоны диаметром 1 мм (8 шт.);
изолирующие стойки (4 шт.); крепеж (болты 4 шт., гайкн 4 шт.);
ручка; измерительный миллиамперметр с разрешающей способно-
стью 1 мА; держатель для батареи РРЗ; зонды (2 шт.).
П2.8. ЗВУКОВОЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР
Звуковой логический индикатор позволяет пользователю про-
слушивать сигналы, действующие 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 линии.
Прослушивая сигналы в микропроцессорной системе, можно ра-
зобраться, что в ией происходит. С помощью звукового индикатора
удается не только зафиксировать активность в конкретной линии, но
и оценить частоту импульсов н наличие в сигнале периодичности. По
звуку можно различать сигналы на отдельных линиях шнны, синхро-
низации н разрешения микросхем. Каждому, кто еще сомневается
в возможностях этого простого прибора, но регулярно занимается
отладкой 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 логического индикатора пока-
зана на рис. П2.19. Микросхема IC1 (КМОП-делитель) осуществ-
ляет деление частоты входных сигналов на 1024 (210). Цепочка
D1 н D2 защищает IC1 от чрезмерных входных напряжений (мак-
146
Рис. П2.19. Принципиальная электрическая схема звукового логиче-
ского индикатора
симум ±50 В). Микросхема 1С2 представляет собой усилитель зву*
новой частоты с фиксированным коэффициентом усиления. Частот-
ная характеристика этого усилителя постоянна в диапазоне от не-
скольких герц до 20 кГц и больше.
Монтаж. Все компоненты индикатора монтируются на куске не*
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.
Рекомендуется следующая последовательность сборки: гнезда
Рис. П2.20. Монтажная схема звукового логического индикатора
10*
147
IC, выходные пистоны, перемычки, резисторы, диоды и конденсато-
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 компонен-
тов (диоды и электрические конденсаторы), отсутствие выплесков
припоя н закорачиваний печатных проводников.
После проверки платы две микросхемы вставляются в гнезда
и плата закрепляется в корпусе. Прн этом не требуется никаких до-
полнительных приспособлений, так как плата плотно зажимается при
соединении двух половин корпуса. Держатель зонда соединяется со
входом прибора, 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^сасается, 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. Если 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 полярных компонентов (диодов, элек-
тролитических конденсаторов, микросхем) и правильность перемы-
чек и разрывов.
Целесообразно прослушать генерируемые индикатором звуковые
сигналы при касании зондом следующих точек в микропроцессорной
системе: остальных линий 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=t
= 3 кОм; R2—22 кОм; #4=220 Ом; конденсаторы: мкФ (тан-
таловый, 25 В); С2=0,1 мкФ (полистироловый); СЗ=10 мкФ (элек-
тролитический, 16 В); С4=10 мкФ (электролитический, 25 В); С5=
= 100 мкФ (электролитический, 16 В); С6=220 мкФ (электролитиче-
ский, 16 В); полупроводниковые приборы: 1С1 — 4020В; IC2 —
ТВА820М; Dlt D2— 1N4148; D3— 1N4001.
Дополнительные детали: динамик с сопротивлением 8 Ом; гнез-
148
j МАЯК
МАЯК
! SPACE
'SPACE
Я
«о
Jo
Мере доча передача
Зона .
। соединении
$
5
< 6
выдор
SK1Q2
$ I
► • । •
Выйор
SKK
7Ьст
Детектор
МАЙК/SPACE
Детектор
МАЯ К/SPACE
Тест
МАЯК
SPACE
МАЯК
SPACE
€
й»
О
4>
О
Рис. П2.21. Упрощенная схема врезки. Отметим, что основная
земля и сигнальная земля соединяются и подключаются к ну-
левому потенциалу (шасси)
до для микросхемы 8-контактное (1 шт.); гнездо для микросхемы
16-коитактное (1 шт.); корпус с размерами 140x30x20 мм; одно-
сторонние пистоны диаметром 1 мм (5 шт.); плата типа Veroboard
с размерами 95x63 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 также 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 сигнальных линий,
а другие показывают скорость передачи в бодах и автоматически оп-
ределяют конфигурацию системы RS-232C в терминах DTE и DCE.
149
SPACE
'rxvte)
#ХЯ(3)
m<
Выбор
ъ I
57---
Я>ПУ(4)—-О
сгз(в)—о
DSR(6)—о
DTM20)---
Вкл./3ыкл.
52Ъ
Эта схема дублируется; номера компонен-
тов увеличены на fQO
Рис. П2.22. Принципиальная электрическая схема врезки для интер-
фейса RS-232C
Предлагаемое устройство спроектировано с расчетом его изготовле-
ния в домашних условиях. С его помощью одновременно индициру-
ются как MARK или SPACE логические состояния на любых двух
линиях, подключается любая линия к любой другой линии (с любой
стороны интерфейса), задается на любой линии состояние MARK
или SPACE, подключается к любой линии внешнее оборудование,
например осциллограф, цифровой счетчик, генератор импульсов
и т. п., устройство полностью автономно и работает от внутренних
батарей.
Описание схемы. Упрощенная схема врезки для интерфейса
RS-232C показана иа рис. П2.21. Схема симметрична относительно
зоны соединений (с каждой стороны интерфейса). Соединения в этой
зоне осуществляются с помощью перемычек для печатных плат или
коротких проводов, заканчивающихся штекерами диаметром 1 мм.
К зоне соединений подводятся также точки с уровнями постоянного
напряжения, соответствующими состояниям MARK и SPACE.
Шесть наиболее важных сигнальных линий (TXD, RXD, RTS,
CTS, DSR и DTR) с каждой стороны интерфейса подаются на вы-
бирающий переключатель. Выход переключателя связан со схемой
обнаружения МАРК/SPACE, а также с разъемом ввода-вывода для
150
внешнего контрольно-измерительного прибора. Седьмое положение
переключателя используется. только по мере необходимости для пе-
редачи остальных сигналов из зоны соединений в схему обнаруже-
ния MARK/SPACE.
