Общие сведения 

   Широкое внедрение цифровой техники в радиолюбительское творчество связано с появлением интегральных микросхем. Цифровые устройства, собранные на дискретных транзисторах и диодах, имели значительные габариты и массу, ненадежно работали из-за большого количества элементов и особенно паяных соединений. Интегральные микросхемы, содержащие в своем составе десятки, сотни, тысячи, а в последнее время многие десятки и сотни тысяч и даже миллионы компонентов, позволили по-новому подойти к проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность отдельной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к надежности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчете на отдельный компонент резко уменьшается по мере повышения степени интеграции.
В результате на интегральных микросхемах стало возможным собирать сложнейшие устройства, изготовить которые в радиолюбительских условиях без применения микросхем было бы совершенно невозможно.
Книга написана на основании большого опыта автора по изучению и применению микросхем серий ТТЛ К155, К555, КР531, КР1533, серий КМОП К176, К561, КР1554, КР1561,564 и содержит материал, частично нашедший отражение в его статьях, опубликованных в журнале <Радио>  и книгах автора. В настоящем издании описаны общие принципы функционирования комбинационных, последовательностных микросхем, ждущих мультивибраторов и генераторов, приведены схемы соединения микросхем для увеличения разрядности, фрагменты принципиальных схем цифровых устройств с применением различных описываемых микросхем, приведены описания формирователей и генераторов импульсов, квазисенсорных переключателей.
Автор надеется, что данная книга поможет многим радиолюбителям и радиоспециалистам творчески подойти к самостоятельной разработке и изготовлению многих полезных цифровых устройств.
 С. Алексеев.
 

  Микросхемы серии ТТЛ

Микросхемы комбинационного типа малой степени интеграции.

У нас в стране обширна номенклатура выпускаемых интегральных микросхем. Для построения устройств автоматики и вычислительной техники широкое применение находят цифровые микросхемы серии К 155, которые изготавливают по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100 наименований микросхем серии К 155. При всех своих преимуществах - высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью. Поэтому им на смену выпускают микросхемы серии К555, принципиальное отличие которых - использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем серии К555 не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает емкости их р-n-переходов. В результате при сохранении быстродействия микросхем серии К555 на уровне серии К155 удалось уменьшить ее потребляемую мощность примерно в 4...5 раз.

Дальнейшее развитие микросхем серий ТТЛ - разработка микросхем серии КР1533. Основное эксплуатационное отличие их от схем серии К555 - в 1.5...2 раза меньше потребляемая мощность при сохранении и повышении быстродействия.

Средняя задержка распространения элементов микросхем серии К155, К555, КР1533 примерно 15...20 нс. В случаях, когда требуется более высокое быстродействие, используют микросхемы серии КР531. Для сравнения основных параметров в табл. 1 приведены значения средней потребляемой мощности Рср и средней задержки tз.ср распространения микросхем ТТЛ указанных серий, а также стандартные значения входных Iвх и выходных Iвых токов и нагрузочной способности N указанных серий микросхем. Некоторые микросхемы допускают большие выходные токи и имеют большую нагрузочную способность, чем указано в табл. 1. Часть микросхем (особенно серии КР531) также имеют отличные от стандартных входные токи. Эти отличия специально указаны далее.

Стандартные выходные уровни лог. 1 составляют 2,4...2,7 В, лог. 0 -0,36...0,5 В.

Напряжение питания микросхем серий ТТЛ 5 В +-5%, для серии КР1533 допуск на напряжение питания +-;10%.

Микросхемы выпускают в пластмассовых корпусах с 8, 14, 16, 20, 24, 28 выводами, температурный диапазон их работоспособности:

1-11.jpg
 

-10...+70 °С. Часть микросхем серий К155 и К555 выпускают в керамических корпусах (их обозначение КМ155 и КМ555), температурный диапазон работоспособности таких микросхем -45...+85 °С.

На рис. 1 приведены зависимости выходного напряжения от входного для инвертирующих логических элементов упомянутых серий микросхем при температуре +20 С. Поскольку за порог переключения принимается входное напряжение, при котором выходное равно ему, его нетрудно найти по приведенным зависимостям как точку пересечения с прямой Uвых = Uвх. Из рисунка видно, что микросхемы серии КР1533 имеют наибольший порог переключения - 1,52 В и, как следствие, наибольшую помехоустойчивость.

Рассматриваемые серии имеют в своем составе однотипные микросхемы с совпадающими после номера серии цифробуквенными обозначениями. Логика работы однотипных микросхем, за редким ис-

1-12.jpg
 

ключением, отмеченным далее, совпадает. Микросхемы серии КР531 ранее не имели в обозначении буквы <Р>, а имели в конце обозначения букву <<П>>, например К531ЛАЗП.

В табл. 2 приведены обозначение большинства рассматриваемых микросхем, функциональное назначение, число выводов корпуса, средняя потребляемая мощность, средняя задержка распространения сигнала и номер рисунка, на котором приведено графическое обозначение микросхемы.

В функциональном назначении буквы означают: OK - микросхемы

имеют выход с открытым коллектором, ОЭ - с открытым эмиттером, Z - выходы могут переводиться в высокоимпедансное состояние.

При разработке принципиальных схем различных устройств всегда возникает вопрос: что делать с- неиспользуемыми входами интегральных микросхем. Если по логике работы на вход необходимо подать лог. 0, то его соединяют с общим проводом, если лог. 1 - возможны варианты. Во-первых, неиспользуемые входы микросхем серии К155 можно никуда не подключать, то есть подпаивать к контактной площадке минимальных размеров, к которой (это важно) не подключены никакие проводники. Но при этом несколько уменьшается быстродействие микросхем. Для микросхем серий К555, КР531, КР1533 оставлять входы неподключенными не допускается. Во-вторых, возможно подключение неиспользуемых входов к используемым входам того же элемента, но это увеличивает нагрузку на микросхему-источник сигнала, что также снижает быстродействие. В-третьих, можно подключать неиспользуемые входы микросхем серий К155 и КР531 к выходу инвертирующего элемента, входы которого при этом надо соединить с общим проводом. Наконец, можно объединять неиспользуемые входы микросхем этих серий и подключать их к источнику питания +5 В через резистор сопротивлением 1 кОм (до 20 входов к одному резистору). Входы микросхем серий К555 и КР1533 можно подключать к источнику питания +5 В непосредственно.

Недопустимо подключать ко входу микросхемы проводник, который во время работы может оказаться неподключенным к выходу источника сигнала, например при управлении от кнопки или переключателя, так как это резко снижает помехоустойчивость устройства. Такие проводники следует подключать к источнику +5 В через резистор сопротивлением 1 кОм (до 20 входов к одному резистору). Входы микросхем серий К555 и КР1533 можно подключать к источнику питания +5 В непосредственно.

На печатных платах с использованием микросхем серий К155, К555, КР1533 необходима установка блокировочных конденсаторов между цепью +5 В и общим проводом. Их число определяется одним-двумя конденсаторами емкостью 0,033...0,15 мкВ на каждые пять микросхем. Конденсаторы следует располагать на плате по возможности равномерно. Их следует также установить рядом со всеми микросхемами с мощным выходом (например, К155ЛА6) или с потребляемой мощностью более 0,5 Вт.

Микросхемы серий КР531 требуют особого внимания при разводке цепей питания и общего провода.

1-13.jpg
 

1-14.jpg
 

1-15.jpg
 

1-16.jpg
 

1-17.jpg
 

1-18.jpg
 

1-19.jpg
 

1-110.jpg
 

1-111.jpg
 

1-112.jpg
 

  При изготовлении промышленных устройств на микросхемах этой серии используют многослойные печатные платы, один из слоев используют в качестве общего провода, другой - в качестве шины питания. Если используют двухслойные платы, шины питания и общего провода выполняют навесными в виде латунных полос шириной около 5 мм, керамические блокировочные конденсаторы емкостью 0,047...0,15 мкФ подпаивают непосредственно к этим шинам (один конденсатор на одну-две микросхемы). В радиолюбительских условиях можно одну сторону печатной платы использовать под общий провод, другую - под сигнальные цепи и под провод питания, конечно, при этом придется устанавливать много перемычек и к каждой микросхеме блокировочный конденсатор.

Как правило, напряжение питания микросхем подводят к выводу с максимальным номером, общий провод - к выводу, номер которого вдвое меньше. Случаи исключения из этого правила приведены в табл. 3.

Микросхемы серий К555 и КР1533 можно применять вместо однотипных микросхем серии К 155 и совместно с ними, при этом следует иметь в виду, что их нагрузочная способность на микросхемы серии К155 составляет 5. Микросхемы серии КР531 следует применять только в случае необходимости высокого быстродействия, так как они создают большой уровень помех, к которым особенно чувствительны микросхемы серии К555, и потребляют большую мощность.

Цифровые микросхемы по своим функциям делятся на два больших класса - комбинационные и последовательностные. К первому относятся микросхемы, не имеющие внутренней памяти (состояние выходов этих микросхем однозначно определяется уровнями входных сигналов в данный момент времени). Ко второму - микросхемы, состояние выходов которых определяется не только уровнями входных сигналов в данный момент времени, но и последовательностью состояний в предыдущие моменты времени из-за наличия внутренней памяти.

К комбинационным относятся простые логические микросхемы И-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, более сложные элементы - дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры по модулю 2, полные сумматоры, преобразователи кодов для семисегментных и матричных индикаторов, шифраторы, программируемые постоянные запоминающие устройства, преобразователи двоично-десятичного кода в двоичный и обратно, однонаправленные и двунаправленные буферные элементы, мажоритарные клапаны, триггеры Шмитта, которые, однако, имеют внутреннюю память и могут быть отнесены и к последовательностным микросхемам, а также некоторые другие.

К последовательностным микросхемам относятся триггеры, счетчики, сдвигающие регистры, оперативные запоминающие устройства и некоторые другие микросхемы.

Ждущие мультивибраторы нельзя отнести однозначно ни к одному из упомянутых классов, так как внутренняя память этих микросхем помнит изменение входных сигналов ограниченное время, после чего состояние выходов микросхемы ни от чего не зависит. То же самое относится и к генераторным микросхемам.

         

Далее  

Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Владелец данного сайта не несёт никакой ответственности за содержание расположенного здесь материала, а также за результаты использования информации, размещённой на этом сайте.