2.5. Некоторые распространенные схемотехнические решения

При построении схем специальных вычислителей часто приходится решать схемотехнические вопросы стандартного типа, но не входящие в структурно-логическую схему устройства. Например, инвертирование данных, формирование управляющих сигналов в заданные моменты времени и заданной длительности и т.д.

При выполнении вычислений часто необходимо с одного регистра считывать данные либо в прямом коде, либо в обратном. С этой целью наиболее просто использовать элемент, выполняющий логическую операцию “исключающее ИЛИ”. На один вход элемента подается информация с регистра, а на другой — управляющий сигнал А, если А=0, на выходе логического элемента получим содержимое регистра в прямом коде, а если А=1, на выходе элемента получим обратный код содержимого регистра.

Для формирования управляющих сигналов в нужное время и заданной длительности используют микросхемы одновибраторов. Наибольшее распространение получили микросхемы 155АГ1 и 155АГ3 и эквивалентные им в других ТТЛ - сериях. Микросхема 155АГ1 ─ одновибратор без повторного запуска, предназначенный для формирования импульса напряжения с заданными характеристиками. Для запуска микросхема имеет три входа: два входа управляются ТТЛ - сигналами (переходами 1-0) , один вход с триггером Шмитта управляется возрастающим напряжением со скоростью нарастания не менее 1В/сек. Формирование импульса с заданными временными параметрами осуществляется благодаря навесным элементам (конденсатор C и резистор R). Длительность импульса определяется формулой t = 0,7 RC . Максимальная длительность импульса 28с , если не устанавливать внешний конденсатор можно получить импульс минимальной длительности 30 нс. В микросхеме имеется встроенный резистор величиной 2 кОм.

а б

Рис.21. Подключение внешних элементов к микросхеме 155АГ1

Одновибратор 155АГ1 характеризуется высокой стабильностью длительности сформированного импульса: при изменении питающего напряжения и температуры окружающей среды в допустимых границах длительность выходного импульса изменяется не более чем на 0.5%.

На рис. 21,а показано подключение внешних резистора и конденсатора, а на рис. 21,б ─ подключение внешнего конденсатора при использовании встроенного в микросхему резистора (2 кОм). Если для запуска одновибратора используется один из входов А, то на другом входе А и на входе В должна быть установлена “1”. Если запуск осуществляется со входа В, то на одном из входов А должен быть установлен “0”, а состояние другого входа А безразлично. Микросхема 155АГ1 ─ одновибратор без повторного запуска; это означает, что во время формирования выходного импульса микросхема не реагирует на входные сигналы.

Микросхема 155АГ3 в одном корпусе содержит два независимо работающих одновибратора с повторным запуском. Имеется три управляющих входа: асинхронная установка выхода в нулевое состояние и два запускающих. Один из запускающих входов активен переходом 0-1 (на другой вход должен быть подан “0”) , другой вход активен переходом 1-0 (на первый вход должен быть подан единичный уровень). Внутренний резистор в этой микросхеме отсутствует, поэтому обязательно подключение внешних времязадающих резистора и конденсатора.

Длительность сформированного импульса для микросхемы 155АГ3 при С>1000пФ определяется соотношением

,

для микросхемы 555АГ3 при C>1000пФ

.

При С<1000пФ длительность импульса определяется по номограммам. Если в схеме используются RC - цепи для увеличения времени прохождения сигнала , то желательно, с целью получения четкого срабатывания следующего элемента, RC цепь нагружать на триггер Шмитта.

Для ввода информации широко используют различные клавиатуры. Рассмотрим схему простейшей десятичной клавиатуры.

Устройство должно при нажатии клавиши генерировать четырёхразрядный двоичный код клавиши, который должен сопровождаться импульсным сигналом (запрос прерывания ─ INTR). Десятичная клавиатура состоит из следующих функциональных блоков. На микросхеме DD1 выполнен генератор тактовой частоты с управляемым запуском. На микросхеме DD2 ─ 155АГ3 построен формирователь импульса запроса прерывания. Формирователь кода клавиши выполнен на микросхеме DD3 ─ 155ИЕ2, микросхема 155ИД1 ─ DD4 выполняет функции схемы сравнения.

Рис.22. Десятичная клавиатура

Работает схема следующим образом. При включении питания запускается и непрерывно работает генератор тактовых импульсов. Его сигналы поданы на вход счётчика 155ИЕ2, который в непрерывном режиме перебирает коды всех клавиш. Выходы счётчика поданы на входы дешифратора 155ИД1, который ставит в соответствие каждому значению кода сигнал низкого уровня на одном из своих выходов.

Если ни одна из клавиш не нажата, то на выходе DD2A имеем постоянно высокий уровень, т. к. параметры этого одновибратора выбраны таким образом, чтобы он постоянно находился в состоянии повторного запуска. При этом на входе второго одновибратора отсутствует запускающий сигнал и он не формирует импульс.

При нажатии какой - либо клавиши выход дешифратора подключается к управляющему входу тактового генератора. Это приводит к остановке генератора в момент когда значение кода будет соответствовать нажатой клавише. Счётчик переводится в режим хранения и на его выходах фиксируется значение кода нажатой клавиши. В момент остановки генератора перестают поступать запускающие сигналы на первый одновибратор и он заканчивает формирование импульса, т.е. на его выходе появляется переход 1-0, что приводит к запуску второго одновибратора. Следовательно, при неизменном состоянии выходов счётчика (фиксированное значение кода клавиши) появляется импульсный сигнал запроса прерывания.