Цифровые выходы МК

April 21, 2011 by admin Комментировать »

Основная функция цифровых выходов в МК заключается в формировании НИЗКИХ и ВЫСОКИХ логических уровней. Выходную цепь в цифровом режиме можно представить КМОП-элементом, который имеет «закрытый» или «открытый» выход со стандартной или повышенной нагрузочной способностью. Прототипы подобных элементов широко представлены в сериях микросхем 74НС, 74АС, КР1561, КР1554.

Различают четыре основных варианта организации выходов в МК:

•    двухтактный каскад с выходными уровнями, близкими к ^^с и GND (Рис. 2.32, а, б). Сокращённое название «push-pull». Встречается практически во всех микроконтроллерных семействах;

•    логический элемент с «истинно» открытым стоком или на сленге с «открытым коллектором» (Рис. 2.33, а, б). Сокращённое название «open drain» или «true open drain». Встречается в семействах Microchip PIC12/16, STMicroelectronics STR71xF, в МК с ядром MCS-51;

•    логический элемент с квазиоткрытым стоком (Рис. 2.34, а, б). Сокращённое название «false open drain» из-за присутствия ограничительного диода VDJ. Встречается в МК с двунаправленными портами;

•    логический элемент с открытым стоком, дополненный внутренним нагрузочным резистором R^p (Рис. 2.35 а, б). Сокращённое название «квазидвунаправленный», встречается в МК с ядром MCS-51.

Для облегчения понимания физики процессов, в функциональные схемы вводятся эквивалентные переключатели Sq^j, Они замещают реальные электронные ключи, выполненные на полевых транзисторах. В верхнем положении переключателя 5оитформируется ВЫСОКИЙ, а в нижнем — НИЗКИЙ логический уровень. В тех схемах, где переключатель Sq^j является двухполюсником, его разомкнутое состояние эквивалентно «выходу в обрыве» (Рис. 2.33, а. Рис. 2.34, а) или выходу с высокоомным «pull-up» резистором R^p (Рис. 2.35, а).

 

Управляются переключатели vS’ouy записью «нуля» или «единицы» в один из битов регистра из области SFR. Например, в линейках микросхем Atmel AVR и Microchip PIC регистры называются PORTx, где «х» — порядковая буква латинского алфавита номера порта МК.

Диоды VD1, VD2 — это антистатические диоды, аналогичные тем, которые рассматривались ранее в схемах организации цифровых входов на Рис. 2.25, Рис. 2.26, а…г. Они являются частью конструкции микросхемы и никуда не исчезают при смене направления с входа на выход. Это своеобразная «плата» за двунаправленность цифровых портов.

Резистор для «квазидвунаправленного» выхода имеет в статическом состоянии такое же большое сопротивление, как и его «тёзка», применяемый на Рис. 2.26, а. Основное отличие заключается в том, что на этапе перехода с НИЗКОГО уровня в ВЫСОКИЙ сопротивление данного резистора на короткое время становится очень малым, формируя тем самым крутой нарастающий фронт сигнала. Эта особенность является фирменной меткой всех МК, совместимых с ядром MCS-51 [2-9].

Низкоомные резисторы .

Рис. 2.36. Усреднённые ВАХ цифровых выходов идеализированного МК: а) вытекающий ток /,,, при ВЫСОКОМ уровне; б) втекающий ток /oLnpn НИЗКОМ уровне.

 

Чтобы сравнивать между собой графики, приведенные в даташитах для конкретных типов МК, следует чётко ориентироваться в терминологии:

•     = 20…25 мА,= 20…25 мА — это максимальные токи нагрузки через резисторы,, при которых ещё гарантируются выходные логические КМОП-уровни от О до (0.1 …0.2) V^c и от (0.6…0.8)до;

•     ^МАХ ^ 35…45 мА — это предельный ток нагрузки на одну линию порта, длительное превышение которого может привести (хотя и не обязательно) к отказу МК;

•     /кз = 100… 150 мА — это ток короткого замыкания линии порта на общий провод или на шину питания. Если не снять замыкание в течение первых 10… 15 с, то температурный перегрев транзисторов выходного каскада с большой долей вероятности приведёт к фатальным последствиям.

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