О ЧЕМ ПОМНИТ МИКРОСХЕМА

May 29, 2010 by admin Комментировать »

В. ЯНЦЕВ

В предыдущем выпуске вы познакомились с целым классом электронных устройств — триггерами (см. «М-К», 1990, № 7. «Что хранится в багаже»). Однако эта тема все еще не исчерпана, и сегодня мы продолжим рассказ о еще одной разновидности таких приборов — D-триггере. Как и RS-триг-гер, он обладает замечательной способностью запоминать накопленную информацию и подолгу хранить ее в своем электронном «мозгу». Но есть у D-триггера и немаловажная особенность — он более универсален.

Понятно, что хотя оба эти прибора — «родственники» и логика их действия имеет много общего, существуют все же какие-то особые признаки, по которым безошибочно можно отличить одно устройство от другого. Чтобы разобраться в их сути, выясним сначала, что же представляет собой D-триггер.

На электрических схемах его изображают в виде прямоугольника, разделенного внутри на две неравные части вертикальной линией (рис. 1). С левой стороны расположены два входа: информационный (его еще называют приемным и обозначают латинской буквой D) и управляющий (обозначен буквой С). Последний иногда называв ют записывающим или синхронизирующим входом. Почему — это мы выясним позже. С правой стороны — два выхода. Один прямой (Q), а второй инверсный — на рисунке он обозначен кружком в начале линии вывода (Q). Буква Т, стоящая внутри прямоугольника, означает, что данный элемент является триггером. Как и всякое логическое устройство, D-триггер принято обозначать латинскими буквами DD, после которых следует порядковый номер прибора в схеме.

D-триггер, как и его «родственник» RS-триггер, имеет два входа. Однако назначение их совсем иное, чем у прибора, уже знакомого нам. Обусловлено это особенностями работы D-триггера. Чтобы познакомиться с ними, воспользуемся временными диаграммами на рисунке 2.

Предположим, в начальный момент на входе D установилось напряжение логического 0 (рис. 2а). Тогда, независимо от наличия или отсутствия на входе С записывающего сигнала (рис. 26), на прямом выходе Q также установится напряжение низкого логического уровня (рис. 2в). Теперь подадим на вход D логическую 1. Что произойдет дальше? Пока на входе С будет напряжение логического 0, триггер хранит «старую» информацию. Как только на Сгвход поступит короткий импульс напряжения, триггер переключится в «единичное» состояние и будет сохранять его до тех пор, пока информация на входе D не изменит свое значение на противоположное. В этом случае первый же импульс, поступивший на вход С, «опрокинет» триггер, и на его прямом выходе вновь установится логический 0. Так D-триггер действует при наличии на его управляющем входе непрерывно поступающих коротких импульсов напряжения. А если после установки триггера они пропали? В этом случае информация на D-входе может меняться как угодно — триггер будет надежно сохранять свое первоначальное состояние.

Форма напряжения на инверсном выходе Q отличается от формы сигнала на прямом выходе Q по фазе (рис. 2г.).„Когда на выходе Q логическая 1, на Q — логический 0, и наоборот.

D-триггер получил свое название от латинской буквы D, обозначающей его информационный вход. Почему С-вход этого триггера был назван записывающим, вам, вероятно, уже ясно. Ну а синхронизирующим его называют потому, что с приходом на него управляющего импульса одновременно (синхронно) происходит и переключение триггера.

В целом действие D-триггера можно сравнить, например, с процессом записи на магнитофон музыкальной программы. Представьте себе такую картину. Вы подключили магнитофон к радиоприемнику, установили кассету, но не нажали кнопку записи. При этом, несмотря на то, что в «динамике» звучит музыка, кассета остается «чистой» (это соответствует ситуации, когда на входе D есть информация, но она не «воспринимается» триггером, поскольку на входе С нет управляющего сигнала). Если теперь нажать клавишу «Запись», то музыкальное произведение запишется на магнитную ленту (на вход С подан управляющий сигнал и триггер «принял» информацию с D-входа). После того как передача закончилась, можно выключать магнитофон — кассета надежно сохранит понравившуюся вам мелодию (после отключения управляющего сигнала D-триггер продолжает хранить в своей «памяти» записанную информацию).

