Простейшие цифровые устройства. Часть 3

Рейтинг: 5 / 5

Подробности: Категория: Практические советы; Опубликовано: 25.03.2018 19:53; Просмотров: 5634

Понравилась статья - поделись с друзьями

Андрей Белый, г. Киев
6 этой статье мы рассмотрим такие популярные цифровые ИМС, как регистры сдвига, счетчики, дешифраторы и коммутаторы.

Описать все многообразие цифровых ИМС в одном цикле статей весьма затруднительно, из-за их очень широкой номенклатуры. Поэтому ограничимся рассмотрением ИМС КМОП логики популярных среди радиолюбителей серий К561 /К1561 и КР1544 (далее кратко - К561), об основных параметрах которых рассказывалось в предыдущей статье (см. РАЗ/2012).
В состав ИМС этих серий входят такие основные группы цифровых микросхем:
• логические элементы;
• триггеры;
• магистральные приемопередатчики и формирователи сигналов;
• мультиплексоры (коммутаторы);
• регистры;
• счетчики;
• дешифраторы.
Логические элементы и триггеры
Они были рассмотрены в предыдущих статьях цикла «Радиошкола». Отметим только, что кроме отдельных JK- и D-триггеров в состав серии К561 входят также ИМС, содержащие 4 или 6 D-триггеров с общим тактовым входом С.
Магистральные приемопередатчики и формирователи сигналов
Представляют собой специализированные ИМС, применяемые для организации компьютерных сетей или для связи между удаленными друг от друга цифровыми устройствами. В радиолюбительской практике они применяются не очень широко. Например, ИМС КР1544АП6 представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик, выходы которого имеют 3 состояния. Т.е. он позволяет передавать цифровую информацию по 8 линиям, причем в двухстороннем режиме как от цифрового блока 1 к блоку 2, так и наоборот. При этом ИМС обладает выходом с тремя состояниями, т.е. при подаче на ее вход «выбор кристалла» лог. «0» ее выходы переходят в неактивное состояние. Это позволяет подключать к одной и той же линии передачи несколько выходов разных ИМС.
Коммутаторы
Выполненные на КМОП ИМС интересны тем, что просто соединяют свой выход с заданным входом, т.е. могут передавать как входной сигнал на выход, так и выходной на вход. В этом они напоминают коммутаторы, выполненные на электромагнитных реле. Еще одна особенность КМОП-коммутаторов - это то, что они подобно релейным коммутаторам могут коммутировать как цифровые, так и аналоговые сигналы, так как содержат двунаправленные КМОП-ключи. Для коммутации аналоговых сигналов ИМС надо питать от двухполярного источника напряжением ±2,5...7,5 В. При питании от источника ±7,5 В такие ИМС способны без искажений коммутировать аналоговые сигналы с амплитудой до 5...6 В.
Наиболее популярные КМОП-коммутаторы следующие:
К561КП1 - 2 четырехканальных коммутатора с общим управлением в одном корпусе;
К561КП2 - восьмиканальный коммутатор.
Графическое обозначение этих ИМС показано на рис.1.
Особенностью этих ИМС является то, что вход, который коммутируется на выход ИМС, выбирается с помощью подачи на адресные входы ИМС двоичного кода. Алгоритм работы ИМС К561КП1 приведен в табл.1.

При этом коммутация проис-ходит, только если на вход V ИМС подан сигнал лог. «0». Если на вход V подан сигнала лог. «1», то все каналы ИМС заперты. Это позволяет соединять ИМС коммутаторов по выходу, и при этом исключить их взаимное влияние.
Регистры
Они широко используются в цифровой технике для преобразования информации, содержащейся в последовательном коде, в параллельный код и наоборот, а также для построения логиче-ско-арифметических устройств. В любом микроконтроллере (МК) имеется большое количество регистров, используемых для работы МК по заданной программе. В серии К561 также имеются регистры в виде отдельных ИМС. Кратко рассмотрим их.
К561ИР2 - это два 4-разрядных регистра с последовательной записью информации (рис.2).

По каждому положительному перепаду сигнала на его входе С он записывает на свой выход 1 информацию, которая в этот момент присутствует на входе D. При этом имевшаяся до этого информация на выходе 1 переписывается на выход 2, с выхода 2 - на выход 3, с выхода 3 - на выход 4. Таким образом, регистр может преобразовывать последовательный 4-разрядный код, поступающий на вход D, в параллельный на его выходах 1-4.
К561ИР6 - это 8-разрядный универсальный двунаправленный регистр, позволяющий передавать информацию с его входов на выходы и наоборот.
К561ИР9 - это 4-разрядный последовательно-параллельный регистр. Он позволяет производить независимо параллельную или последовательную запись информации и последовательное или параллельное считывание имеющейся в нем информации (табл.2). В табл.2 обозначены:
* - любое состояние;
tn-1 - состояние до фронта импульса по входу с;
tn - состояние после переднего фронта импульса по входу С.
Поскольку регистры находят ограниченное применение в радиолюбительских разработках, мы их подробно рассматривать не будем.

Счетчики
Наряду с логическими элементами и триггерами эти ИМС находят самое широкое применение у радиолюбителей. Очень часто использование нескольких счетчиков, триггеров и коммутаторов позволяет построить устройство, выполняющее те же функции, что и МК, но без возни с написанием и отладкой программы.
Так как каждый выход счетчика может иметь состояние или 0, или 1, то 4-разрядный счетчик может последовательно изменять свое состояние от 0000 до 1111. Принято, что справа пишут состояние младших разрядов счетчика, а слева - старших. Т.е. состояние 0011 соответствует десятичным «3» (2+1=3), а состояние 0101 - десятичным «5» (4+1=5).
Отменим, что существуют двоичные и двоично-десятичные счетчики. Разница между ними в том, что двоичный 4-разрядный счетчик имеет 16 выходных состояний. Двоично-десятичный счетчик также имеет 4 разряда, однако его состояния (всего 10) возможны только от 0000 до 1001. После поступления 10 импульса он не переключается, как двоичный, в состояние 1010 (10 в двоичном коде), а сбрасывается в 0000. Таким образом, каскад, из нескольких двоично-десятичных счетчиков, подсчитывая входные импульсы, переводит их в привычную для нас десятичную систему исчисления.
Важно отметить, что кроме счетчиков, последовательно подсчитывающих поступающие на их вход импульсы, есть также и реверсивные счетчики, увеличивающие или уменьшающие свое состояние в соответствие с сигналом, поданным на его специальный вход. Есть также счетчики, работающие или как двоичные, или как двоично-десятичные, в зависимости от сигналов на их входах. К561ИЕ8 - десятичный счетчик с дешифратором (рис.3).

В зависимости от количества поступивших на его вход импульсов, только на одном из его выходов 0-9 будет сигнал лог. «1». Остальные выходы будут в состоянии лог. «0». Лог. «1» по входу R сбрасывает счетчик в состояние «0». Счетчик переключается положительным перепадом по входу С если СЕ = лог. «0», или отрицательным перепадом по входу СЕ, если С = лог. «1».
К561ИЕ10 - два независимых 4-разрядных двоичных счетчика в одном корпусе. Сигналы по входам R, С и СЕ управляют счетчиком так же, как для ИМС К561ИЕ8, однако выходная информация счетчика представлена в двоичном коде. Таким образом, включив последовательно оба счетчика, входящих в состав ИМС 561ИЕ10, мы получим счетчик на 16x16=256.
К561ИЕ11 - достаточно сложный и интересный 4-разрядный реверсивный двоичный счетчик.
Кроме входа установки в 0 - R, счетчик имеет входы параллельной записи информации во все его разряды - D1-D4. При подаче на вход РЕ лог. «1» информация с входов D1-D4 заносится в счетчик. Это позволяет, например, использовать счетчик как делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Счетные импульсы подаются на вход С счетчика. Если на вход ±1 подана лог. «1», счетчик суммирует импульсы по входу С, если лог. «0» - вычитает из своего содержимого.
Для каскадирования счетчиков имеются специальные выводы - CI и С0. Соединив их, как показано на рис.4, мы получим многоразрядный счетчик, разряды которого переключаются синхронно с входными импульсами. Т.е. эта ИМС позволяет при каскадировании получать синхронный счетчик с произвольным количеством разрядов (определяется числом использованных ИМС).

Для этого К561ИЕ11 имеет выход переноса С0 (сигнал лог. «1» на нем появляется, когда счетчик находится в состоянии 1111) и вход переноса CI. Работает она так: при наличии сигнала переноса С0 = лог. «1» на выходе DD1, который соединен с входом переноса DD2 CI, передний фронт тактового импульса синхронно устанавливает DD1 в 0000, а содержимое DD2 увеличивает на 1. Т.е. если состояние DD2 было 0110, то синхронно с переключением DD1 из 1111 в 0000 D2 переключится в 0111.
Элементы R1 и С1 сбрасывают DD1 и DD2 в нулевое состояние при включении напряжения питания.
Входы DD1-DD4 ИМС D1 и D2 предназначены для записи в них начального значения, от которого пойдет счет импульсов. Это позволяет реализовывать счетчик с произвольным коэффициентом деления входных импульсов. Запись данных по входам DD1-DD4 производится сигналом лог. «1» по входу РЕ, аналогично как в блок из D-триггеров. Чтобы счетчик производил подсчет импульсов по входу С, сигнал РЕ должен быть равен лог. «О». Если входы DD1-DD4 не планируется использовать, то их надо соединить с общим проводом источника питания.
Ни в каких устройствах на КМОП ИМС нельзя неиспользуемые входы ИМС оставлять «висеть в воздухе». Их надо обязательно подключить к «плюсу» или к общему проводу источника питания!
К561ИЕ14 - 4-разрядный реверсивный счетчик. Работает аналогично К561ИЕ14, однако вместо входа R (выв. 10) у него имеется вход выбора режима двоичный счетчик или двоично-десятичный. Если на выв. 10 счетчика подан лог. «0» - он работает как двоично-десятичный счетчик, если лог. «1» - как двоичный счетчик.
Дешифраторы
Как таковых специальных ИМС дешифраторов всерии К561/К1561 нет, поскольку их функции могут быть выполнены ИМС коммутаторов К561КП1 ИК561КП2.
Желающие могут скачать полный цикл статей в формате pdf