Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения ПЗУ и триггеров

 

Рисунок 5.7 – Условно- графические и буквенно-цифровые обозначения ПЗУ и триггеров

 

6 Практикум " Цепи ввода данных и шины передачи данных"

 

Практикум проводится с целью изучения основных схемотехнических вариантов решения цепей ввода данных и шин межмодульного, межблочного и межсистемного обмена данными.

 

6.1 Практикум " Цепи ввода данных"

 

Целью практикума " Цепи ввода данных" является изучение схемотехнических приемов ввода данных с механических (клавиши, кнопки, переключатели) и " аналоговых" (операционные усилители, компараторы и др.) источников сигналов.

Ввод данных в различные цифровые устройства может осуществляться различными способами. Часто полагают, что наиболее простым является ввод с помощью каких-либо механически замыкаемых электрических контактов. Это могут быть контакты клавиатуры компьютера, контакты каких-либо переключателей, располагающихся на приборной панели, контакты реле и т.п. Простота организации такого ввода обычно связывается с тем, что логический элемент реагирует на сигналы электромеханического контакта, как только мы включим последний во входную цепь элемента, обеспечив необходимое электрическое согласование. Однако, эта простота кажущаяся. После замыкания и размыкания контактов механических переключателей возникает механическое явление " дребезг", которое характеризуется многократными, неконтролируемыми как по кратности, так и по длительности прерываниями электрической цепи. Это в свою очередь может привести к эффекту ввода ложных данных или вызвать нерабочие или аварийные состояния всего устройства. Поэтому для исключения влияния " дребезга" необходимо применять специальные меры. Схемы защиты, которыми пользуются в том или ином случае, могут быть разными в зависимости от типа контактов и в зависимости от типа входного логического элемента.

Для осуществления ввода в цифровую схему аналогового сигнала иногда достаточно этот аналоговый сигнал, минуя какие-либо стандартные аналого-цифровые преобразователи, подавать непосредственно на входы логических схем. Для этого необходимо бывает лишь обеспечить согласование сигналов по уровням напряжения и по мощности, т.е. обеспечить дополнительное усиление. В тех случаях, когда аналоговый сигнал изменяется медленно, то при прохождении уровнем сигнала логического порога неизбежные внешние электрические помехи могут вызвать явление электрического " дребезга" логического элемента. В таких случаях необходимо использовать специальные пороговые элементы, имеющие передаточные (вход-выход) характеристики с петлей гистерезиса.

 

Содержание практикума

 

Необходимо исследовать работу трех схем подключения электрической кнопки. В первой схеме используется размыкающе-замыкающая кнопка. Схема эксперимента приведена на рисунке 6.1. Полезный сигнал с кнопки может поступать на вход двоичного счетчика либо непосредственно, либо через RS-триггер (в зависимости от положения перемычки). Счетчик служит для подсчета числа нажатий кнопки. Если сигнал, поступающий на вход счетчика, содержит паразитные импульсы " дребезга", то счетчик насчитает импульсов больше, чем было произведено нажатий. Таким образом, можно проверить эффективность схемы защиты от " дребезга". Схема рисунка 6.1 защищает от " дребезга", благодаря особенности схемы включения используемой кнопки, которая заключается в следующем.

 

Рисунок 6.1 – Схема ввода данных с защитой от " дребезга"

 

При размыкании нормально замкнутого контакта начинается " дребезг". Однако, когда подвижный контакт кнопки удаляется на достаточное расстояние от размыкаемого контакта " дребезг" прекращается. Замыкаемый контакт кнопки в это время еще не достигнут. Некоторое время " дребезга" на кнопке нет и оба контакта кнопки разомкнуты. Затем подвижный контакт достигает замыкаемый контакт и первый же импульс " дребезга" замыкания второго контакта переключает RS-триггер. Последующие импульсы " дребезга" не оказывают уже никакого влияния на состояние триггера. При отпускании кнопки происходит обратное переключение аналогичным образом.

На рисунке 6.2 приведены две схемы защиты от " дребезга". С помощью перемычки П1 кнопку Кн1 можно коммутировать уровнем сигнала либо непосредственно на счетчик числа нажатий, либо через схему подавления " дребезга". В данном случае проблема защиты от " дребезга" усложняется тем, что неясно, какой сигнал считать " дребезгом", а какой полезным.

Действительно, ни сам сигнал, ни способ его подачи не имеют признака, по которому можно было бы сделать это разделение. Остается использовать временной принцип, который заключается в том, что при " разумном" нажатии кнопки " дребезг" длится недолго и, что при замыкании кнопки в конце " дребезга", кнопка вырабатывает преимущественно сигнал замкнутого состояния, а в конце процесса размыкания преимущественно сигнал разомкнутого состояния.

 

 

Рисунок 6.2 - Функциональные схемы ввода с защитой от " дребезга":

а) с интегрирующей цепью (R2, C1, D1.1);

б) с одновибратором (D1.2, D1.3, С2);

в) временная диаграмма, поясняющая работу схемы с интегрирующей цепью.

 

В первой исследуемой схеме подавления " дребезга" используется интегрирующая цепь R2, C1 (емкостной фильтр низких частот). Благодаря этой цепи (рисунок 6.2 а), сигнал на выходе изменяет значение лишь тогда, когда по истечении некоторого заданного RC-цепочкой времени на выходе кнопки появляется соответственный достаточно устойчивый сигнал. На рисунке 6.2 в) показана временная диаграмма процесса, поясняющая работу схемы.

Во второй схеме используется одновибратор - пороговое устройство с положительной обратной связью, формирующее на выходе один только импульс определенной длительности и не реагирующее на последовательность импульсов " дребезга" (рисунок 6.2 б).

Рисунок 6.3 - Функциональные схемы ввода аналогового сигнала

 

На рисунке 6.3 приведена функциональная схема для непосредственного ввода в цифровую схему медленно изменяющегося аналогового сигнала. При этом имеется ввиду, что информация содержится в количестве и длительности фаз положительных и отрицательных полуволн аналогового сигнала в течении заданного времени. Эффективность схемы согласования можно оценить, определив экспериментально среднюю длительность положительных полуволн аналогового сигнала, параметры которого заранее известны, посредством счета счетчиком числа импульсов от генератора. Если сигнал с выхода усилителя подать непосредственно на элемент 2И-НЕ, то счетчиком будет считаться с генератора в моменты действия положительных полуволн аналогового сигнала разное число импульсов из-за действия помех. От " дребезга", вызванного помехами, можно избавиться, если сигнал подавать через компаратор с гизтерезисом по порогу срабатывания на элементах D1.1 и D1.2 (триггер Шмитта).