Электрическая схема врезки для интерфейса RS-232C приведе-
на на рис. П2.22. Абсолютно симметричная схема для другой сторо-
ны интерфейса на рисунке не показана, а номера ее соответствую-
щих компонентов отличаются от показанных на 100, например S1
и S10L
Сигналы из зоны соединений выбираются с помощью переключа-
телей S1 н S101. Микросхемы 1С1а и IClb действуют как компа-
раторы; на нх выходах образуются высокие уровни, когда входное
напряжение больше -1-3 В или меньше —3 В соответственно. Дио-
ды D1—D4 обеспечивают защиту от входных напряжений, превы-
шающих положительное и отрицательное максимальное напряжения
питания (максимальное напряжение в интерфейсе RS-232C равно
±25 В). Стабилитроны D7 и D8 образуют эталонные напряжения
для компараторов, т. е. минимальное напряжение для SPACE и мак-
симальное напряжение для MARK. С помощью D5 и D6 преодоле-
вается ограничение используемого операционного усилителя, когда
входное напряжение близко к отрицательному напряжению питания.
Питание схемы обеспечивают две сухие батареи по 9 В каждая,
а светодиод D11 сигнализирует о включенном питании.
Монтаж. Две схемы обнаружения MARKISPACE монтируются
на двух кусках печатной платы с размерами 60X64 мм (24 полоски
с 23 отверстиями). Их можно отрезать от стандартной платы Vero-
board. Монтажная схема платы показана на рис. П2.23, причем не-
обходимо сделать 23 разрыва печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда
для микросхем, пистоны, перемычки, резисторы, диоды и конденсато-
ры. После монтажа тщательно проверьте плату и вставьте микро-
схемы в гнезда, конечно, обратив внимание па их правильную ори-
ентацию.
Монтаж компонентов на лицевой панели показан иа рис. П2.24.
Зона соединений представляет собой матрицу из 62 гнезд диаметром
1 мм. Размещение гнезд должно напоминать два 25-контактных разъ-
ема типа D (SR1 и SK2), а сами гнезда соединяются с соответствую-
щими контактами. При разметке лицевой панели под гнезда выдер-
жите расстояние по горизонтали 10,16 мм, а по вертикали 7,62 мм.
Необходимо соединить два гнезда, соответствующих контакту 1
(защитная земля), с двумя гнездами, соответствующими контакту 7
(сигнальная земля). Оба земляных гнезда (контакты 1 и 7) соеди-
няются с линией нулевого потенциала лицевой панели в любой удоб-
ной точке.
151
SPACE
JH10 Анод
вюЭАнод
OV Шасси
StOlw
МАРК
SPACE
«7
Sfw
OV Шасси
S2a(+B)
OV Шасси
S2b(~B)
MARR
1 S го 75 20 23
X 1 0 0 9 9 0 0 0 0 ot loo 0 9 9 0 0
и/ 0 0 9 о О ОО ООО о о 9 0 0 0 0 Э 0 О
к ООО до о о обо о о 0 0 0 *9 Э д 0
(/ о&о 0 9 0 *9 е о О о о О О 0*900 9 0 9
г L» о о ООО 9 0 0 0 0 0 0 О 0 О О О О О ООО
S ООО ООО О 9 О 9 9 ОС I» о 9 9 9 «О 9 9 9
R О 0 • 0 9 0 0 0 0 0 9 ОС 9 О 0 0 0 9 9 ООО
а ООО ООО 9 * * О * ой (9 о 9 0 0 0 0 ООО
р 9 О 9 9 О 9 Й о е о • о£ 0 9 9 0 0 0 9 9
о ООО о о о 090 О О О О о О 0 0 9 0 9 ООО
м 9 0 0 ООО О о о о о о с 0 о 90 0 9 0 9 9 9
м 0 о о О 0 о бо9оо дС |О О О о О ® 9 ООО
L 000000099000 О О 00090 0 000
К ООО ООО • о 000000000009009
J ооооооовоеео; } 9 о 09990009
1 ОО 0 9 9 0 000090; »9 О 00009900
И оооооО®*®о®о, 1* О 9 0 0 0 0 ООО
G О О О О О 0009090* >9 9 0 9 9 0 0
F ООО 00099000000 О О о • 9 9 о О О_
£ ООО ООО о о о о о о о о о 9 0 0 0 0 0 0 9
2? О О О О о о 009000000 О О О О О 6 09
С ООООООООООООООО О О О О О ООО
В оооооооооооооооооооо обо
А О ООО 0990000 ОС >о о 0 0 9 9 0 СЭо 6
Рис. П2.23. Монтажная схема врезки для платы Veroboard
Шесть соединений от выбирающих переключателей S1 и S101
с гнездами выполняются в соответствии с табл. П2.3.
После завершения монтажа зоны соединений над ней прн по-
мощи четырех стоек подходящей длины укрепляется плата. К задней
стенке корпуса прикрепляется держатель для батарей. Питание от
батарей к лицевой панели подводится с зажимами на конце.
Внешний вид и маркировка лицевой панели показаны иа рис.
П2.25.
152
Таблица П2.3. Соединения переключателей с гнездами
Сигнал RS-232C Положение переклю- чателя Номер гнезда
TXD 1 2
RXD 2 3
RTS 3 4
CTS 4 5
DSR 5 6
DTR 6 20
Примечание. Вход в положении 7 каждого переключателя соеди-
няется с соответствующим гнездом 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 D11. Переключа-
тели S1 и S101 должны находиться при этом в положении Передачах
оба светодиода MARK н SPACE светиться не должны. Поочередно
подайте в гнезда Передача с каждой стороны зоны соединений сиг-
Рис. П2.24. Монтаж на лицевой панели. Гнезда из зоны соединений
припаиваются к соответствующим контактам S1 и S101
153
Рис. П2.25. Лицевая панель врезки для интерфейса RS-232C
палы от гнезд MARK и 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 работающие
микрокомпьютером. Оно включается последовательно в сигнальный
тракт RS-232C с помощью коротких ленточных кабелей, оканчиваю-
щихся соответствующими 25-контактпыми разъемами. Конфигурация
устройства устанавливается для обычной работы, т. е. соединяются
перемычками гнезда 2—6 н 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 на всех линиях и ре-
акцию системы на разрыв некоторых линий, в частности RTS и CTS.
Компоненты, Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1—R4=R7=
= R8=1 кОм; R101—R104 = R107—R108—X кОм; R5 = R6=R105 =
= R106=A>7 кОм; R9—R1 l=R109=R110^27Q Ом; конденсаторы:
Cl^С2= 10 мкФ (танталовые, 25 В); полупроводниковые приборы:
IC1> IC101 — TL082; D1—D4, D6, D101—D104, D106 — 1N4148;
D5, D105 — BZY88C3V9; D7t D8, D107, D108 — BZY88C3V0; D9,
D109— зеленые светодиоды; DIO, Dll, D110 — красные светодиоды.
