.

Двунаправленная передача сигналов

Одновременная двунаправленная передача информации по одному кабелю. В дисплее VT100 (фирма DEC) использована схема, позволяющая передавать информацию одновременно в двух направлениях от двух независимых и не синхронизированных между собой источников (рис. 19.16). Схема содержит два одинаковых приемопередатчика, объединенных двухпроводной линией связи L. В табл. 19.1 показаны четыре возможные состояния устройства. Сигналы А, В, С и D представлены в табл. 19.1 логическими значениями, остальные сигналы представлены в виде приблизительных значений напряжений

 

Передача цифровых сигналов при наличии помех

Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации электронных схем является борьба со сбоями из-за помех. Такие помехи могут возникать как непосредственно на печатных платах, так и при передаче сигнала по кабелю. В тех случаях, когда цифровые сигналы должны передаваться по кабелю или между измерительными приборами, возникают специфические проблемы. Важную роль играет влияние емкостной нагрузки на высокочастотные сигналы, синфазные перекрестные помехи, а также на «эффекты длинной линии» (отражения от несогласованной нагрузки).

Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания на внутриплатных соединениях. Типовой проблемой появления помех на печатной плате является наличие токовых импульсов в цепях питания микросхем.

Дискретное управление нагрузкой от элементов ТТЛ и КМОП

С помощью логических элементов ТТЛ и КМОП достаточно просто управлять устройствами релейного типа, такими, как лампы или светодиоды, электромеханические реле, цифровые индикаторы, и даже коммутировать нагрузку в цепях переменного тока. Основная задача – согласовать токи и напряжения, необходимые для дискретных устройств, с выходными параметрами цифровых микросхем. Существует три подхода к решению таких задач. Первый – использование ИС, выходные каскады которых в состоянии выдавать необходимые сигналы, например, коммутировать высокий ток нагрузки или высокое напряжение. При небольших токах и напряжениях, например, для управления светодиодным индикатором (рис.19.8,а) или маломощным реле, нагрузка подключается непосредственно к активному выходу.

Управление входами ТТЛ и КМОП

Ввод сигнала от механических ключей. Если известны входные характеристики управляемой логической схемы, то довольно легко управлять цифровыми входами от переключателей, клавиатуры, компараторов и т. д. Проще всего здесь использовать резистор, подключенный к шине питания (рис. 19.6, а). При работе с элементами ТТЛ, принимая во внимание их входные характеристики, лучше, когда резистор коммутируется на землю. В этом случае ключ дает хороший отвод тока при низком уровне на входе, а резистор обеспечивает для высокого уровня напряжение +5 В, создавая высокую помехоустойчивость. Кроме того, удобно иметь цепь возврата на землю через ключ.

Сопряжение логических КМОП и ТТЛ элементов

Иногда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным соображениям применять элементы разных схемотехнологических типов. Наиболее часто встречающаяся ситуация – одновременное использование элементов ТТЛ и КМОП. Так как ТТЛ и ТТЛШ близки по параметрам и схемотехнике, будем рассматривать только ТТЛ, как представителя от этих обоих семейств. Знание входных и выходных характеристик логического семейства необходимо для организации любых взаимосвязей с внешним миром.

Передача цифровых сигналов при наличии помех

Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации электронных схем является борьба со сбоями из-за помех. Такие помехи могут возникать как непосредственно на печатных пла-тах, так и при передаче сигнала по кабелю. В тех случаях, когда цифровые сигналы должны передаваться по кабелю или между измерительными приборами, возникают специфические пробле-мы. Важную роль играет влияние емкостной нагрузки на высокочастотные сигналы, синфазные перекрестные помехи, а также на «эффекты длинной линии» (отражения от несогласованной нагрузки). Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания на внутриплатных соединениях. Типовой проблемой появления помех на печатной плате является наличие токовых импульсов в цепях питания микросхем.

Дискретное управление нагрузкой от элементов ТТЛ и КМОП

С помощью логических элементов ТТЛ и КМОП достаточно просто управлять устройствами релейного типа, такими, как лампы или светодиоды, электромеханические реле, цифровые индикаторы, и даже коммутировать нагрузку в цепях переменного тока. Основная задача – согласовать токи и напряжения, необходимые для дискретных устройств, с выходными параметрами цифровых микросхем. Существует три подхода к решению таких задач. Первый – использование ИС, выходные каскады которых в состоянии выдавать необходимые сигналы, например, коммутировать высокий ток нагрузки или высокое напряжение. При небольших токах и напряжениях, например, для управления светодиодным индикатором (рис.19.8,а) или маломощным реле, нагрузка подключается непосредственно к активному выходу.

Управление входами ТТЛ и КМОП

Ввод сигнала от механических ключей. Если известны входные характеристики управляемой логической схемы, то довольно легко управлять цифровыми входами от переключателей, клавиатуры, компараторов и т. д. Проще всего здесь использовать резистор, подключенный к шине питания (рис. 19.6, а). При работе с элементами ТТЛ, принимая во внимание их входные характеристики, лучше, когда резистор коммутируется на землю. В этом случае ключ дает хороший отвод тока при низком уровне на входе, а резистор обеспечивает для высокого уровня напряжение +5 В, создавая высокую помехоустойчивость. Кроме того, удобно иметь цепь возврата на землю через ключ.

СОПРЯЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Электронные устройства, работающих как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, имеют аналоговые  входные и выходные блоки (усилители, фильтры и т.д.), АЦП и ЦАП и цифровые блоки. Однако зачастую нет необходимости применять полный АЦП или ЦАП, достаточно связать дискретное устройство непосредственно с цифровой частью схемы. Такими дискретными устройствами могут быть  устройства цифрового ввода (переключатели, клавиатура, выходы компараторов и т. д.) и цифрового вывода (индикаторные лампы, реле). Рассмотрим вопросы схемотехнических особенностей различных типов микросхем, их сопряжения между собой и внешними устройствами. Актуальным являются также вопросы ввода и вывода цифровых сигналов на платы и во внешние приборы, а также способы их передачи по кабелю. 

Логические элементы

Логические элементы и другие цифровые электронные устройства выпускаются в составе серий микросхем. Серия микросхем – это совокупность микросхем, характеризуемых общими технологическими и схемотехническими решениями, а также уровнями электрических сигналов и напряжения питания.
Приведенная выше классификация охватывает не только собственно логические элементы, но и другие цифровые устройства, в том числе микропроцессорные. Однако здесь следует учитывать, что при производстве сложных цифровых устройств некоторые логики не использовались и не используются.
Приведем примеры серии микросхем:
  • ТТЛ – К155, КМ155, К133, КМ133;
  • ТТЛШ – 530, КР531, КМ531, К1531, 533, К555, КМ555, 1533, КР1533;