Дудко алексей львович захаров валерий николаевич




НазваниеДудко алексей львович захаров валерий николаевич
страница7/22
Дата26.12.2012
Размер3.11 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   22


Аналогичным образом осуществляется составление и других программ, которые читатель встретит в этой книге. Отметим еще раз, что при написании программы совсем не обязательно прибегать вначале к составлению ее операторной схемы. При некотором навыке программа легко может быть составлена сразу после небольшого анализа условий сформулированной задачи.

Перейдем теперь к рассмотрению работы конкретных схем отдельных функциональных блоков ПМ-ЭВМ, назначение кото­рых было определено ранее.


5


ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МИКРОСХЕМЫ


5.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ


В последующих главах будет по­дробно описано устройство и функционирование ПМ-ЭВМ и ее блоков. Для понимания этих глав необходимо познакомиться с работой отдельных микросхем, из которых построены блоки ПМ-ЭВМ.


Рис. 5.1. Внешний вид микросхемы в корпусе с двухрядным расположе­нием выводов


Интегральная микросхема - микроэлектронное изделие, вы­полняющее определенную функцию преобразования и обработ­ки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электриче­ски соединенных элементов. Полупроводниковый кристалл, в объеме и на поверхности которого созданы элементы, состав­ляющие микросхему, обычно помещается в корпус. Корпуса микросхем бывают самых разнообразных форм и изготовля­ются из керамики, пластмассы, металла и т. д. В ПМ-ЭВМ будут использоваться микросхемы в прямоугольных пластмассовых корпусах (рис. 5.1) с двухрядным расположением выводов. Принято обозначать выводы микросхем арабскими цифрами и буквами русского и латинского алфавитов. При этом для корпусов всех типов используется общее соглашение по обо­значению номеров выводов, практически не имеющее исклю­чений. У вывода номер один ставится маркирующая точка, которая называется ключом. Начиная от этой точки номера выводов будут возрастать при обходе их против часовой стрел­ки. На условных графических изображениях микросхем эти номера выводов проставляются над линиями, изображающими выводы. Принято также присваивать выводам буквенные обо­значения в соответствии с названиями выполняемых выводамифункций. Существуют две системы буквенных обозначений: отечественная (буквами русского алфавита) и международная (буквами латинского алфавита). В этой книге будет применять­ся международная система, так как она широко используется во многих отечественных и переводных книгах по электронике и микро-ЭВМ. Выводы будут обозначаться в тексте буквами или номерами (если не принято данный вывод обозначать буквой) при описании микросхем и номерами — при описании электрон­ных схем, чтобы избежать двусмысленности этих описаний.


5.2. ТТЛ-ВХОДЫ И ТТЛ-ВЫХОДЫ


Цифровые микросхемы выпол­няют преобразование сигналов, изменяющихся дискретно. Такой сигнал может принимать несколько фиксированных значений. Современные микросхемы, как правило, работают с сигналами, которые имеют два значения, и эти значения кодируются двумя различными уровнями напряжения. Обычно эти уровни напря­жения расположены в диапазоне от нуля до напряжения источ­ника питания и различны для серий микросхем, отличающихся по технологии изготовления. Широкое распространение в настоя­щее время получили микросхемы, изготовленные по ТТЛ-тех­нологии, и поэтому часто микросхемы, изготовленные по дру­гим технологиям, имеют выводы с такими же характеристиками и работают с такими же уровнями напряжения (в частности, все микросхемы, применяющиеся в ПМ-ЭВМ). Для того чтобы подавать сигналы с микросхем, имеющих одни уровни напряже­ния, на микросхемы с другими уровнями напряжения, применя­ются специальные преобразователи уровня.

Вывод микросхемы, на который сигнал необходимо подавать, называется входом (для ТТЛ-микросхем - ТТЛ-входом), а вывод, на котором сигнал вырабатывается самой микросхе­мой, называется выходом (для ТТЛ-микросхем - ТТЛ-выхо­дом). В этом параграфе будут подробно рассмотрены характе­ристики ТТЛ-входов и ТТЛ-выходов.

Входные и выходные уровни напряжения ТТЛ-микросхем имеют определенные значения. Высокий уровень напряжения должен лежать в пределах от +2,4 до +5 В для ТТЛ-выхода и в пределах от +2 до +5 В для ТТЛ-входа, а низкий уровень -от 0 до +0,4 В для ТТЛ-выхода и от 0 до +0,8 В для ТТЛ-входа. Между нижней границей для более высокого уровня и верх­ней границей для более низкого уровня напряжения ТТЛ-входа имеется диапазон напряжения (от 0,8 до 2 В) шириной 1,2 В. Этот диапазон предназначен для защиты микросхемы от лож­ных срабатываний при помехах амплитудой менее 1,2 В. Если бы его не было, то любая малая помеха приводила бы к тому, что напряжение сигнала попадало бы из области низких напря­жений в область высоких (или наоборот). В этом диапазоне напряжение сигнала может находиться только в момент пере­ключения с одного уровня напряжений на другой.