Дополнительные детали: SI, S101 — поворотные однополюсные
переключатели на 12 положений (ограничитель поставлен на семь
151
положений); S2—миниатюрный тумблер, двухполюсный, на два по-
ложения; держатели для светодиодов (5 шт.); 8-контактное гнездо
для микросхемы (2 шт.); 25-контактный разъем типа D (2 шт.); кор-
пус устройства с размерами 220X156X100 мм; односторонние пис-
тоны (15 шт.); часть печатной платы Veroboard с размерами 60Х
Х64 мм; болты, гайки и стойки (4 комплекта); гнезда типа ВМС
(2 шт.); гнезда диаметром 1 мм (31 черное, 31 красное); перемычки
для печатных плат длиной 10,16 мм; ручки (2 шт.); провода для
питания от батареи РРЗ с зажимами (2 шт.).
П2.10. ЦИФРОВОЙ СЧЕТЧИК-ЧАСТОТОМЕР
Этот автономный прибор позволяет производить разнообразные
временные н частотные измерения как цифровых, так и аналоговых
сигналов. Его устройство наиболее сложное по сравнению с конст-
рукциями всех рассмотренных ранее приборов, поэтому рекомендуем
приступать к его изготовлению только после того, как вы уже сде-
лаете два-трн более простых прибора.
Описание схемы. Основу цифрового счетчика-частотомера со-
ставляет популярная микросхема 7216А, представляющая собой уни-
версальный счетчик, В микросхему встроены высокочастотный ге-
нератор, декадный счетчик, 8-декадный счетчик данных и защелка,
дешифратор для 7-сегментных индикаторов и восемь усилителей
(драйверов) для управления светодиодными индикаторами. Макси-
мальная входная частота прибора равна 10 МГц в режиме измере-
ния частоты и числа импульсов и 2,5 МГц в остальных режимах.
Микросхема 7216А может работать как частотомер, измеритель
периода, измеритель отношения частот, измеритель 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 пнтанин 4-5 В составляет 2 В, необходимы
цепи формирования внешних входных сигналов. Оии представлены
двумя широкополосными усилителями на транзисторах TR1 и TR2
для входа А и на- транзисторах TR3 и TR4 для входа В, Усилители
абсолютно одинаковы и обеспечивают формирование прямоугольного
выходного сигнала с амплитудой 5 В при подаче на вход синусои-
дального напряжения со средним значением 100 мВ (при этом вход-
ные селекторы S1 и S2 находятся в положении переменного тока).
С помощью S1 и S2 можно подавать также входные сигналы по-
стоянного тока (что важно при использовании устройств низкой час-
тоты и счета событий) и сигналы с большой амплитудой.
Кнопки S3 и S4 предназначены для фиксации н сброса индп-
155
Рис. П2.26. Принципиальная электрическая схема цифрового счетчика-частотомера
156
катора, а с помощью переключателей S3 и S6 выбирают диапазон
и род работы.
Для уменьшения объема монтажных работ, в цифровом счет-
чике-частотомере используются два 4-разрядных мультиплексирован-
ных 7-сегментных индикатора D11 и D12. Разводка контактов инди-
каторов показана на рис. П2.27. Конденсаторы С6—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-
следние можно подзаряжать в нерабочее 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 D1
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.
Моитаж. Все компоненты прибора, за исключением находящих-
ся на лицевой панели и держателя для батарей, монтируются на пе-
чатной плате с размерами 110X110 мм (40 полосок с 40 отверстия-
ми). Монтажная схема платы представлена на рис. П2.28. Всего не-
обходимо сделать на плате 45 разрывов печатных проводников.
Рекомендуется следующая последовательность монтажа: гнезда для
микросхем, пистоны, индикаторы, перемычки, резисторы, диоды и кон-
о г/ 1 1 п виг о 0 0 1111 «в* а в» а
7 2 3 * S 6 7 8 9 ГО 11 12 13 1Ь 15 76
%
5
сь
Рис. П2.27. Разводка контактов 7-сегментного ин-
дикатора
157
JC2 Т $ ТО 15 20 25 ПО 35
в»®”
л
£
6
Н
X
L
М
Л'
О
р
Q
R
и
V
W
X
Z
АА
88
ОС
OD
РЕ
ЕЕ
ОС
НН
п
и
НК
LL
ММ
WM1
есз
НН
LL
НК
J/
11
НН
св
ЕЕ
ЕЕ
DD
В
В
D
В
В
В
RD
•a
КП
SS(A)
, S6(i)
1
Я
20
SK2
(ОНИ)
56(A)
SSM
35 40
оо
ш
в
л
ГА
gf
° 56(3)
JCf
/0 TS 20 2S
S7b
Перемычка
S3
57а
S3
sk*
Л?7
Амод
sr
катод
S7t
АА
Z
V
X
W
V
и
г
?
а
р
а
к
м
L
К
Ш 000000*00000 D QO об О о
в О 6 6 О * О АЪБ О О О О * *0 ОибУ
ое ооооароорооо « б бб ь' ооо___
о«о6о*об~оо666ооооАоооАЬодб6й6бд'
о * о *О О О д О 00ООООО б о о о о оо оооо од о о
о* °Qo о о о о о о о о о о о б о * о о е---
6* о а* 0Q0 Об» О 0 0 oy&ffff *7Г<~
о * о*й'о о 0^6 6 о о * о о<>* о о »оо
О♦ ОООооООООООО» Оо О о доо
о aoQo ооооо»оооо о о оо > оо
^*,рУ ООО о ,9 О о *&* рУГд О * б О
0*0*ооооооооосоо000*00
о*Ооо о о о о оо б о о о о о оо а~оо
о * • о о О О О О ООО 6 о О о 6 о о * о о
ОО оооо обе ОРООр 00000*00
оо ооо о о о о о »о о о о 6 о од А о о'
Оооо <ГУи ё~с~о~Ь'*Уб 6 о Удо ео'о
о о о о о о о о о 6 о о о р * « о о о а о о
об о о о о ° с о * о о оОд о о о о а до
-S Q9 99 g
—__________?*QPOp*
ООО 0*000 00000*00 *<
_Го
о о * ОООО О О 6*0 о о о 'оо
0 0*0 0 00 о оооо о о ♦ ♦'*
о о » А ооо о оо о b do обо'
00*00000*00 ОООО Во
о о * р ОО О 6 000 о о ООО о
00*000*0000 О О о о *♦
oqooo otooooooooeoo
I Fo'fgooa q-ggrai-d’ffy
-2 J g O-* Op о P о о о о ♦ о о о 0
Юр«0**0«ООООО ООО О
оо»оооо>юо о оо ооо
В-*н?ув- - - -------Z — - L-1
ООО о О о о о ЛОО О О О О о О ©ООООООО ОоОЬООО 0’0 о о оо о о
оГо^оТо^уоКУг-оо-о 6 А о о 6 606 о о о о о о о odd '6 о о ооо
0*0 0’0 О Оро Q.Q ООО ОО б ОО о о ООО ооооооо об ооооооо
о
£
А
ое о о о е соб о о
Off О О о~* ороод.
0*000* 00Q00
~ ~ У - у у у „ „ у. „
ОООО О О О > О * О О ff ff о о
о О ООО Off о0*0*00 оо
0*000*0 0 0 ОООО ООО о ОООООООООООООО ООО о О О О О о
7Г* о о» о о о о д do б д о о о'Вд'о о о оо о о оо о о о оо оо об од о
9» 000 О о Q оооо о о оо о 6о О 6 О Ъ о о о о ооооооо* Оро О *
0*0 обо 0’0 О О О об ООО о ООООО ООО 000 00 О OOOOOQOO О
б » о' ОПЗ ООО 000 обооо о о о о о ♦ «особо О О О О ~ Д ~ ~ ~ ~
0 0 0 0 о о о о о А о о о о о О ОООобо о о_
об о о «Ооо о о о о д о о * ооооооаоолорооо
- г"_ >' -2 -2 < < а. г -- - - 0 0 о Q о о а о А о * о * О *
о * о о аооо о!
о* о*о о ООО Су_у------ у __
о б Off?) * Се о о б"» о * о об 6 оооо о~о_ ____
о» * о о О'ой^б * о о о оо её *бо о о оо оо о » »со ооооооооо
~о<Ябг5'Ь бор 6 Ъо » о » 6 » оо 0'б о о б оро ооо*о * о » ооо ос У
оо О о О « 0*0 t%O COO 0*0 о 0-6 о * О ff О О О о 0*0 О О * Pt!>O о о *
г
Рис. П2.28. Монтажная схема платы
158
GMO
SK2
R3
Si St __ s*f
R1
CT
11 C1/TR
База
R7
(ОМций)
C2
C2[TR3
База
Контакт
15
1C1
Контакта
Rl7 TCI TCI
контакт
M 19 ‘
Sh S3 S76.
a 55 a
GN3
^Kamod/R20^
R12 R19
(Odufuu)
R16
03 ’
’' Катод
TCI
Конт акт 13
SKJ
R20/R19
Бата.-
pen ''
+V£ -V£
IC1
Контакт
23
&.R7G
TCI
^Контакт
101 2Q
^Контакт
^03 „ 21
Анод
**R16
(одщий)
Рис. П2.29. Монтажная схема лицевой панели
денсаторы. После тщательной проверки платы можно вставить
в гнездо микросхему.
Монтажная схема компонентов на лицевой панели показана на
рис. П2.29. Отверстие с размерами 100X20 мм для индикатора сле-
дует тщательно разметить и аккуратно вырезать надфилем, а затем
его 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 при
работе от батарей с пониженным напряжением.
С помощью болтов М3 н гаек к основанию корпуса крепится
футляр батарей, а на задней стороне корпуса монтируются зарядные
гиезда 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
159
Функция Диапазон
Отношение Временной
частот интервал 0Д1 с/1Гц
—W*> « £д
Входной
Вход А селектор Ьход В
Выкл/заряд Заряд
(6) @@ ©
акл' Фиксация Сброс
Рис. П2.30. Внешний вид лицевой панели
будет работать от аккумуляторов, необходимо проверить наличие
перемычки и вставить в футляр четыре заряженных никель-кадмие-
вых аккумуляторов типа С. Затем поставьте S5 во включенное по-
ложение и измерьте постоянное напряжение питания на конденсаторе
С7. Оно должно находиться в диапазоне от 4,5 до 5,5 В, в против-
ном случае проверьте монтаж S7.
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-
ренней синхронизации 10 000 кГц. Если на индикаторе такого пока-
зания нет, проверьте монтаж 1С1, Dllt D12, S5 и S6. Когда индика-
тор вообще ничего ие показывает, т. е. ии один из сегментов не
светится, следует сначала проверить напряжение питания на контак-
те 18 микросхемы 1С1, а затем монтаж кварца Xlt R15, ТС1 и СЗ.
Получив на индикаторе показание 10000.0, при прежних поло-
жениях переключателей функции и диапазона нажмите кнопку S4.
При нажатой кнопке S4 на индикаторе должен высвечиваться 0.
Отметим, что старшие нули, т. е. нули слева от десятичной точки,
не индицируются. Затем отпустите кнопку S4 и нажмите кнопку
фиксации S3. Показания индикатора 10000.0 при нажатой кнопке
S3 не должны изменяться. После этого отпустите кнопку S3 н про-
верьте показания прибора иа различных диапазонах измерения со-
гласно данным табл. П2.4.
Отметим, что в последнем случае старшая цифра (1) перепол-
няет индикатор слева и для смены показаний индикатора требует-
ся 10 с.
Теперь вернитесь на диапазон «0,01 с/1 Гц» и поочередно прн
различных положениях переключателя функции убедитесь в том,
что показания прибора полностью соответствуют данным, приведен-
ным в табл. П2.5,
160
Таблица П2.4. Контрольные показания на различных диапазонах
измерения прибора
Диапазон измерения Показание прибора
0,01 с/1 Гц 10000.0
0,1 с/ЮГц 10000.00
1 с/100 Гц 10000.000
10 с/1 кГц 0.000.0000
Таблица П2.5. Зависимость показаний от функции в диапазоне
«0,01 с/1 Гц>
Положение переключателя функции Показание прибора «0,0Гс/1 Гц»
Частота .0
Период Отношение частот .0
Временной интервал .0
Счет
Контроль 10000.0
Если прибор ничего не индицирует, нужно тщательно проверить
правильность монтажа переключателей S5 и S6.
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 «1 с/100 Гц». Проверьте, высвечивается ли на индикаторе чис-
ло .500 при каждом положении переключателя S/, 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. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1—R3—R9=
=*R14~1 кОм; R2=*R4—R17=R18 — 1Q кОм; R5=R10=R8=R13=
11—391 161
Таблица П2.6. Зависимость показаний от функции в диапазоне
«1 с/100 Гц»
Положение переключателя функции
Частота
Период
Отношение частот
Временной интервал
Счет
Контроль
Показание прибора
.500
2000.000
Не оправдано
Не определено
(См. примечание)
10000.0
Примечание. При таком положении переключателя индицируется
счет, начиная с нуля в младшем разряде. Необходимо проверить действие
кнопок S3 и S4.
=47 кОм; ££=£//= 100 Ом; R7=R12~220 Ом; R15 (0,5 Вт) =
= 10 МОм; R16=22 кОм; £79=270 Ом; R20 (2,5 Вт) =27 Ом; кон-
денсаторы: С/=С2=0,47 мкФ (полистироловый, 100 В); С3=27 пкФ
(полистироловый); С4=С5~68 пкФ (керамический); С6—100 мкФ
(электролитический, 16В); С7= 10 мкФ (электролитический, 25В);
С5=С9=0,1 мкФ (полистироловый); VC/=5,54-65 пкФ (миниатюр-
ный триммер); полупроводниковые приборы: IC1 — 7216А; D1 —
красный светодиод (с линзой); D2, D3—1N4001; Dll, D12-— 4-раз-
рядный индикатор с общим анодом; TR1—TR4 — ВС548.
Дополнительные детали: SI, S2 — миниатюрный однополюсный
тумблер со средним положением; S3, S4 — миниатюрная кнопка, нор-
мально разомкнутая; S5 — поворотный однополюсный переключа-
тель на 12 положений (упор зафиксирован на четыре положения);
S6 — поворотный однополюсный переключатель на 12 положений
(упор зафиксирован на шесть положений); S7— миниатюрный двух-
полюсный тумблер и а два положения; 28-контактное гнездо для
микросхемы: корпус типа Verobox с размерами 205X140X75 мм
(номер детали 202-21035F); необязательная подставка для фиксации
наклонного положения прибора; односторонние пистоны диаметром
1 мм (23 шт.); кусок платы типа Veroboard; болты, гайки, стойки
(по 4 шт.); гнездо типа BNC с креплением на шасси (2 шт.); гнездо
диаметром 2 мм с креплением на шасси (2 шт.); ручка (2 шт.);
футляр для четырех батарей типа С; кварц (XI) 10 МГц, типа
HC18/U; красный поляризованный фильтр для индикатора с разме-
рами 100X35X0,76 мм.
Приложение 3. Осциллограф
Без сомнения, 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 осциллографов 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 осциллографа — 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 последовательной линии
связи RS-232C будет периодическим только в том случае, если по
линии все время передается один символ или последовательность
символов. Аналогичная ситуация возникает и с сигналами на лини-
ях микропроцессорной системы. Для получения устойчивого изобра-
жения необходим периодический сигнал.
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,
нужно 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
уровня входного сигнала вызывает сдвиги изображения по вертика-
ли. В реальных схемах переменный сигнал часто накладывается на
постоянный уровень. Убрать этот уровень можно с помощью вход-
ного конденсатора, который подсоединяется к входу переключателем
«Переменный ток — Земля — Постоянный ток». В положении «Пере-
менный ток» конденсатор подключен, а в положении «Постоянный
ток» — закорочен. В положении «Земля» на вход вертикального уси-
лителя подается нулевой потенциал (конечно, при этом собственно
вход отключается). Для измерения постоянного уровня входного сиг-
нала переключатель «Переменный ток — Земля — Постоянный ток»
11*
163
вначале переводится в положение «Земля» и развертка смещается на
центральную горизонтальную ось. Затем переключатель переводится
в положение «Постоянный ток» 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 одному вертикальному ка-
налу, а затем — такую же часть по другому каналу. Благодаря вы-
сокой частоте коммутации на экране видны как бы две непрерывные
развертки. Такой режим удобен для наблюдения сравнительно низ-
кочастотных сигналов (ниже частоты коммутации), так как сохра-
няются 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 внутренними 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 универсального осциллографа:
Чувствительность по вертикали
Полоса пропускания тракта уси-
ления по вертикали..............
Время размаха по вертикали . .
«Расщепление» 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—1 с/см
Лучше 10 мВ в диапазоне
Ю Гц—10 МГц
8X10 см
Пробник осциллографа. Важнейшее требование, предъявляемое
к осциллографу, — это правильно воспроизводить короткие импуль-
сы и 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, но иа частотах
в несколько десятков килогерц и выше ее влияние уже начинает
сказываться и импульсы с крутыми фронтами значительно искажа-
ются. Эта проблема полностью снимается, если имеется компенси-
рующий пробник. Самый распространенный пробник дает десяти-
кратное ослабление и обычно маркируется символами «X10». Бла-
годаря наличию пробника входное сопротивление увеличивается
примерно в 10 раз, а входная емкость примерно во столько же раз
уменьшается. Обычный пробник «Х10» обладает входным сопротив-
лением 10 МОм, входной емкостью 15 пкФ и дополняется множест-
вом насадок для подключения в различных схемах.
