Илюхин А.В. Логические автоматы. Типовые комбинационные схемы

Подождите немного. Документ загружается.

Управляющий код подается на входы 1-2-4-8. Через вход S

можно управлять инверсией выходных сигналов. Вход К использу-

ется для разрешения индикации: при подаче напряжения высокого

уровня гасится индицируемый знак, при напряжении низкого уровня

разрешается индикация. Вход С управляет работой триггеров памя-

ти на входе микросхемы: при подаче напряжения высокого уровня

триггеры превращаются в повторители и не влияют на работу, при

подаче напряжения низкого уровня сигналы на входах запоминают-

ся и далее на изменение входных сигналов микросхема не реагиру-

ет.

Для управления полупроводниковыми индикаторами в аппара-

туре на КМОП - интегральных микросхемах могут использоваться

также дешифраторы двоичного кода в код управления семисегмент-

ным индикатором К564ИД4, К564ИД5 (рис. 4.15). Эти микросхемы

предназначены в основном для управления жидкокристаллическими

индикаторами, однако, могут применяться и с другими типами инди-

каторов. Микросхема К564ИД5 имеет в отличие от К564ИД4 входной

регистр.

Рис. 4.15. Схема включения дешифратора 564ИД5 со светодиодным инди-

катором АЛС342

Помимо полупроводниковых индикаторов, для визуальной ин-

дикации находят применение вакуумные люминесцентные индика-

торы. Они работают при напряжениях 10…30 В и токах сегментов до

десятков миллиампер.

Внутри стеклянного баллона этих индикаторов последова-

тельно один за другим расположены катод прямого накала, сетка,

металлический экран и люминесцирующие сегменты, размещенные

на токопроводящей пластине. Каждый электрод (катод, сетка и лю-

минесцирующие сегменты - аноды) имеет отдельные выводы, под-

ключаемые к общему источнику питания. Управляющие сигналы по-

даются на аноды индикатора с выходов дешифратора.

При использовании вакуумных люминесцентных индикаторов в

устройствах, выполненных на ТТЛ – микросхемах, можно использо-

вать дешифраторы, входящие в серию 514 (рис. 4.16), однако схема

достаточно сложна.

Рис. 4.16. Работа дешифратора 514ИД с вакуумными люминесцентными

индикаторами

Для непосредственного управления такими индикаторами мо-

гут быть использованы микросхемы К564ИД5 и К176ИДЗ. Микро-

схема К176ИДЗ аналогична К176ИД2, но

ее выходные каскады вы-

полнены с открытым стоком (подобно схемам ТТЛ с открытым кол-

лектором). Пример непосредственного включения индикатора на

выход преобразователя К564ИД5 в устройствах на КМОП - микро-

схемах приведен на рис. 4.17. Однако яркость свечения индикато-

ров будет низкой, поскольку напряжение питания не может быть

больше рабочего напряжения микросхемы.

Рис. 4.17. Непосредственное подключение вакуумных люминесцентных

индикаторов к дешифратору

Для обеспечения работы индикаторов при повышенных на-

пряжениях, а, следовательно и большей яркости, используют согла-

сующие транзисторные каскады, которые служат для согласования

нагрузки по напряжению и допустимым токам на выходах микросхем

(рис. 4.18). Яркость свечения можно регулировать подбором напря-

жения питания.

Жидкокристаллические индикаторы характеризуются низкими

напряжениями питания (3...15 В) и очень малыми токами (до 15

мкА). Они используются обычно совместно с автономными источни-

ками питания и экономичными КМОП - микросхемами. Особенно-

стью управления этими индикаторами является необходимость

управления с помощью переменных напряжений (постоянная со-

ставляющая не должна быть более 50 мВ). При питании постоян-

ными напряжениями срок службы ЖКИ сокращается.

