Схемотехническое решение

Система управления технологическими процессами и оборудованием. Многоэмиттерный и полевой транзисторы. Логические элементы. Триггеры, дешифраторы, мультиплексор, регистр, счетчики, делитель частоты и запоминающие устройства. Функциональные узлы.

Дон ГТУ

Практическое задание

АКГ - 05

АУТПТЭК

Схемотехническое решение


Цель: проанализировать работу следующих интегральных схем: логические элементы, триггеры, счетчики, дешифраторы, мультиплексоры, генераторы. Оценить область их использования.


1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Большая часть систем управления технологическими процессами и оборудованиями комплектуется на основе современных интегральных микросхем и микроконтроллеров. Все многообразие цифровой схемотехники в зависимости от сложности выполняемых преобразований дискретных сигналов можно условно разделить на элементы, функциональные узлы, устройства.

К цифровым элементам относятся схемные решения, реализующие простые функции алгебры логики, сложения, формирование уровня и т.д.

Функциональные узлы выполняют функции генераторов, формирователей импульсов по амплитуде и длительности, преобразователей формы импульсных сигналов.

Устройствами являются регистры, счетчики, ОЗУ, мультиплексоры, ЦАП, АЦП.

1.1 Логические элементы

Логические элементы выпускаются промышленностью в виде наборов, которые обеспечивают выполнение множества логических функций. При этом случае создаются хорошие условия согласования выхода логической схемы со входом другой логической схемы того же набора.

В качестве основных логических элементов чаще всего используются элементы ИЛИ - НЕ и И - НЕ. Элементы выполняются на основе двух типов.

Первый тип - транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), в которой на входе использован многоэмиттерный транзистор. Второй тип - логические элементы на полевых транзисторах (МДП - логика), которые имеют входное сопротивление и это позволяет уменьшить входное сопротивление и это позволяет уменьшить потребляемую мощность от источника питания.


Рисунок 1.1 – Логические элементы

1.1 Триггеры

Триггеры относятся к классу схем, значение выходных сигналов которых зависят не только от значений входных сигналов, но и от последовательности их изменения.

Триггеры имеют два устойчивых состояния, которые устанавливаются импульсными или потенциометрическими сигналами. В цифровых системах используются в основном триггеры с потенциальным управлением.

По способу запаси информации триггеры подразделяются на асинхронные и тактируемые. В асинхронных момент переключения определяется моментом смены кодовой комбинации на информационных входах. В синхронных смена состояний осуществляется в строго определенные моменты времени действия тактирующих импульсов.

Как правило, выпускаемые микросхемы триггеров являются многоканальными.

Схемы, имеющие разные уровни включения и выключения, относятся к триггерам Шмидта.

1.2 Дешифратор

Эти схемы находят широкое применение для коммутации цифровых и аналоговых сигналов в микропроцессорных системах.

Рисунок 2.1 – Дешифратор (К155ИД11)

1.4 Мультиплексор, регистр

Мультиплексор подключает вход к одному из имеющихся входов.

Логический сигнал на входе принимает значение сигнала на выходе в зависимости от управляющих сигналов.

Регистр - это последовательное устройство, предназначенное для приема, хранения и передачи двоичных чисел.

Рисунок 2.2 – Мультиплексор (К155КП5)

1.3 Счетчики

Это последовательные цифровые устройства, обеспечивающие хранение слова информации и выполнение над ними микроопераций счета. Операция счета заключается в изменении значении числа в счетчике.

Основным параметром счета является модуль счета, определяемый максимальным числом единичных сигналов, которое может быть сосчитано счетчиком.

Рисунок 2.3 – Счетчик (К155ИЕ5)

1.6 Делитель частоты

В делителе частоты формируется последовательность сигналов с частотой в п раз меньше частоты входных, последовательность состояний может быть произвольной, важно лишь обеспечить заданный период счета.

1.7 Запоминающие устройства

В МП системах используются различные устройства памяти, начиная от отдельных триггеров и кончая ЗУ большой емкости, для хранения 1 -го бита информации требуется запоминающий элемент (ЗЭ), например триггер. Для хранения многоразрядного числа нужна ячейка памяти (ЯП), состоящая из нескольких ЗЭ.

По способу хранения информации в ЗЭ различают статические и динамические ЗУ. В статических используют бистабильные ЗЭ, например триггеры. В динамических хранение информации осуществляется за счет заряда специальных конденсаторов.