Приложение 4. Таблица обозначений основных
логических элементов
Обозначения основных логических элементов
Логическая Функция элемента 8книее По ГОСТ
буфер Инвертор И НЕ~И ИЛИ НЕ ~ ИЛ И Исключающее ИЛИ ЭЕ>- ф ф
Приложение 5. Указатель зарубежных изделий
электронной техники и их отечественных аналогов
3 арубежный прибор Тип прибора ч Отечественный аналог
ВС548 Биполярный транзистор КТ3102А, Б
BZY88C3V9 Стабилитрон КС433А, КС139А
BZY88C3V0 То же КС133Г
BZY88C4V7 » » КС447А, КС147А
BZY88C5V1 » » КС456А, КС 156А
BZY88C10V0 » » Д814Г, КС210Ж
CD4001 Цифровая ИМС КМОП-типа К561ЛЕ5
CD4002 То же К561ЛЕ6
CD4012 » » К561ЛА8
CD4013 » » К561ТМ2
CD4020B » » К561ИЕ16
CD4023 » » К561ЛА9
CD4025 » » К561ЛЕ10
CD4027 » » К561ТВ1
CD4049 » » К561ЛН2
CD4050 » » К561ПУ4
CD4069 » » К561ЛН1
CD4070 » » КР1561ЛП14
CD4071 ИМС: четыре логических эле- мента 2ИЛИ —
CD4072 ИМС: два логических элемен- та 4ИЛИ
CD4073 ИМС: три логических элемента ЗИ ——
CD4075 ИМС: три логических элемента зили Цифровая ИМС КМОП-тнпа —
CD4076 КР1561ИР14
CD4077 ИМС: четыре логических эле- мента «Исключающее ИЛИ» -—*
CD4078 ИМС: восемь логических эле- ментов И-НЕ/ИЛИ —
CD4081 Цифровая ИМС КМОП-типа КР1561ЛИ2
L200 ИМС регулируемого стабили- затора напряжения KI42EH3A, К142ЕН12
LM393 ИМС сдвоенного компаратора напряжения К1401САЗ
LM555 ИМС таймера КР1006ВИ1
ОА91 Диод КД205К, Д7В
SKB2/02L5A Мостовой выпрямитель КЦ402Д, КЦ403Д
SN7400 Цифровая ИМС ТТЛ-типа К155 ЛАЗ
SN7401 То же К155ЛА8 К155ЛЕ1
SN7402 » »
SN7403 » » К155ЛА9
SN7404 » » К155ЛН1
SN7405 » » К155ЛН2
SN7406 » » К155ЛНЗ
167
Продолжение прилож. 5
Зарубежный прибор Тип прибора Отечественный аналог
SN7407 Цифровая ИМС ТТЛ-тнпа К155ЛН4
SN7408 То же К155ЛИ1
SN7409 К155ЛИ2
SN7410 » » К155ЛИ4
SN7411 К155ЛИЗ
SN7412 К155ЛА10
SN7413 К155ТЛ1
SN7414 К155ТЛ2
SN7415 К155ЛИ4
SN7416 К155ЛН5
SN7417 » » К155ЛП4
SN7420 К155ЛА1
SN7421 » » К155ЛИ6
SN7422 К155ЛА7
SN7423 К155ЛЕ2
SN7425 » » К155ЛЕЗ
SN7426 К155ЛА11
SN7427 * » К155ЛЕ4
SN7428 s » К155ЛЕ5
SN7430 » » К155ЛА2
SN7432 » » К155ЛЛ1
SN7433 К155ЛР4
SN7437 » » К155ЛА12
SN7438 К155ЛА13
SN7440 К155ЛА6
SN7442 SN7445 Преобразователь двоичного К155ИД6 К155ИД10
кода в десятичный
SN7447 Преобразователь двоичного К155ИД18
кода в сигналы го кода (15 В) 7-сегмеитно-
SN7448 Преобразователь двоичного *—
кода в сигналы го кода (5 В) 7-сегментно-
SN7449 Преобразователь двоичного К133ПП4
SN7450 кода в сигналы го кода 7-сегментно-
Цифровая ИМС ТТЛ-типа К155ЛР1
SN7451 То же К! 55 Л PH
SN74LS51 Цифровая ИМС ТТЛШ-типа К555ЛР11
SN7453 Цифровая ИМС ТТЛ-типа К155ЛРЗ
SN7454 То же К155ЛР13
S?x74LS55 Цифровая ИМС ТТЛШ-типа К555ЛР4
SN7460 Цифровая ИМС ТТЛ-типа К155ЛД1
SN7470 ИМС //(-триггера с логическим —
элементом И на входе
SN7473 ИМС сдвоенного //(-триггера К531ТВ9,
К155ТВ15
SN7475 Цифровая ИМС ТТЛ-типа К155ТМ7
168
Продолжение прилож. 5
Зарубежный прибор Тип прибора Отечественный аналог
SN7476 SN7477 SN74LS78 SN7480 SN7482 SN7483 SN7486 SN74LS86 SN7490 SN7491 SN7492 SN7493 SN7495 SN7496 SN74107 SN74109 SN74110 SN74111 SN74112 SN74113 SN74114 SN74121 SN74122 SN74123 SN74124 SN74125 SN74126 SN74128 SN74132 SN74136 SN74138 SN74139 SN74141 SN74145 SN74150 SN74151 SN74152 SN74153 SN74155 SN74173 SN74174 SN74175 SN74176 SN74177 SN74178 ИМС сдвоенного //(-триггера Цифровая ИМС ТТЛ-типа ИМС сдвоенного //(-триггера с предварительной установ- кой То же Цифровая ИМС ТТЛШ-типа Цифровая ИМС ТТЛ-типа То же » » > » » » » » » » К531ТВ9П, К531ТВ11П К155ТМ5 К155ИМ1 К155ИМ2 К155ИМЗ К155ЛП5 К555ЛП5 К155ИЕ2 К155ИЕ4 К155ИЕ5 К155ИР1 К155ИР1 К155ТВ6 К155ТВ15 К155ТВ9 K155TBI0 К155ТВ11 К155АГ1 К155АГЗ К155АГЗ К155ГГ1 К155ЛП8 К555ЛП14 К155ЛЕ6 К155ТЛЗ К155ЛЛЗ, К555ЛП12 К155ИД7 К155ИД14 К155ИД1 К155ИД10 К155КП1 К155КП7 К155КП5 К155КП2 К155ИД4 К155ИР15 К155ТМ9 К155ТМ8
169
Продолжение прилож. 5
Зарубежный прибор Тип прибора Отечественный аналог
SN74179 Цифровая ИМС ТТЛ-типа - -
SN7418O То же К155ИП2
SN74184 > » К155ПР6
SN74190
SN74192 » » К155ИЕ6
SN74193 » » К155ИЕ7
SN74194 » .» К155ИР11
SN74199 » » К531ИР12П
SN74240 » » К155АПЗ
SN74241 » » К155АП4
SN74242 » » К155ИП6
SN74243 » » К155ИП7
SN74244 » » К555АП5
SN74245 » » • К155АП6
SN74LS266 Цифровая ИМС ТТЛШ-типа <—
SN74273 Цифровая ИМС ТТЛ-типа К555ИР22
SN74279 То же К155ТР2
SN74283 » » К155ИМ6
ТВА820М ИМС усилителя мощности К174УН4
TL082 ИМС сдвоенного операционно- КР574УД2
го усилителя
1N4001 Диод КД ЮЗ, КД226А
1N4148 Диод КД522А
2N3053 Биполярный транзистор КД603Д, КД608Б
2N3703 То же КТ313Б, КТ3107А
2N3705 » » КТ645А, КТ3117А
741 ИМС операционного усилителя К140УД7
78Н05 ИМС стабилизатора напряже- К142ЕН5
ния
7805 То же К142ЕН5
7216А Универсальный счетчик со схе- —
мой управления светодиода-
ми
Приложение 6. Функциональное назначение
зарубежных изделий электронной техники
Микромощиые логические ИМС КМОП-типа
CD4001 — четыре логических элемента 2ИЛИ—НЕ
CD4002 —два логических элемента 4ИЛИ—НЕ
CD4012 —два логических элемента 4И—НЕ
CD4013 —два D-триггера
CD4020 — 14-разрядный двоичный счетчик-делитель
CD4023 —три трехвходовых элемента И—НЕ
CD4025 — три трехвходовых элемента И—НЕ
CD4027 —два //С-триггера
CD4049 — шесть логических элементов НЕ
CD4050 — шесть преобразователей уровня
CD4069 — шесть инверторов