Для управления ЖКИ удобно использовать микросхемы

К564ИД4 и К564ИД5. На рис. 4.19 приведена схема подключения

микросхемы К564ИД4 к восьмиразрядному индикатору ЦИЖ – 4 (по-

казано подключение только для одного десятичного разряда). Мик-

росхема выдает на выходе Р импульсные сигналы ±5 В формируе-

мые из входной задающей частоты. Дополнительные элементы для

управления ЖКИ не требуются. На вход Р микросхемы подается по-

стоянная последовательность импульсов возбуждающего напряже-

ния частотой 50…500 Гц.

Рис. 4.18. Схема включения вакуумных люминесцентных индикаторов для

работы с повышенной яркостью

Рис. 4.19. Включение жидкокристаллического индикатора

4.2 ШИФРАТОРЫ

Шифраторы это устройства, предназначенные для преобразо-

вания позиционного кода в двоичный. На выходе шифратора появ-

ляется многоразрядный двоичный код, соответствующий десятич-

ному номеру входа, на который подан активный логический уровень.

Шифраторы имеют буквенное обозначение ИВ. На рис. 4.20

показано условное графическое обозначение шифратора 155ИВ1.

Рис. 4.20. Шифратор приоритетов 155ИВ1

Для шифраторов должно выполняться условие отсутствия воз-

можности появления активных логических уровней на нескольких

входах одновременно. Однако реально выполнить это условие уда-

ётся не всегда. В этом случае каждому входу назначается свой при-

оритет. Будем считать, что чем больше номер входа i, тем выше его

приоритет, а шифратор должен выдавать на выходе двоичный код

числа i, если I

=1, а на все входы, имеющие большой приоритет, по-

даны нули. Такие шифраторы называются приоритетными шифра-

торами (или шифраторами приоритетов) и в данном случае описы-

ваются таблицей истинности, приведённой в табл. 4.3.

Как правило, шифраторы имеют дополнительные управляю-

щие и информационные входы. Е - вход включения шифратора, G -

выход, свидетельствующий о наличии активного логического уровня

(в данном случае нулевого) хотя бы на одном из входов I при вклю-

ченном состоянии шифратора (G=1 при I

=1 хотя бы для одного i при

E=1), Е0 - выход разрешения, свидетельствующий об отсутствии ак-

тивных логических уровней на входах шифратора при включенном

состоянии шифратора (E0=1 при E=1 и I

=0 для всех i). Из сказанно-

го ясно, что 3-разрядный выходной двоичный код можно считывать

только при G=1.

Таблица 4.3

E I

G E0

0 Х Х Х Х Х Х Х Х 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0

1 0 0 0 0 0 0 1 Х 0 0 1 1 0

1 0 0 0 0 0 1 Х Х 0 1 0 1 0

1 0 0 0 0 1 Х Х Х 0 1 1 1 0

1 0 0 0 1 Х Х Х Х 1 0 0 1 0

1 0 0 1 Х Х Х Х Х 1 0 1 1 0

1 0 1 Х Х Х Х Х Х 1 1 0 1 0

1 1 Х Х Х Х Х Х Х 1 1 1 1 0

Символом «Х» обозначается произвольное состояние входа мик-

росхемы.

Выходные управляющие сигналы описываются следующими

логическими функциями (на основе построчной записи по табл. 4.3)

.E0EG ,IEE0 ,

⋅===

∏

∨

IEG

Выходные информационные сигналы описываются следую-

щими логическими функциями (на основе построчной записи по

табл. 4.3):

(

)

()

234567345676771

12345673456756770

IEA

IIIIIIIIIIIIIIEA

IIIIIIIIIIIIIIIIEA

∨

⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅+=

⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅+=

Выходной сигнал Е0 используется для каскадирования при-

оритетных шифраторов. На рис. 4.21 показана схема приоритетного

шифратора 16Х4 (наивысший приоритет имеет вход I

Верхний (по схеме) шифратор включается только в том слу-

чае, если ни на одном входе нижнего шифратора нет активного ло-

гического уровня. Четвертый разряд Аз двоичного числа может быть

снят также с выхода G верхнего шифратора. Логические элементы

И - НЕ выполняют функцию ИЛИ для инверсных сигналов А и G двух

шифраторов. Сигнал G=1 только в том случае, если хотя бы на од-

ном из входов I

…I

присутствует нулевой (активный) логический

уровень.

Рис. 4.21. Схема приоритетного шифратора 16Х4

На рис. 4.22 приведено условное графическое обозначение

шифратора 555ИВ3. Этот шифратор не содержит дополнительных

управляющих входов и выходов, но также является приоритетным.

Наивысшим приоритетом обладает вход I

Рис. 4.22. Шифратор приоритетов 155ИВ3

Приоритетные шифраторы используются для построения

шифраторов различного рода клавиатур, для ввода цифровой ин-

формации в системы управления, формирования приоритетов об-

служивания в многоканальных системах управления и устройств

выбора информационных датчиков. В последнем случае шифрато-

ры позволяют вводить в системы управления достоверную инфор-

мацию о ходе технологического процесса в случае если есть веро-

ятность поступления сигналов от нескольких датчиков одновремен-

но.

4.3. МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ

Мультиплексор – это комбинационная схема, осуществляющая

выбор данных от одного из нескольких источников и направляющая

их в один приёмник. В литературе мультиплексоры часто называют-

ся селекторами-мультиплексорами (Data Selector - Multiplexers).

4.3.1. Основные понятия о мультиплексорах

Из определения следует, что фактически мультиплексор явля-

ется коммутатором 2

сигналов DI

на один выход. Как правило,

мультиплексор имеет одну или две выходные линии для данных, 2

входных линий для данных и n управляющих (адресных) линий. Ка-

ждая из 2

входных линий соответствует одной из 2

возможных

комбинаций двоичного кода на n входных управляющих линиях.

Мультиплексор выполняет следующую логическую функцию:

()

∏

−

⋅∨=ϑ⋅∨=

XDIKDIDO

где K

(ϑ) – минтерм; ϑ=(X

…X

); i=e

…e

;

()

;....

∏

⋅==ϑ

XXXK

– первичный терм;

= 0 или 1;

DI – Data Input – информационные входные сигналы;

DO - Data Output – выходной сигнал.

Легко заметить, что выражение, входящее в логическую функ-

цию мультиплексора, - описывает работу дешифратора,

следовательно, основой схемы, реализующей мультиплексор, явля-

ется уже знакомая нам схема дешифратора и при любом числе n

адресных сигналов Х

∏

комбинации значений которых определяют

номер i информационного входа DI

, подключенного к выходу DO,

схемная реализация мультиплексора будет иметь вид, представ-

ленный на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Схемная реализация мультиплексора

Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий

вход Е или ОЕ (E – Enable; OE – Output Enable; могут обозначаться

S). Такие мультиплексоры выполняют следующие логические функ-

ции:

()

0Е если состояние, - Z

1Е если ,

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

=ϑ⋅∨

−

KDIE

Таким образом, сигнал Е (или ОЕ) производит стробирование

выхода DO.

Мультиплексоры имеют буквенное обозначение КП. На рис.

4.24 показаны два варианта их условного графического обозначения

на примере микросхемы 155КП7. Она имеет восемь информацион-

ных входов (D0…D7), три управляющих (адресных) линий (1-2-4),

вход стробирования Е и два выхода – прямой и инверсный.

Рис. 4.24. Условные обозначения мультиплексоров

Данный мультиплексор осуществляет подключение одной из

восьми входных линий на одну выходную и поэтому условно имену-

ется «мультиплексор со структурой 8

→1». В различных сериях инте-

гральных цифровых микросхем выпускается широкая номенклатура

мультиплексоров. Например, мультиплексор К155КП1 имеет струк-

туру 16

→1. Существуют микросхемы сдвоенных, строенных, и даже

счетверённых мультиплексоров, представляющих собой независи-

мые устройства с общими управляющими (адресными) входами.

Наличие входа стробирования позволяет простыми средства-

ми (по аналогии с дешифраторами) строить мультиплексоры на

большее число входов, т.е. осуществлять каскадирование микро-

схем (рис.4.25).