Вообще говоря, D-триггер более надежная ячейка памяти, чем RS-триггер. Судите сами. Мы сравнивали последний с обычной камерой хранения, в которой есть всего одно место для багажа. Однако правила пользования такой камерой, мягко говоря, не совсем «джентльменские». Эта аналогия не случайна. Ведь как действует RS-триггер: очередная информация, приходящая на его входы, попросту «выталкивает» ту, что была записана в памяти раньше. Такое действие логического устройства равносильно тому, например, что вы, открыв камеру хранения, выкинули лежавший в ней чужой багаж, а на его место поставили свой. И кто знает, может быть, следом за вами придет кто-то еще и, в свою очередь, так же бесцеремонно выкинет ваши вещи.

clip_image004

Рис. 1. Условное графическое изображение D-триггера.

Рис. 2. Временные диаграммы сигналов:

а — входного, б — управляющего, в — на прямом выходе, г — на инверсном выходе.

clip_image006


D-триггер значительно «благородней». В нем все сигналы — носители информации — терпеливо дожидаются своей очереди, чтобы поступить на хранение (то есть быть записанными в «память» триггера по соответствующей команде с С-входа).

Есть у D-триггера еще одно замечательное свойство, которым его «родственник» RS-триггер не обладает. Дело в том, что D-триггер можно применять для деления частоты входного сигнала. Как это осуществить? Очень просто. Необходимо только информационный вход D соединить с инверсным выходом Q, а сигнал подавать на записывающий вход С (рис. 3). Что будет на прямом выходе Q? Воспользуемся вновь временными диаграммами (рис. 4) — они наглядно иллюстрируют процессы, происходящие в триггере-делителе.

clip_image008

Рис. 3. Схема делителя частоты на D-триггере.

В исходном состоянии на записывающем входе С и на прямом выходе Q триггера будет напряжение логического 0. При этом на инверсном выходе Q, а следовательно, и на информационном входе D установится логическая 1. С приходом первого же импульса на вход С (рис. 4а) триггер переключится в «единичное» состояние (рис. 46), а на выходе Q и входе D появится логический 0. Второй импульс, пришедший на вход С, «опрокинет» триггер в ^нулевое» состояние. Далее все будет повторяться сначала. Как вы уже убедились, каждым двум импульсам, приходящим на синхронизирующий вход С, соответствует всего один импульс на выходе Q. Таким образом, D-триггер работает как делитель входной частоты на два. Современные D-триггеры, как правило, имеют интегральное исполнение, в виде микросхем. Часто в одном корпусе помещают сразу несколько элементов, что дает значительный выигрыш в габаритах и массе, особенно важных для вычислительной техники. Какими параметрами характеризуются такие интегральные микросхемы? Теми же, что и все остальные логические элементы: напряжение питания, потребляемая от источника питания мощность, быстродействие, напряжение логических 0 и 1 на выходе, а также напряжение переключения из одного устойчивого состояния в другое и коэффициент разветвления по выходу.

clip_image010

Рис. 4. Временные диаграммы сигналов:

а — на входе, б — на выходе.

При маркировке D-триггеров применяют специальный буквенный код ТМ, который ставится после номера серии данной микросхемы. За буквенным кодом следует номер ИМС в подгруппе.

clip_image012 Рис. 5. Принципиальная схема ИМС К155ТМ2.


clip_image014

Рис. 6. Принципиальная схема автоматического устройства.

