Основные обозначения на схемах

В зависимости от степени детализации изображения электронных устройств и их узлов применяются три типа схем: структурная, функциональная и принципиальная. В технической документации приводятся структурная и/или функциональная схемы, а также обязательно принципиальная схема. В научных статьях и книгах обычно ограничиваются структурной или функциональной схемой, приводя принципиальные схемы лишь в частных случаях.

Структурная схема определяет основные функциональные части изделия (устройства, функциональные группы), их назначение и связи. Это наименее подробная схема. Структурная схема позволяет понять, как взаимодействуют отдельные части устройства, что оно делает в основных режимах работы. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство. Все функциональные части на схеме изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений (УГО). В общем случае обозначения на структурной схеме могут быть достаточно произвольными, хотя общепринятые правила, рекомендуемые стандартами, все-таки лучше выполнять.

На функциональной схеме изображают функциональные части изделия (элементы устройства) и связи между ними с разъяснениями последовательности процессов, протекающих в отдельных функциональных цепях изделия или изделии в целом. Для сложного изделия разрабатывают несколько функциональных схем, поясняющих происходящие процессы при различных предусмотренных режимах работы. Количество функциональных схем, разрабатываемых для изделия, степень их детализации и объем помещаемых сведений определяются разработчиком с учетом особенностей изделия. Функциональные части и связи между ними изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД. Отдельные функциональные части на схеме допускается изображать в виде прямоугольников. В этом случае части схемы с поэлементной детализацией изображают по правилам выполнения принципиальных схем, а при укрупненном изображении функциональных частей – по правилам структурных схем. Функциональная схема позволяет понять всю логику работы устройства, но не позволяет без дополнительной самостоятельной работы воспроизвести это устройство.

Принципиальная схема – это наиболее подробная схема. Она показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними. На ней изображаются также элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи (соединители, зажимы, разъемы и т.п.). Эта схема дает детальное представление о принципах работы изделия. Такие схемы выполняются для изделий, находящихся в отключенном положении. Элементы схем показывают условными графическими обозначениями, установленными стандартами ЕСКД (прил. 1). Если схема строится на основе микросхем (цифровых или аналоговых), то указываются и номера выводов всех входов и выходов этих микросхем. Принципиальная схема должна позволять полностью воспроизвести описываемое устройство.

Прежде чем перейти к рассмотрению обозначений на схемах, надо дать несколько определений.

Изучая основы схемотехники ЭВМ, можно говорить об информационной стороне процессов, арифметических основах и логических основах.

Сигнал – это любая физическая величина, изменяющаяся со временем.

Сигналы могут быть различной природы. Вся электроника работает в основном с электрическими сигналами. В оптоэлектронике используют изменяющуюся во времени интенсивность светового потока.

Электрический сигнал – это электрическая величина (например, ток, напряжение), изменяющаяся со временем.

Сигналы могут изменяться во времени непрерывно, принимая любые значения в определенных пределах. Такие сигналы называют аналоговыми.

Устройства, которые работают с такими сигналами, называют аналоговыми.

Сигнал, который может принимать только два значения (иногда – три), называют цифровым. Устройства, работающие с такими сигналами, называют цифровыми.

В природе практически все сигналы аналоговые. Сигналы на выходе микрофона, различного рода датчиков изменяются непрерывно в некоторых пределах. Эти устройства преобразуют физические величины в пропорциональные им напряжение или ток. Эти сигналы могут быть преобразованы (например, усилены), переданы на значительные расстояния.

Аналоговые сигналы и работающая с ними аппаратура имеют большие недостатки. Дело в том, что аналоговые сигналы чувствительны к действию всевозможных паразитных сигналов – шумов, наводок, помех.

Во всех случаях выполнения операций над аналоговыми сигналами (преобразование, передача, хранение) полезные сигналы искажаются паразитными сигналами. При обработке сигналов (усилении, фильтрации) искажается их форма из-за несовершенства электронных устройств. При передаче на большие расстояния и при хранении сигналы ослабляются. Со временем параметры аналоговых устройств изменяются из-за старения элементов, что приводит к изменению характеристик используемых устройств. Все это существенно ухудшает полезный аналоговый сигнал (рис. 1.1) вплоть до его полного уничтожения.

Цифровые сигналы, имеющие два разрешенных значения, в отличие от аналоговых защищены от действия шумов, наводок и помех гораздо лучше. Небольшие отклонения от разрешенных значений не искажают цифровой сигнал. Это связано с тем, что обычно разрешены некоторые отклонения от установленных значений, то есть существуют зоны допустимых значений. Цифровые устройства гораздо меньше подвержены старению, так как небольшое изменение их параметров никак не отражается на их функционировании. Эти преимущества и обеспечивают бурное развитие цифровой электроники.

Однако у цифровых устройств есть крупный недостаток. Аналоговый сигнал определен в любой момент времени, а цифровой – только в выделенные моменты времени. Поэтому максимально достижимое быстродействие аналоговых устройств всегда принципиально больше, чем цифровых устройств. Аналоговые устройства могут работать с более быстро меняющимися сигналами, чем цифровые.