CD4070 —четыре логических элемента Исключающее
ИЛИ
CD4081 —четыре логических элемента 2И
CD4076 —четыре D-триггера с тремя состояниями на
выходе
Логические ИМС ТТЛ- н ТТЛШ-типа
SN7400 — четыре логических элемента 2И—НЕ
SN7401 — четыре логических элемента 2И—НЕ с от-
крытым коллекторным выводом
SN7402 —четыре логических элемента 2ИЛИ—НЕ
SN7403 —четыре логических элемента 2ИЛИ—НЕ с
открытым коллекторным выводом
SN7404 —шесть логических элементов НЕ (ииверто-
ров)
SN7405 — шесть логических элементов НЕ с откры-
тым коллекторным выводом
SN7406 —шесть буферных инверторов с повышенным
выходным напряжением (ЗОВ), с открытым
коллекторным выводом
SN7407 — шесть буферных формирователей с повышен-
ным выходным напряжением (30 В), с от-
крытым коллекторным выводом
SN7408 — четыре логических элемента 2И
SN7409 — четыре логических элемента 2И с открытым
коллекторным выводом
SN7410 —три логических элемента ЗИ—НЕ
SN7411 — три логических элемента ЗИ
SN7412 —трн логических элемента ЗИ—НЕ с откры-
тым коллекторным выводом
SN7413 —два триггера Шмитта с четырьмя логичес-
кими элементами
SN7414 —шесть триггеров Шмитта с инвертором
SN7415 — три логических элемента ЗИ с открытым
коллекторным выводом
SN7416 —то же, что SN7406, но с выходным напря-
жением 15 В
171
Продолжение прилож. 6
SN7417 — то же, что SN7407, но с выходным напря- жением 15 В
SN7420 — два логических элемента 4И—НЕ, один из них расширяемый по ИЛИ
SN7421 SN7422 — два логических элемента 4И — два логических элемента 4И—НЕ с откры- тым коллекторным выводом и повышенной нагрузочной способностью
SN7423 — два логических элемента ИЛИ—НЕ со стро- бированием на одном элементе и возмож- ностью расширения по ИЛИ на другом
SN7425 — два логических элемента 4ИЛИ—НЕ со стробированием
SN7426 — четыре высоковольтных (с выходным на- пряжением 15 В) логических элемента 2И—НЕ с открытым коллекторным выво- дом
SN7427 SN7428 — три логических элемента ЗИЛИ—НЕ — четыре буферных логических элемента 2ИЛИ—НЕ
SN7430 SN7432 SN7433 — логический элемент 8И—НЕ — четыре логических элемента 2ИЛИ — четыре логических элемента ИЛИ—НЕ с по- вышенной помехостойкостью с открытым
SN7437 коллекторным выводом — четыре логических элемента 2И—НЕ с по- вышенной нагрузочной способностью
SN7438 — четыре буферных логических элемента 2И— НЕ с открытым коллекторным выводом
SN7440 — два логических элемента 4И—НЕ с боль- шим коэффициентом разветвления
SN7442 SN7450 — дешифратор 4 на 10 — два логических элемента 2—2И—2ИЛИ— НЕ, один из них расширяемый по ИЛИ
SN7451, SN74LS51 — два логических элемента 4—2—3—2И— 4ИЛИ—НЕ
SN7453 — логический элемент 2—2—2—ЗИ—4ИЛИ—
SN7454 НЕ— с возможностью расширения по ИЛИ — логический элемент 2—3—3—2И—4ИЛИ— НЕ
SN74LS55 — логический элемент 4—4И—2ИЛИ—НЕ с
SN7460 с расширением по ИЛИ — два 4-входовых логических расширителя по ИЛИ
SN7475 SN7477 SN7480 SN7482 SN7483 SN7486, SN74LS86 — четыре D-триггера (защелки данных) — четыре D-триггера — одноразрядный полный сумматор — двухразрядный полный сумматор — четырехразрядный двоичный сумматор — четыре двухвходовых логических элемента
SN7490 Исключающее ИЛИ — двоично-десятичный четырехразрядный счет- чик
172
Продолжение прилож, 6
SN7491 — 8-разрядиый сдвиговый регистр с последо- вательным входом и выходом
SN7492 SN7493 SN7495 SN7496 — счетчик-делитель иа 12 — 4-разрядиый двоичный счетчик — 4-разрядиый сдвигающий регистр — 5-разрядный универсальный сдвигающий регистр
SN74107 SN74109 3N74110 SN74111 — два J/C-триггера со сборсом — два УК-триггера — УК-триггер со сбросом и предустановкой — два УК-триггера со сбросом и предустанов- кой
SN74LS112 — два УК-триггера со сбросом и предустанов- кой
SN74LSH3 SN74LS114 — два УК-триггера с предустановкой — два УК-триггера с предустановкой и общим
SN74121 сбросом — одновибратор с логическим элементом на выходе
SN74122 SN74123 — одновибратор с повторным запуском — сдвоенный одновибратор с повторным за-
SN74124 пуском — сдвоенный генератор, управляемый напря- жением
SN74125, SN74126 —г четыре буферных усилителя с тремя состо- яниями
SN74128 — четыре логических элемента 2ИЛИ—НЕ (ма- гистральный усилитель)
SN74132 — четыре триггера Шмитта с логикой 2И—НЕ на входе
SN74136 — четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ с открытым коллектор- ным выводом
-SN74138 SN74139 SN74141 — двоичный дешифратор — два дешифратора-демультиплексора 2 на 4 — высоковольтный (60 В) двоично-десятичный дешифратор управления газоразрядными индикаторами
SN74145 — двончио-десятичный дешифратор с выход-
SN74150 ным напряжением 15 В — селектор-мультиплексор на 16 каналов со
SN74151 стробированием — селектор-мультиплексор на 8 каналов со
SN74152 SN74153 стробированием — селектор-мультиплексор на 8 каналов — сдвоенный цифровой селектор-мультиплек-
SN74155 SN74173 сор 4—1 — сдвоенный дешифратор-мультиплексор 2—4 — 4-разрядный регистр с тремя состояниями на входе
SN74174 SN74175 SN74176 — шесть синхронных D-триггеров — четыре D-триггера — десятичный счетчик с предустановкой
173
Продолжение прилож, 6
SN74177 SN74178 SN74179 SN74180 «—двоичный счетчик с предустановкой — 4-разрядный сдвигающий регистр — 4-разрядный сдвигающий регистр — 8-разрядная схема контроля четности н не- четности
SN74184 — преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный
SN74190 — синхронный реверсивный десятичный счет- чик
SN74192 SN74193 — двоично-десятичный реверсивный счетчик — 4-разрядный двоичный реверсивный счет- чик
SN74194 SN74199 SN74240 — 4 разрядный универсальный регистр сдвига — 8-разрядный сдвигающий регистр — 8-канальный магистральный буферный уси-
SN74241 литель с тремя состояниями и инверсией — 8-канальный магистральный буферный уси- литель с тремя состояниями без инверсии
SN74242 SN74243 SN74244 — 4-линейный передатчик — 4-линейный передатчик — 8-канальный однонаправленный шинный
SN74245 формирователь — 8-канальный двунаправленный шинный фор-
SN74LS266 мирователь — четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ с открытым коллекто-
SN 74273 SN74279 SN74283 ром — 8-разрядный D-триггер со сбросом — четыре RS-триггера — 4-разрядный двоичный полный сумматор с ускоренным переносом
Содержание
Предисловие к русскому изданию..........................
Предисловие.............................................
Глава 1. Введение в интегральные схемы .....
1.1. Интегральные схемы.............................
1.2. Логические семейства..........................
1.3. Блоки питания .................................
1.4. Поиск неисправностей в блоке питания ....
Глава 2. Основные логические элементы .....
2.1. Логические диа1раммы .........................
2.2. Цифровые сигналы...............................
2.3. Тристабильная логика...........................
2.4. Логические уровни
2.5. Запас помехоустойчивости ......................
2.6. Логические элементы........................ .
2.7. Таблицы истинности.............................
2.8. Схема охранной сигнализации ...................
2.9. Прослеживание логических состояний ....
Глава 3. Моностабильные и бистабильные схемы . . «
3.1. Моностабильные схемы . ...................
3.2. Расширители импульсов..........................
3.3. Я£-трнггеры ...................................
3.4. /К-триггеры ...................................
3.5. Двоичные счетчикн/делителн.....................
3.6. Регистры сдвига................................
3.7. Логические пульсаторы .........................
Глава 4. Таймеры . . ................
4.1. Таймер 555 .................................
4.2. Семейство таймеров 555'.....................
4.3. Поиск неисправностей в схемах с таймерами
Глава 5. Микропроцессоры................................
5.1. Внутренняя архитектура.........................
5.2. Линии управления ..............................
5.3. Микропроцессорные системы......................
5.4. Поиск неисправностей в микропроцессорах
5.5. Логический анализатор...................
Глава 6. Полупроводниковая память.......................
6.1. Постоянные запоминающие устройства ....
6.2. Запоминающие устройства с произвольной выборкой
6.3. Дешифрирование адреса.........................
6.4. Практические схемы ЗУПВ........................
6.5. Поиск неисправностей в полупроводниковой памяти
Глава 7. Микросхемы для ввода-вывода....................
7.1. Требования к вводу-выводу .......
7.2. Способы организации ввода-вывода..............
7.3. Параллельный и последовательный ввод-вывод
7.4. Методы управления вводом-выводом..............
7.5. Микросхемы параллельного ввода-вывода . . -
7.6. Микросхемы последовательного ввода-вывода
7.7. Поиск неисправностей в микросхемах ввода-вывода
3
4
5
5
7
9
12
13
14
14
15
15
16
16
19
19
20
22
22
25
26
29
30
31
32
34
36
39
40
43
45
48
49
51
55
56
57
61
64
67
70
71
71
73
74
76
77
79
83
175
Глава 8. Интерфейсы...............................а §4
8.1. Интерфейс RS-232C .................< * • 84
8.2. Виды сигналов в интерфейсе RS-232C .... 88
8.3. Тестовое оборудование для интерфейса RS-232G « 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 . . 8 97
Глава 9. Микропроцессорные шины.............................97
9.1. Шина STE......................................... 97
9.2. Поиск неисправностей в шинных системах . . , 103
Приложение 1, Справочные данные по микросхемам . 105
Приложение 2 Самодельные приборы . . ... 118
П2.1. Инструменты и приборы............................118
П2.2. Стабилизированный блок питания 118
П2.3. Логический пробник........................... * 123
П2.4. Логический пульсатор....................* I 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 * . . ’ i 149
П2.10. Цифровой счетчик-частотомер . . * е . . 155
Приложение 3. Осциллограф 163
Приложение 4. Таблица обозначений основных логиче-
ских элементов ...................................... 166
Приложение 5. Указатель зарубежных изделий электрон-
ной техники и нх отечественных аналогов . 167
Приложение 6. Функциональное назначение зарубежных
изделий 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 Г. А. Полонская
ИБ № 3219
Сдано в набор 31,08,89. Подписано в печать 22.01.90. Формат 84X108Vsr
Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 9,24. Усл. кр.-отт. 9,45. Уч.-изд. л. 9,22. Тираж 310 000 экз.
Заказ № 391. Цена 60 к.
Энергоатомиздат. 113114 Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Владимирская типография Госкомитета СССР по печати,
600000, г, Владимир, Октябрьский проспект, Д. Z