Как известно, переменные в логике могут принимать два значения - 0 и 1. Возможны два способа кодировки этих зна­чений. Первый способ - это кодировать 0 низким уровнем на­пряжения, а 1 - высоким уровнем напряжения. Такой способ кодировки называется позитивной (иногда положительной) логикой. Второй способ - кодировать 0 высоким уровнем, а 1 - низким уровнем напряжения. Такой способ кодировки называется негативной (иногда отрицательной) логикой. Эти названия общеприняты, хотя не совсем удачны. Во-первых логика здесь ни при чем (она одинаковая, разные только спо­собы кодировки), а во-вторых, слова "позитивный" и "не­гативный" применяются для обозначения способов кодировки с помощью разных уровней напряжения одной полярности. В дальнейшем для краткости вместо слов "сигнал имею­щий высокий (низкий) уровень напряжения" будут употреб­ляться слова "сигнал высокого (низкого) уровня" или просто высокий (низкий) уровень", и так как в этой книге принята положительная логика, то будут также употребляться слова "уровень логического нуля (единицы)".


Рис. 5.2. ТТЛ-вход и схема для снятия ха­рактеристики




Рис. 5.3. Характеристи­ка ТТЛ-входа


ТТЛ-вход является эмиттером многоэмиттерного транзисто­ра (рис. 5.2). Диод к эмиттеру подключен для того, чтобы огра­ничивать отрицательные импульсы напряжения. Если поставить эксперимент, изображенный на рис. 5.2, то можно получить входную характеристику ТТЛ-входа, т. е. зависимость тока от подаваемого напряжения (рис. 5.3). Ветви 1 соответствует ток, вытекающий в ТТЛ-вход, который в этом случае работает как р-п переход, включенный в обратном направлении, и поэтому значение тока невелико. Этот ток обозначается обычно I1вх. Ветви 2 соответствует ток, который вытекает из ТТЛ-входа, работающего как р-п переход, включенный в прямом направ­лении. В этом случае ток ограничивается сопротивлением R. Этот ток обозначается I0вх. В диапазоне напряжений, соответст­вующем высокому уровню, I1вх должен быть не больше 0,1 мА, а в диапазоне, соответствующем низкому уровню, I0вх должен быть не больше 1,6 мА. Направления I0вх и I1вх показаны стрел­ками на рис. 5.2. Вход с такими характеристиками называется стандартным ТТЛ-входом или стандартной ТТЛ-нагрузкой.


Рис. 5.4. ТТЛ-выход




Рис. 5.5. Схема снятия характеристики ТТЛ-выхода при высоком уровне напряжения (а); характеристика (б)


ТТЛ-выходы бывают трех типов: нормальный ТТЛ-выход, выход с открытым коллектором и выход с тремя состояниями. Схема нормального ТТЛ-выхода приведена на рис. 5.4. Для того чтобы создать на выходе высокий уровень напряжения, с помощью внутренних управляющих цепей открывается верх­ний транзистор и закрывается нижний. Если поставить экспери­мент по схеме, изображенной на рис. 5.5,л, то можно снять вы­ходную характеристику ТТЛ-выхода при высоком уровне на­пряжения (рис. 5.5,6). Из этой характеристики видно, что с возрастанием вытекающего тока I1вых напряжение на выходе уменьшается. Стандартный ТТЛ-выход должен обеспечивать при I1вых, равном 1 мА, высокий уровень напряжения (не мень­ше+2,4 В).




Рис. 5.6. Схема снятия характеристики ТТЛ-выхода при низком уровне напряжения (а); характеристика (б)


Для того чтобы создать на выходе напряжения низкого уров­ня, с помощью внутренних управляющих цепей открывается нижний транзистор и закрывается верхний. Схема, с помощью которой можно снять выходную характеристику ТТЛ-выхода, и сама характеристика приведены на рис. 5.6. Из этой характе­ристики видно, что с возрастанием втекающего тока напряже­ние на ТТЛ-выходе, находящемся в состоянии низкого напряжения, увеличивается. Стандартный ТТЛ-выход должен обеспе­чивать при I0вых, Равном 16 мА, высокий уровень напряжения (не более 0,4 В). Если теперь сравнить входные и выходные токи, то видно, что к одному стандартному ТТЛ-выходу можно подключить, не перегружая его, 10 стандартных ТТЛ-входов. Иногда используют термин "нагрузочная способность" выхода или "коэффициент разветвления по выходу", измеряющийся числом входов, которые можно подключить к данному выходу.