А теперь познакомьтесь с работой D-триггера на микросхеме К155ТМ2. Ее принципиальная схема показана на рисунке 5. Как видите, в корпусе данной. ИМС расположились сразу два одинаковых прибора. Несмотря на такое близкое «соседство», они могут работать независимо друг от друга. Общие у них только выводы питания: 14 — «плюсовой», 7 — «минусовой». Каждый логический элемент имеет четыре входа и два выхода — прямой и инверсный. По входам S и R элементы работают как RS-триггеры, а по входам D и С — как D-триггеры. Кроме того, используя элемент в качестве D-триггера, его можно предварительно устанавливать в одно "из состояний, подавая на входы S и R этого элемента напряжение соответствующего логического уровня. Учтите также, что S-и D-входы у ИМС К155ТМ2 — инверсные. Это значит, что на них нужно подавать сигналы отрицательной полярности.

D-триггеры широко применяются в электронной технике. А познакомить с ними мы хотим вас на примере автоматического устройства, самостоятельно включающего освещение в квартире или в одной из комнат. Когда вы входите в комнату и открываете дверь, зажигается светильник. Закрыли дверь — он продолжает гореть. Выходите из комнаты — вновь открываете и закрываете дверь — свет гаснет. Не правда ли, удобно? Не приходится искать клавишу выключателя. Все, что нужно, за вас сделает автомат.

Его принципиальная схема (рис. 6) состоит из трех основных частей: оп-тоэлектронного датчика, собранного на фототранзисторе VT1 и накальной лампе HL1; элемента памяти, роль которого выполняет D-триггер DD1; электронного ключа на транзисторе VT2. Его нагрузкой служит реле К1.

Как же действует электронный автомат? Лампа HL1 освещает чувствительный слой фототранзистора VT1, и он находится в открытом состоянии. При этом на входе С микросхемы DD1 и ее прямом выходе присутствует напряжение низкого логического уровня — транзистор VT2 закрыт, контакты реле К1 разомкнуты и лампы в светильнике погашены. Когда вы открываете дверь, свет перестает попадать на фототранзистор (о том, как это происходит — чуть позже), и он закрывается. На входе С появляется напряжение высокого логического уровня, триггер переключается в «единичное» состояние. Вслед за ним открывается транзистор VT2 и срабатывает реле, включающее светильник.

clip_image016

Рис. 7. Принципиальная схема источника питания.

clip_image018

Рис. 8. Монтажная плата автомата со схемой расположения элементов.

Если закрыть дверь, фототранзистор вновь будет освещаться лампой, а на входе С триггера опять установится логический 0. Однако в полном соответствии логике своей работы триггер сохранит «единичное» состояние. В этой ситуации он действует как ячейка памяти, хранящая заложенную в нее информацию.

При повторном открывании и закрывании двери вновь откроется и закроется фототранзистор, а на вход С поступит второй импульс напряжения. Что же произойдет? Согласно логике действия D-триггера, работающего в режиме деления, он переключится в «нулевое» состояние, транзистор VT2 закроется, реле «отпустит» контактные пары, и светильник погаснет.

Как вы уже убедились, в данном случае D-триггер выступает одновременно в роли ячейки памяти и делителя частоты входного сигнала.

Источник питания автомата (рис. 7) обеспечивает два рабочих напряжения: 6 В для осветительной лампочки и стабилизированное 12 В—для энергоснабжения остальных элементов автомата. Напряжение 5 В, необходимое для нормальной работы микросхемы DD1, формируется стабилизатором, состоящим из подстроечного резистора R1 и стабилитрона VD1 (рис. 6). Конденсатор С1 защищает ИМС от низкочастотных помех, а диод VD2 защищает устройство от индуктивных выбросов тока с обмотки реле К1.

С принципом работы стабилизированного источника питания вы можете ознакомиться в статье «Под одной крышей» (см. «М-К», 1988 г., №9).

Элементы устройства разместите на монтажной плате размером 30X25 мм, изготовив ее из фольгированного ге-тинакса или текстолита толщиной 1 — 2 мм (рис. 8). Конденсатор С1 (рис. 6) подпаяйте непосредственно к выводам питания микросхемы DD1. Из того же материала изготовьте плату размером 35X25 мм для источника питания (рис. 9).