Рис. 1.1. Искажение аналогового (а) и цифрового (б) сигнала

Цифровые устройства, в том числе и ЭВМ, строятся из логических микросхем, каждая из которых обязательно имеет следующие выводы (рис. 1.2):

· выводы питания: общий (или «земля») и напряжения питания (часто +5 В), которые на схемах обычно не показываются;

· выводы для входных сигналов (или «входы»), на которые поступают внешние цифровые сигналы;

· выводы для выходных сигналов (или «выходы»), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.

Все узлы, блоки, элементы, аналоговые и цифровые микросхемы показываются на схемах в виде прямоугольников с соответствующими надписями (ГОСТ 2.708–81, ГОСТ 2.743–82, ГОСТ 2.751–73, ГОСТ 2.759–82). Все связи между ними, все передаваемые сигналы показываются в виде линий, соединяющих эти прямоугольники. Входы должны быть расположены на левой стороне прямоугольника, выходы – на правой стороне. Стандарты допускают (но не рекомендуют) и иное расположение сигналов: входы сверху, выходы снизу прямоугольника.

Входные и выходные сигналы могут быть прямыми и инверсными. Понятие «прямой вход» означает, что на соответствующий вывод микросхемы поступает положительный сигнал (сигнал положительной полярности). Это активный сигнал, вызывающий изменение выходного сигнала. Активным сигналом может быть и отрицательный сигнал (низкий уровень потенциала на входе относительно общего провода).

Рис. 1.2. Обозначение входов и выходов микросхемы

Рис. 1.3. Элементы цифрового сигнала

При этом высокий уровень потенциала является пассивным, то есть не вызывает изменения выходного сигнала. Графически элементы цифрового сигнала представлены на рис. 1.3. Для обозначения полярности на схемах используется знак минус, например: –WR или –S. Если таких знаков нет, то сигнал считается положительным. Инверсия сигнала обозначается кружочком на месте входа или выхода (см. рис. 1.2).

Если микросхема выполняет функцию по фронту входного сигнала, то на месте входа ставится косая черта (под углом 45°). Если наклон черты вправо вверх, то функция выполняется по переднему фронту, если вправо вниз – по заднему фронту.

Рис. 1.4. Обозначение неинформационных выводов.

Микросхемы содержат выводы, которые не несут информацию, то есть не являются ни логическими входами, ни логическими выходами. Это могут быть, например, выводы для подключения питающего напряжения, опорного напряжения, внешних элементов частотозадающих цепей и т.д. Такие выводы помечаются, если это необходимо, косым крестом (рис. 1.4).

В сложных цифровых устройствах довольно значительное число сигналов и линий, передающих эти сигналы. Для уменьшения количества параллельных сонаправленных линий большой протяженности рекомендуется изображать их в однолинейном представлении. Группы сигналов (и передающих их линий), объединенных по какому-то признаку, образуют шину. Пример такой шины – адресная. В схемах для шин предусматриваются специальные обозначения (рис. 1.5).

На структурных и функциональных схемах шины обозначаются толстыми линиями или двойными стрелками, причем количество сигналов, входящих в шину, указывается рядом с косой чертой, пересекающей шину (рис. 1.5, а, б) На принципиальных схемах так же используется подобные обозначения. Они называются графической свёрткой. Свёртка используется для уменьшения количества сонаправленных линий, но в отличие от шины, входящие в нее линии не обязательно должны иметь общий признак. Т.е. в свёртку могут входить цепи, идущие в одном направлении, но передающие разные по смыслу сигналы. Входящие в шину и выходящие из нее сигналы показываются в виде перпендикулярных к шине тонких линий (рис. 1.5 в). При этом, как показано на рис. 1.5 в, каждую линию помечают в месте слияния, а при необходимости на обоих концах условными обозначениями (цифрами, буквами или сочетаниями букв и цифр). Для пояснения в условиях эксплуатации около условных графических обозначений элементов помещают соответствующие надписи, знаки или графические обозначения (например, у переключателей, гнезд, потенциометров и т. п.).

Рис.1.5. Обозначение шин и сверток: а – толстыми линиями; б – двойными стрелками; в – графическая свертка

При большой графической насыщенности схемы допускается входящие и выходящие линии связи начинать и обрывать внутри листа, прерывать отдельные линии связи между удаленными друг от друга графическими обозначениями элементов, изображенными на одном листе. Всем входящим, выходящим и прерванным на данном листе линиям в месте обрыва должны быть присвоены обозначения (цифровые, буквенные или буквенно-цифровые). Эти обозначения указывают над линией, на уровне линии или в разрыве линии.

Аналогичным образом линии связи и свертки можно переносить на другой лист принципиальной схемы (если листов несколько). При этом кроме обозначения разорванной линии указать еще и номер лист, на который переносится линия.

На схемах допускается выделять функциональные части штрихпунктирной линией. Каждая выделенная составная часть должна иметь наименование или условное обозначение, которое должно быть пояснено на поле схемы или в документации на изделие. Стандарты, которые применяют при разработке схем цифровых устройств, приведены в прил. 1.

Поиск по сайту: