Цифровые устройства на интегральных микросхемах

С.А.БИРЮКОВ
ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ
© Издательство «Радио и связь», 1984
ПРЕДИСЛОВИЕШирокое внедрение цифровой техники в радиолюбительское творче­ство связано с появлением интегральных микросхем. Цифровые устройства, со­бранные на дискретных транзисторах и диодах, имеют значительные габариты и массу, ненадежно работают из-за большого количества элементов и особенно паяных соединений. Интегральные микросхемы, содержащие десятки, сотни, а иногда и тысячи активных элементов, позволили по-новому подойти к про­ектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность отдельной ин­тегральной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к на­дежности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчете на отдельный элемент резко уменьшается по мере повышения степени интегра­ции. В результате стало возможным собирать сложнейшие устройства, изго­товить которые без использования интегральных микросхем было бы совер­шенно невозможно.В настоящее время в радиолюбительской литературе отсутствует систе­матическое изложение вопросов практического использования интегральных микросхем. В книгах теоретического характера вопросы проектирования циф­ровых устройств рассматриваются обычно без учета особенностей интеграль­ных микросхем различных серий, а описание правил использования конкретных интегральных микросхем разбросано по специальным изданиям, руководящим техническим материалам и стандартам, недоступным широкому кругу радио­любителей. Автором сделана попытка изложить принципы построения циф­ровых устройств на конкретных примерах с привлечением необходимых теоре­тических положений.В своей основе книга содержит опыт автора по изучению и применению интегральных микросхем транзисторно-транзисторной логики (в основном се­рии К155), частично нашедший отражение в статьях, опубликованных в жур­нале «Радио» в 1977 — 1982 гг. В книге рассмотрены как общие вопросы при­менения комбинационных (элементы И — НЕ, И — ИЛИ — НЕ, НЕ, ИЛИ — НЕ, И, ИЛИ, дешифраторы, мультиплексеры, сумматоры по модулю 2, полные сумма­торы) и последовательноетных структур (триггеры, счетчики, сдвигающие ре­гистры) интегральных микросхем серий К155, так и описания практи­ческих конструкций с их использованием. Описания различных цифровых уст­ройств достаточно детализированы, содержат объяснение принципа действия, временные диаграммы, указания по настройке, чертежи печатных плат.Отзывы о книге направляйте по адресу: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио и связь», Массовая радиобиблиотека.
Автор

МИКРОСХЕМЫ СЕРИИ К155
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯОтечественная промышленность выпускает обширную номенклатуру ин­тегральных микросхем (ИС). Широкое применение для построения устройств автоматики и вычислительной техники находят цифровые ИС серии К155, которые изготовляются по стандартной технологии биполярных ИС транзистор-но-транввстарной логики (ТТЛ). Номенклатура ИС серии КШ5 составляет око­ло 100 наименований.Все ИС серии КД55 имеют напряжение питания 5 В±5%. Интегральные микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах трех типов, отличающихся количеством выводов (14, 16, 24) и размерами, и имеют диапазон рабочих температур от — 10 до +70° С. Часть микросхем выпускается также в керами­ческих корпусах и имеет обозначение К.М155. Температурный диапазон микро­схем в керамических корпусах — от — 45 до +85° С.Интегральные микросхемы серии К155 имеют выходной уровень логиче­ского 0 не более 0,4 В (типовое значение 0,1 — 0,2 В), выходной.уровень логи­ческой 1 не менее 2,4 В (типовое значение 3,2 — 3,5 В), типовую нагрузочную способность — 10.В табл. 1 приведены значения потребляемой мощности, предельной часто­ты тактовых импульсов, а также число выводов корпуса и разводка выводов питания рассматриваемых ниже микросхем.При проектировании цифровых приборов следует иметь в виду, что факти­ческое быстродействие триггеров и счетчиков превышает указанное в табл. 1 в 1,5 — 2 раза, а потребляемая мощность в среднем в 1,5 — 2 раза меньше пре­дельной, указанной в таблице.
При разработке принципиальных схем различных устройств всегда возни­кает вопрос: что делать с неиспользуемыми входами интегральных микросхем. Для ИС ТТЛ, к которым относятся ИС серии К155, возможно несколько вари­антов. Во-первых, неиспользуемые входы микросхем можно никуда не подклю­чать [Для ИС некоторых серий (К533, К555, К530, К531 и др.) оставлять вхо­ды неподключенными не допускается.], т. е. подпаивать к контактной площадке минимальных размеров, к кото­рой (это важно) не подключены проводники. При таком варианте несколько уменьшается быстродействие микросхем. Во-вторых, возможно подключение не­используемых входов к используемым входам того же элемента, но это не­сколько увеличивает нагрузку (в основном емкостную) на микросхему — ис­точник сигнала, что также снижает быстродействие. Неиспользуемые входы J триггеров можно подключать к инверсным выходам тех же триггеров, а К — к прямым. Это очень удобно, так как указанные выводы триггеров обычно расположены рядом. Можно подключать неиспользуемые 1входы к выходу не­используемого элемента И — НЕ, входы которого при этом надо соединить с общим проводом. Наконец, можно объединять неиспользуемые входы ИС и подключать их к источнику питания +5 В через резистор 1 кОм (до 20 вхо­дов к одному резистору). Последние два способа не снижают быстродейст­вия ИС.
Таблица 1
Обозначение, ИС
Потребляемая мощность, мВт

Число выводов корпуса
Выводы
питания
+ 5 В
Общ.
К155ТВ1
105
10
14
14
7
К155ТМ2
157,5
10
14
14
7
К155ТМ5
265

14
4
11
К155ТМ7
265

16
5
12
К155ИЕ1
150
10
14
14
7
К155ИЕ2
265
10
14
5
10
К155ИЕ4
255
10
14
5
10
К155ИЕ5
265
10
14
5
10
К155ИЕ6
510
15
16
16
8
К155ИЕ7
510
15
16
16
8
К155ИЕ8
600
15
16
16
8
К155ИР1
410
10
14
14
7
К155ИД1
132

16
5
12
К155ИДЗ
250

24
24
12
К155ИД4
210

16
16
8
К155КП1
360

24
24
12
К155КП2
315

16
16
8
К165КП5
230

14
14
7
К155КП7
260

16
16
8
К155ЛП5
262,5

14
14
7
К155ИП2
294

14
14
7
К155ИМ1
175
14
14
7
К155ИМ2
290
14
4
11
К155ИМЗ
640

16
5
12
Недопустимо подключать ко входу ИС проводник, который во время ра­боты может оказаться неподключенным к выходу источника сигнала, напри­мер, при управлении от кнопки или переключателя. Такие проводники обяза­тельно следует подключать к источнику +6 В через резистор 1 — .1(0 кОм.На печатных платах с использованием ИС серии К155 необходима уста­новка блокировочных конденсаторов между цепью +5 В и общим проводом. Их количество определяется одним-двумя конденсаторами емкостью 0,033 — 0,047 мкФ на каждые десять микросхем. Конденсаторы следует располагать на плате по возможности равномерно. Их следует также установить рядом со все­ми ИС с мощным выходом (например, К155ЛА6) или с потребляемой мощно­стью более 0,5 Вт.Цифровые ИС по своим функциям делятся на два широких класса — ком­бинационные и последовательностные. К первому классу относятся ИС, не име­ющие внутренней памяти, состояние выходов этих ИС однозначно определяет­ся уровнями входных сигналов в данный момент времени.Ко второму классу относятся ИС, состояние выходов которых определяет­ся не только уровнями входных сигналов в данный момент времени, но и со­стоянием ИС в предыдущий момент из-за наличия внутренней памяти.К комбинационным ИС серии К155 относятся простые логические элементы И — НЕ, И — ИЛИ — НЕ, НЕ, ИЛИ — НЕ, И, ИЛИ, имеющие в своем обозначе­нии буквы ЛА (К155ЛАЗ), ЛР (К155ЛР1), ЛН (К155ЛН1), ЛЕ (К155ЛЕ1), ЛИ (К155ЛИ1), ЛЛ (К155ЛЛ1), более сложные элементы — дешифраторы (К155ИД1, К155ИДЗ, КИ55ИД4), мультиплексеры (К155КП1, К155КП2, К155КП5, К.155КП7), сумматоры по модулю 2 (К155ЛП5, К155ИП2), полные сумматоры (КЛ55ИМ1, К155ИМ2, К155ИМЗ), а также некоторые другие.К последовательностным ИС относятся триггеры (К155ТВ1, К155ТМ2, К155ТМ5, К155ТМ7), счетчики (К155ИЕ1 — К155ИЕ8), сдвигающие регистры (К155ИР1) и др.Работа логических элементов достаточно проста — для элементов И вы­ходной уровень логической 1 формируется при подаче на все входы элемента уровней логической 1, для элемента ИЛИ для формирования уров­ня логической 1 на выходе достаточно подачи хотя бы на один вход уровня логической 1. Элементы И — НЕ (основной элемент серии К155) и ИЛИ — НЕ дополнительно инвертируют выходной сигнал, элемент И — ИЛИ — НЕ состоит из нескольких элементов И, выходы которых подключены ко вхо­дам элемента ИЛИ — НЕ.Изучение работы более сложных ИС серии К155 удобно начать с микро­схем последовательностного типа.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОГО ТИПА
Основу последовательностных цифровых структур составляют тригге­ры различных типов, которые могут использоваться самостоятельно или в со­ставе счетчиков, регистров и т. д.Триггеры ИС серии К155 различаются по своим возможностям. Так назы­ваемые JK-триггер К155ТВ1 и D-тригтер К155ТМ2 могут работать в счетном режиме, т. е. менять свое состояние на противоположное на каждый импульс, приходящий на счетный вход триггера. Триггеры микросхемы К155ТМ5 и К155ТМ7 могут работать только в режиме хранения информации, записывае­мой в них в момент подачи тактовых импульсов.
Рассмотрим более подробно работу триггеров. Триггер К155ТВ1 (рис. 1,а) имеет девять входов: вход R установки в 0, вход S установки в 1, вход С — тактовых импульсов, входы J я К — управляющие входы (по три входа, объ­единенных по схеме И), а также прямой и инверсный (обозначен кружком) выходы.
При подаче логического 0 на вход R триггер устанавливается в нулевое состояние, при котором на прямом выходе уровень логического 0, на инверс­ном — логической 1. При подаче логического 0 на вход S триггер устанавли­вается в единичное состояние.
Более сложно происходит работа триггера при подаче сигналов на входы С, J и К. Наиболее простой режим осуществляется при уровне логической 1 на входах J и K, в этом случае JK-тригтер работает как обычный триггер со счетным входом: по спаду каждого положительного импульса на тактовом
входе состояние триггера меняется на противоположное. Если хотя бы на одном входе J и на одном входе К одновременно уровень логического 0, со­стояние триггера при подаче импульсов по тактовому входу С не меняется.
Если на всех входах J уровень логической .1, хотя бы на одном входе — логический 0, по спаду положительного импульса на входе С триггер устанав­ливается в единичное состояние независимо от своего предыдущего. Если хотя бы на одном входе J логический 0, на всех входах К — 1, по спаду импульса на входе С триггер устанавливается в нулевое состояние.

Оцените статью
Добавить комментарий