В автомате можно использовать следующие детали. Фототранзистор изготовьте из обычного p-n-р прибора серий МП13—МП16, МП20, МП21, МП25, МП26, МП39 — МП42. О том, как это сделать, рассказывалось в статье «Необычный ЭМИ» («М-К», 1989 г., № 2). Транзистор КТ608А можно заменить на КТ601 — КТ603, КТ608 с любым буквенным индексом. Стабилитрон — КС156А или КС147А; диод —любой серии Д9, Д18, Д219, Д220, Д223. Реле —МКУ48, РЭС22 или другое, рассчитанное на напряжение срабатывания не более 12 В и предназначенное для коммутации электрических цепей, работающих от сети переменного тока. Конденсатор— малогабаритный, например, марки КМ5 или КМ6. Подстроенный резистор— СПЗ-1 или СП4-1, постоянный — МЛТ, ОМЛТ, С2-23, мощностью 0,125 Вт. Лампа накаливания — на рабочее напряжение 6,3 В.

clip_image020

Рис. 10. Конструкция оптоэлект-ронного датчика:

1 — дверь, 2 — лампа накаливания, 3 — скоба крепления лампы, 4 — фототранзистор, 5 — скоба крепления фототранзистора

Для источника питания подойдут такие детали. Транзистор КТ601 КТ603, КТ608, диодный блок— КЦ407 с любыми буквенными индексами, стабилитрон — Д811, Д813, Д814В — Д814Д. Оксидные конденсаторы— К50-16 на рабочее напряже-. ние не менее 16 В, резистор^ МЛТ, ОМЛТ, С2-23 мощностью 0,125 Вт.

Силовой трансформатор — любой маломощный с напряжением вторичной обмотки 10—15 В, например ТВЗ-1-6 (выходной трансформатор от ламповых радиоприемников). Вторичная обмотка имеет отвод от средней точки.


clip_image022

Рис. 9. Монтажная плата источника питания со схемой расположения элементов.

Если у вашего трансформатора его нет, то накальную лампу можно подсоединить ко вторичной обмотке через подстроечный резистор сопротивлением 470 или 510 Ом. Тумблер — сетевой малогабаритный, например МТ. Предохранитель должен быть рассчитан на ток не более 0,5 А. ХР1 — стандартная сетевая вилка.

Устройство вместе с источником питания разместите в пластмассовой коробке подходящих размеров. На лицевой панели установите тумблер и держатель предохранителя. В боковой стенке корпуса просверлите три отверстия: одно для сетевого шнура, через второе проходит проводка, связывающая контактную систему реле с выключателем светильника, а третье предназначено для соединительных проводов оптоэлектронного датчика.

Не забывайте о мерах электробезопасности! Подключать автомат к сети можно, только предварительно обесточив квартиру (например, вывернуть на время пробки).

Теперь о конструкции оптоэлектронного датчика (рис. 10). При помощи алюминиевых скоб накальная лампа закреплена на притолоке, а фототранзистор — на двери. Когда она закрыта, лампа располагается напротив фототранзистора, освещая его коллек-торно-эмиттерный переход. Как только дверь открылась, фототранзистор удаляется от лампы. Для его «засветки» естественного или электрического освещения недостаточно.

Налаживание автомата сводится к подстройке резистором R1 напряжения питания микросхемы DD1 до номинального значения 5 В. Ну и, конечно, необходимо подобрать такое взаимное расположение элементов оптоэлектронного датчика, при котором устройство будет работать без сбоев.

Если днем в таком устройстве нет необходимости, включайте его ближе к вечеру и выключайте на ночь — так вы не будете расходовать «лишнюю» электроэнергию.

Итак, вы познакомились с D-тригге-ром. Но наш рассказ касался далеко не всех особенностей этого прибора. Оказывается, ему можно найти еще одно необычное применение. Об этом — в следующий раз.

«Моделист-Конструктор» N 9 1990 г

OCR Pirat

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты