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).

Поиск по сайту: