Майк Тули - Справочное пособие по цифровой электронике

Рис. 3.14. Четырехразрядный регистр сдвига на JK .

Временная диаграмма работы регистра сдвига представлена на рис. 3.15. При ее построении предполагалось, что первоначально регистр сброшен, а логическое состояние на входе не изменяется в течение четырех тактов синхронизации.

Рис. 3.15. Временная диаграмма работы регистра сдвига, показанного на рис. 3.14 (предполагается, что на входе данных действует сигнал логической 1).

Поиск неисправностей в регистре сдвига оказывается не таким простым, как в двоичном счетчике. Обычно проверяют, что в каждом разряде имеется синхронизация, и прослеживают выходы Q каждого разряда. К сожалению, такая проверка может дать обескураживающий результат, если вход данных не изменяется. Поэтому иногда приходится отсоединять входную цепь и проверять эффект загрузки во все разряды логического 0 (вход J первого триггера подсоединяется к земле) и логической 1 (вход J первого триггера через резистор 1 кОм подсоединяется к питанию +5 В).

Производить физические отсоединения в схеме для изменения логического состояния конкретного узла и неудобно, и долго. Конечно же, должен существовать более практичный способ моментального изменения состояния узла без вмешательства паяльником и риска повреждения элементов на печатной плате. Для этого требуется логический пульсатор.

Логический пульсатор — это простой прибор, предназначенный для введения в проверяемую схему короткого импульса (самодельный логический пульсатор описан в приложении 2 ). Длительность импульса устанавливается небольшой для того, чтобы не повредить ни проверяемую схему, ни сам пульсатор, а полярность импульса изменяется с помощью специального переключателя. Импульс генерируется при нажатии соответствующей кнопки, вмонтированной в корпус прибора. Нормально зонд пульсатора должен иметь высокое сопротивление, чтобы не влиять на логическое состояние узла.

Питание пульсатора, как и логического пробника, обычно берется от проверяемой схемы с помощью пары скрученных проводов, оканчивающихся зажимами типа «крокодил». Зажимы удобно подключать к выводам электролитических развязывающих конденсаторов или к выходным выводам стабилизатора.

Для иллюстрации приемов работы с логическим пульсатором обратимся к схеме двухфазного генератора синхронизации с делителем, показанной на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Двухфазный делитель частоты синхронизации для микропроцессора. Логический пульсатор подключается в точке A, а логическим пробником касаются точки В.

Делитель выполнен на ТТЛ-микросхеме, представляющей собой сдвоенный JK-триггер (см. ее внутреннее устройство на рис. 3.17).

Рис. 3.17. Внутреннее устройство JК-триггера.

Отметим, что в этой микросхеме питание подается на нестандартные контакты.

Предположим, что на шине нет обоих сигналов синхронизации и модуль отсоединен от системной синхронизации, которая считается исправной. Подсоединим пульсатор на вход синхронизации IС2а и одновременно проконтролируем выход IС2Ь с помощью логического пробника. Для проверки правильности работы делителя нужно несколько раз нажать на кнопку и наблюдать изменения сигнала на выходе прибора. (Отметим, что пульсатор «перевешивает» любой логический выход микросхемы IC1.)

Узнавать, какой конкретно JK-триггер не работает, не имеет смысла, так как придется заменять всю микросхему. Убедившись в правильной работе IC2, необходимо проверить шинные драйверы IС3а и IС3Ь. Для этого нужно просто перенести логический пробник на соответствующую линию шины, продолжая подавать импульсы на вход синхронизации первого JK-триггера.

В цифровых схемах часто требуется источник импульсов с точно определенной длительностью. Обычно необходимы и одиночный импульс с заданной длительностью, и непрерывная последовательность импульсов с заданными частотой и коэффициентом заполнения. Первому требованию удовлетворяет моностабильная схема (см. гл. 3 ), а второму — астабильная схема. (Термин «астабильный» означает, что выход схемы не находится в стабильном или устойчивом состоянии, а непрерывно изменяется между низким и высоким уровнями, т. е. схему можно считать разновидностью генератора.)

Вместо проектирования схемы из традиционных логических элементов проще и экономичнее использовать одну из выпускаемых микросхем таймеров. Таймер может работать в обоих режимах, а для задания его рабочих параметров требуется очень мало внешних элементов.

До рассмотрения схемы типичного таймера уточним некоторые относящиеся к нему термины.

Частота повторения импульсов f импульсного сигнала характеризует число импульсов, приходящихся на заданный временной интервал, обычно на 1 с. Сигнал с частотой 1 кГц соответствует 1000 импульсам в секунду.

Период импульсов t импульсного сигнала — это время одного полного цикла импульса:

t = 1/f.

Период указанного выше импульсного сигнала составляет 1/1000 c, или 1 мс.

Коэффициент заполнения ( КЗ), %, импульсного сигнала равен отношению t вкл (высокий уровень) к сумме t вкл и t выкл (низкий уровень), т. е.

Сигнал, у которого t вкл = 1 мс и выкл = 1 мс, имеет коэффициент заполнения 50 %, т. е. собственно импульс действует в течение половины периода.

Коэффициент формы ( КФ) импульсного сигнала равен отношению t вкл (высокий уровень) и t выкл (низкий уровень).

Ширина импульса прямоугольной формы равна временному интервалу, измеренному на уровне 50 % амплитуды, в течение которого сигнал имеет высокий уровень (включен).

Время нарастания (фронта) импульса равно временному интервалу между точками 10 и 90 % его амплитуды. Время нарастания «идеального» импульса равно нулю.

Время спада (среза) t c импульса равно временному интервалу между точками 90 и 10 % его амплитуды. Время спада «идеального» импульса равно нулю.

На рис. 4.1 представлен типичный импульсный сигнал и показаны рассмотренные параметры.

Рис. 4.1. Типичные параметры импульсного сигнала.

Микросхема таймера 555, по-видимому, является одной из наиболее универсальных микросхем. Она не только сочетает в себе комбинацию аналоговых и цифровых схем, но и широко применяется в области цифровых генераторов импульсов. Чтобы разобраться в работе микросхемы, остановимся на ее внутреннем устройстве.