Диод между эмиттером верхнего транзистора и коллектором нижнего транзистора включен для того, чтобы избежать откры­вания верхнего транзистора при низком уровне напряжения на выходе. При переключении выходных транзисторов в какой-то момент времени они оба оказываются открытыми и ток через них резко возрастает (в этот момент ток ограничивается толь­ко резистором К). Резкое возрастание тока может создать им­пульс помехи, распространяющейся по цепям питания. Для подавления таких помех используются развязывающие конден­саторы, которые включаются между линией питания и общим выводом в непосредственной близости от микросхемы. Развя­зывающий конденсатор должен быть один на группу не более 10 микросхем и должен иметь емкость не менее 0,002 мкФ на микросхему.

Два нормальных ТТЛ-выхода нельзя подключать друг к дру­гу, если возможна ситуация, когда на одном выходе высокий, а на другом — низкий уровень напряжения, потому что тогда ток, протекающий через открытые транзисторы разных ТТЛ-вы­ходов, может превысить допустимое значение.




Рис. 5.7. Выход с открытым кол­лектором



Рис. 5.8. Соединение нескольких вы­ходов с открытым коллектором


Второй тип ТТЛ-выхода — это так называемый выход с от­крытым коллектором. Как следует из названия, выход такого типа представляет собой коллектор транзистора (рис. 5.7). Для того чтобы обеспечить нормальную работу этого выхода, его необходимо соединить через резистор с положительным полюсом источника питания. Тогда если транзистор закрыва­ется с помощью внутренних управляющих цепей, то напряже­ние на выходе больше +2,4 В, что достаточно для создания стандартного высокого ТТЛ-уровня; если же транзистор откры­вается, то напряжение на выходе падает до стандартного низкого ТТЛ-уровня. При закрытом выходном транзисторе ток I1вых течет от положительного полюса источника питания через рези­стор R, при открытом транзисторе ток I0вых течет через транзи­стор. Резистор R рассчитывается так, чтобы обеспечить необхо­димые значения токов I0вых и I1вых.

В отличие от стандартных ТТЛ-выходов выходы с открытым коллектором можно соединять друг с другом (рис. 5.8). В этом случае высокий уровень напряжения поддерживается в точке соединения только тогда, когда закрыты транзисторы всех выходов, поэтому в этой точке реализуются логическая функ­ция И при позитивной логике и логическая функция ИЛИ при негативной логике. Такая схема часто называется "монтажное И" или "монтажное ИЛИ" в зависимости от используемой логики.

Третий тип ТТЛ-выходов - это выходы с тремя состояниями или, как их еще называют, выходы с третьим состоянием высо­кого сопротивления (или просто выходы с третьим состоя­нием). В отличие от нормальных ТТЛ-выходов оба выходных транзистора такого выхода с помощью внутренних управляю­щих цепей могут быть закрыты. В этом случае через них может протекать лишь небольшой ток утечки (обычно несколько мик­роампер) и говорят, что выходы находятся в отключенном со­стоянии или в состоянии высокого сопротивления. Для пере­вода выходов микросхемы в состояние высокого сопротивле­ния, как правило, имеется специальный управляющий вход, или если этот переход происходит вследствие каких-либо не­управляемых внутренних процессов, то имеется специальный выход, состояние которого показывает, переведены ли в со­стояние высокого сопротивления другие выходы. Выходы с третьим состоянием сконструированы специально для того, чтобы можно было подключать несколько выходов для управ­ления состоянием одной линии. Когда несколько выходов с третьим состоянием подключены к одной линии, то в опреде­ленный момент времени только один из них может управлять состоянием этой линии (т. е. создавать на ней уровень высо­кого или низкого напряжения). Остальные выходы должны находиться в состоянии высокого сопротивления. В этом со­стоянии они не создают дополнительную нагрузку на транзи­сторы работающего выхода. Естественно, что это требует спе­циальных электронных схем, которые управляют тем выхо­дом, который должен работать в какой-либо определенный момент времени.

Вывод микросхемы может быть входом или выходом и, кроме того, может совмещать эти функции. Это достигается путем объединения внутри микросхемы входов и выходов с тремя состояниями или открытым коллектором. Для управ­ления таким выводом у микросхемы имеется специальный вход, в зависимости от сигнала на котором вывод работает как ТТЛ-вход или как ТТЛ-выход в разные моменты време­ни. Ниже будут встречаться микросхемы со всеми разобран­ными типами выводов. Нормальные ТТЛ-входы и ТТЛ-выходы в дальнейшем будем называть просто входами и выходами, а во всех остальных случаях будем указывать определенный тип вывода.


5.3. ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ


Электрические сигналы, которые соответствуют определенным логическим состояниям, можно наблюдать на выводах работающих микросхем с помощью осциллографа или логического пробника. На рис. 5.9,а показано изображение на экране осциллографа электрического сигнала с вывода цифровой микросхемы. Ось времени располагается горизонтально, а ось напряжений — вертикально. Время увели­чивается слева направо, т. е. из двух событий правее окажется более позднее. Такое расположение и направление оси времени традиционны и используются во всех осциллографах.



Рис. 5.9. Дискретный сигнал:

а - на экране осциллографа; б - условное графическое изоб -ражение


Электрические сигналы с выводов цифровых микросхем принято изображать в процессе их изменений во времени (рис. 5.9,6). Такие условные графические изображения назы­ваются временными диаграммами. На временных диаграммах не наносятся оси напряжения и времени. Нулевая отметка вре­мени также не наносится, так как большинство процессов пе­риодически повторяется и достаточно изобразить интервал вре­мени немного большим периода повторения, чтобы диаграмма содержала всю необходимую информацию о происходящем процессе.

Приведем некоторые соглашения, которые используются при изображении сигналов на временньгх диаграммах. Высокий уро­вень изображается, как показано на рис. 5.10,я, состояние вы­сокого сопротивления - как на рис. 5.10,в, низкий уровень -как на рис. 5.10,6. Штриховые линии на этих рисунках приведе­ны только для сравнения и обычно не наносятся. На рис. 5.11 показано, как изображается переход с одного уровня на другой. Переход от низкого уровня к высокому называется фронтом, а от высокого к низкому — срезом. Иногда употребляют также термины "нарастающий и спадающий фронт", "передний и зад­ний фронт", "положительный и отрицательный фронт" и некото­рые другие. Если переход от одного уровня к другому происхо­дит не в конкретный момент времени, а может произойти в лю­бой момент времени в течение некоторого интервала времени, то это изображается как на рис. 5.12.



Рис. 5.10. Изображение уров­ней напряжения:

а — высокий; б — низкий; в — состояние высокого со­противления



Рис. 5.11. Изображение фрон­тов:

а - фронт; б - срез



Рис. 5.12. Изображение фронтов в неопределенный момент вре­мени



Рис. 5.13. Изображение зависи­мости одного сигнала от дру­гого


Изменение одного сигнала может быть причиной изменения другого сигнала. Если изменение вызывается фронтом сигнала, то это изображается как на рис. 5.13,я, если уровнем сигнала -то как на рис. 5.13,6. При этом кружок отмечает тот элемент сигнала, который вызывает изменение, а стрелка указывает на изменение зависимого сигнала. Изменение одного сигнала мо­жет быть причиной изменений нескольких сигналов, тогда это изображается, как показано на рис. 5.14, и наоборот, измене­ние некоторого сигнала может вызываться только определен­ными изменениями нескольких других сигналов (рис. 5.15).



Рис. 5.14. Изображение зависи­мости нескольких сигналов от одного





Рис. 5.15. Изображение зависи­мости одного сигнала от не­скольких других

Рис. 5.16. Изображение неопре­деленного сигнала


Если уровень на входе микросхемы не влияет никак на ее работу или уровень на выходе не определен (не устанавлива­ется), то это изображается так, как показано на рис. 5.16. Если необходимо изобразить на временной диаграмме состояния и Фронты нескольких сигналов, которые ведут себя одинаково с точки зрения переключений, но могут иметь разные уровни, то это делается так, как показано на рис. 5.17. Длительности интервалов времени между какими-либо изменениями сигналов изображаются с помощью букв или цифр на выносных линиях (рис. 5.18). На этом же рисунке показано, где пишутся буквен­ные обозначения сигналов (слева рядом с соответствующей временной диаграммой).



Рис. 5.18. Изображение времен­ных интервалов



Рис. 5.17. Изображение несколь­ких сигналов, ведущих себя идентично с точки зрения пере­ходов с уровня на уровень


5.4. МИКРОСХЕМЫ, РЕАЛИЗУЮЩИЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ


В этом и следующем парагра­фах будут описаны микросхемы, используемые в ПМ-ЭВМ. Как правило, инженеров, имеющих дело с микросхемами, не интересует их внутреннее устройство, их интересуют только выполняемые ими функции и характеристики входов и выхо­дов. Функции микросхем будут описываться с помощью таблиц, в которых будут указываться входные и выходные комбинации сигналов низкого и высокого уровней. Сигнал низкого уровня будет обозначаться буквой L, высокого — буквой Н, фронт — стрелкой t, срез — стрелкой 4. Если сигнал никак не влияет на работу микросхемы в каком-либо режиме, он будет обозна­чаться символом X. Для описания работы микросхем будут также применяться таблицы истинности и временные диаграм­мы. Для каждой микросхемы будет приводиться ее условное графическое изображение. Номера выводов, на которые пода­ется напряжение питания, и номера общих выводов перечис­лены в приложении 3.




Puc. 5.19. Микросхема К5 89АП16



Рис. 5.20. МикросхемаК589АП16 как двунаправленный буфер


Микросхема К589АП16 (рис. 5.19). Эта микросхема содер­жит четыре элемента, каждый из которых предназначен для организации одной линии двунаправленной шины передачи данных и называется шинным формирователем. Все четыре элемента имеют общие управляющие входы CS и S. Каждый элемент имеет вход А, выход С с тремя состояниями и вы­вод В, который работает как вход или как выход с тремя со­стояниями. Когда на управляющем входе CS высокий уро­вень, выходы С и В находятся в отключенном состоянии (табл5.1).

Если на входе CS низкий уровень, то сигналом на входе S можно управлять направлением передачи. При низком уровне на входе S сигнал передается от входа А на выход В, т. е. уровень сигнала на выходе такЬй же, как и на входе. Выход С при этом находится в отключенном состоянии. При высоком уров­не на входе S сигнал передается от входа В к выходу С, а вы­ход В находится в отключенном состоянии. Таким образом, вывод В может работать и как вход для выхода С, и как выход для входа А, и его можно использовать для организации одной линии двунаправленной шины для передачи данных. Выводы А и С можно соединять друг с другом (рис. 5.20), тогда эти вы­воды можно также использовать как одну двунаправленную линию, направлением передачи по которой, управляет вход S.


Таблица5.1

Уровень сигнала на управляющих входах сигнала


Направление передачи

Выход в от­ключенном

CS

S

от входа

к выходу

состоянии

Н L L

X

L Н

Нет А В

Нет В С

В, С С В
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   22

Похожие:

Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconРазвитие высших форм запоминания 1 Леонтьев Алексей Николаевич
Леонтьев Алексей Николаевич (5 февраля 1903 — 21 января 1979) — советский психолог, доктор психологических наук, профессор, академик...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconСвидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ регистрационный номер: 2011618 693 ( 08. 1 2011) Заявка: 2011616 954 ( 19. 0 2011)
Алексеевич, Липов Денис Игоревич, Петрик Алексей Николаевич, Лобанов Павел Сергеевич, Семенов Роман Александрович, Киселев Алексей...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconРеферат Авторы: Захаров Михаил Юрьевич, Виноградов Кирилл Евгеньевич, Кренев Александр Николаевич
Образования "Ярославский государственный университет имени П. Г. Демидова" 150000, г. Ярославль, ул. Советская, 14
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconАлексей Николаевич Толстой Гиперболоид инженера Гарина
Этот роман написан в 1926–1927 годах. Переработан, со включением новых глав, в 1937 году
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconЛекции по общей психологии
Алексей Николаевич Леонтьев (1903-1979) выдающийся советский психолог, действительный член апн рсфср, доктор педагогических наук,...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconРазработка принципов однопроходной прокатки изделий из волокнистых композиционных материалов
Мануйлов Виталий Федорович, Соколов Алексей Викторович, Нуждин Виталий Николаевич, Преображенский Евгений Владимирович
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconВасилий Александрович Токарев П. Михайлов Игорь Львович Андреев Вячеслав Николаевич Козляков День народного единства: биография праздника
Книга посвящена драматичным событиям российской истории XVII в. – Смутному времени. На основе широкого круга источников и литературы...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconКонтрольная работа по литературе в 7 классе
Мать, Надежда Осиповна, была правнучкой Ганнибала. Александр Львович литературой не увлекался, а вот его брат, Сергей Львович,- был...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconПроисхождение Александра Сергеевича Пушкина
Сергей Львович (1767—1848), светский острослов и поэт-любитель, дядя по отцу, Василий Львович (1766—1830), был известным поэтом круга...
Дудко алексей львович захаров валерий николаевич iconАлексей Николаевич Толстой Гиперболоид инженера Гарина
«Аэлита. Гиперболоид инженера Гарина»: Гос уч пед из во Министерства просвещения бсср; Минск; 1959
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница