Что такое формирователь шины

Мультиплексоры предназначены для объединения нескольких выходов в тех случаях, когда заранее известно сколько выходов нужно объединять. Часто это неизвестно. Более того, часто количество объединяемых микросхем изменяется в процессе эксплуатации устройств. Наиболее яркий пример — это компьютеры, в которых в процессе эксплуатации изменяется объем оперативной памяти, количество портов ввода-вывода, количество дисководов. В таких случаях невозможно для объединения нескольких выходов воспользоваться логическим элементом «ИЛИ».

Для объединения нескольких выходов на один вход в случае, когда заранее не известно сколько микросхем нужно объединять, используется два способа:

1. монтажное ИЛИ;
2. шинные формирователи.

Исторически первой схемой объединения выходов были схемы с открытым коллектором (монтажное «ИЛИ»). Схема монтажного «ИЛИ» приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема монтажного «ИЛИ»

Такое объединение микросхем называется шиной и позволяет объединять до 10 микросхем на один провод. Естественно для того, чтобы микросхемы не мешали друг другу только одна из микросхем должна выдавать информацию на общий провод. Остальные микросхемы в этот момент времени должны быть отключены от шины (то есть выходной транзистор должен быть закрыт). Это обеспечивается внешней микросхемой управления не показанной на данном рисунке.

На принципиальных схемах такие элементы обозначаются как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Обозначение микросхемы с открытым коллектором на выходе

Недостатком приведенной схемы объединения нескольких микросхем на один провод является низкая скорость передачи информации, обусловленная затягиванием переднего фронта. Это явление связано с различным сопротивлением заряда и разряда паразитной ёмкости шины. Заряд паразитной ёмкости происходит через сопротивления R1 и R2, которые много больше сопротивления открытого транзистора. Величину этого сопротивления невозможно уменьшить меньше некоторого предела, определяемого напряжением низкого уровня, который определяется в свою очередь допустимым током потребления всей схемы в целом. Временная диаграмма напряжения на шине с общим коллектором приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Временные диаграммы напряжения на входе и выходе микросхемы с открытым коллектором

Естественным решением этой проблемы было бы включение транзистора в верхнее плечо схемы, но при этом возникает проблема сквозных токов, из-за которой невозможно соединять выходы цифровых микросхем непосредственно. Причина возникновения сквозных токов поясняется на рисунке 4.

Рисунок 4. Путь протекания сквозного тока при непосредственном соединении выходов цифровых микросхем

Эта проблема исчезает, если появляется возможность закрывать транзисторы как в верхнем, так и в нижнем плече выходного каскада. Если в микросхеме закрыты оба транзистора, то такое состояние выхода микросхемы называется третьим состоянием или z-состоянием выхода микросхемы. Такая возможность появляется в специализированных микросхемах с третьим состоянием на выходе микросхемы. Принципиальная схема выходного каскада микросхемы с тремя состояниями на выходе микросхемы приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Принципиальная схема выходного каскада микросхемы с тремя состояниями на выходе

На принципиальных схемах такие элементы обозначаются как показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Обозначение микросхемы с тремя состояниями на выходе

В настоящее время схемы с тремя состояниями широко используются для построения шин. Шина представляет собой проводник к которому могут подключаться несколько микросхем. При этом часть из них используют этот проводник для передачи по нему цифрового сигнала, а часть используют его для получения информации. То есть этот проводник может быть использован в качестве элемента коммутации.

При этом особенно важно, что в отличие от коммутаторов (мультиплексоров и демультиплексоров) количество входов и выходов в шине заранее не определено. Поэтому к шине можно подключать (и отключать) устройства без перенастройки принципиальной схемы.

Часто в микросхеме, содержащей элементы с тремя состояниями выходного каскада объединяют управляющие сигналы всех элементов в один провод, оставляя независимыми информационные входы и выходы (точно так же как это делалось в параллельных регистрах). Такие микросхемы называют шинными формирователями и изображают на схемах как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Условно-графическое обозначение шинного формирователя

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Шинные формирователи» читают:

Видео:Лекция 304 Шинный формировательСкачать

Шинные формирователи

Мультиплексоры предназначены для объединения нескольких выходов в тех случаях, когда заранее известно сколько выходов нужно объединять. Часто это неизвестно. Более того, часто количество объединяемых микросхем изменяется в процессе эксплуатации устройств. Наиболее яркий пример — это компьютеры, в которых в процессе эксплуатации изменяется объем оперативной памяти, количество портов ввода-вывода, количество дисководов. В таких случаях невозможно для объединения нескольких выходов воспользоваться логическим элементом «ИЛИ».

Читайте также: Yamaha drag star 1100 custom давление в шинах

Для объединения нескольких выходов на один вход в случае, когда заранее не известно сколько микросхем нужно объединять, используется два способа:

1. монтажное ИЛИ;
2. шинные формирователи.

Исторически первой схемой объединения выходов были схемы с открытым коллектором (монтажное «ИЛИ»). Схема монтажного «ИЛИ» приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема монтажного «ИЛИ»

Такое объединение микросхем называется шиной и позволяет объединять до 10 микросхем на один провод. Естественно для того, чтобы микросхемы не мешали друг другу только одна из микросхем должна выдавать информацию на общий провод. Остальные микросхемы в этот момент времени должны быть отключены от шины (то есть выходной транзистор должен быть закрыт). Это обеспечивается внешней микросхемой управления не показанной на данном рисунке.

На принципиальных схемах такие элементы обозначаются как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение микросхемы с открытым коллектором на выходе

Недостатком приведенной схемы объединения нескольких микросхем на один провод является низкая скорость передачи информации, обусловленная затягиванием переднего фронта. Это явление связано с различным сопротивлением заряда и разряда паразитной ёмкости шины. Заряд паразитной ёмкости происходит через сопротивления R1 и R2, которые много больше сопротивления открытого транзистора. Величину этого сопротивления невозможно уменьшить меньше некоторого предела, определяемого напряжением низкого уровня, который определяется в свою очередь допустимым током потребления всей схемы в целом. Временная диаграмма напряжения на шине с общим коллектором приведена на рисунке 3. Подобную временную диаграмму можно наблюдать с помощью любого осциллографа, но для цифровых сигналов предпочтительно применять запоминающие осциллографы.

Рисунок 3. Временные диаграммы напряжения на входе и выходе микросхемы с открытым коллектором

Естественным решением этой проблемы было бы включение транзистора в верхнее плечо схемы, но при этом возникает проблема сквозных токов, из-за которой невозможно соединять выходы цифровых микросхем непосредственно. Причина возникновения сквозных токов поясняется на рисунке 4.

Рисунок 4. Путь протекания сквозного тока при непосредственном соединении выходов цифровых микросхем

Эта проблема исчезает, если появляется возможность закрывать транзисторы как в верхнем, так и в нижнем плече выходного каскада. Если в микросхеме закрыты оба транзистора, то такое состояние выхода микросхемы называется третьим состоянием или z-состоянием выхода микросхемы. Такая возможность появляется в специализированных микросхемах с третьим состоянием на выходе микросхемы. Принципиальная схема выходного каскада микросхемы с тремя состояниями на выходе микросхемы приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Принципиальная схема выходного каскада микросхемы с тремя состояниями на выходе

В качестве примера подобной микросхемы можно привести счетверенную микросхему элементов с тремя состояниями на выходе фирмы Texas Instruments SN74LVC126A. На принципиальных схемах элементы с тремя состояниями обозначаются как показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Обозначение микросхемы с тремя состояниями на выходе

В настоящее время схемы с тремя состояниями широко используются для построения шин. Шина представляет собой проводник к которому могут подключаться несколько микросхем. При этом часть из них используют этот проводник для передачи по нему цифрового сигнала, а часть используют его для получения информации. То есть этот проводник может быть использован в качестве элемента коммутации.

При этом особенно важно, что в отличие от коммутаторов ( мультиплексоров и демультиплексоров) количество входов и выходов в шине заранее не определено. Поэтому к шине можно подключать (и отключать) устройства без перенастройки принципиальной схемы.

Часто в микросхеме, содержащей элементы с тремя состояниями выходного каскада объединяют управляющие сигналы всех элементов в один провод. (точно так же как это делалось в параллельных регистрах) Такие микросхемы называют шинными формирователями и изображают на схемах как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Условно-графическое обозначение шинного формирователя

В качестве отечественных шинных формирователей можно назвать микросхемы 589АП16, К1810ВА86, 1533АП6. В качестве примера иностранных шинных формирователей можно назвать микросхемы SN74LVC240A, SN74LVC2244A, SN74LVC540A фирмы Texas Instruments. Перечисленные микросхемы представляют собой восемь элементов с тремя состояниями, открываемые одним управляющим сигналом. Существуют и 16-разрядные шинные формирователи, способные связывать между собой 16-разрядные шины данных, такие как SN74LVCH16646A.

В настоящее время шинные формирователи в основном присутствуют в составе более сложных микросхем, таких как центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ или параллельные или последовательные порты.

Читайте также: Шины гребенки шнайдер электрик

Дата последнего обновления файла 11.11.2017

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Видео:Формирование шины 100 VDC от двух независимых источников в составе DC MicrogridСкачать

knigechka

Сайт содержит тексты редких методических пособий, лабораторных и контрольных работ. Вообщем, то что трудно найти в сети но очень нужно для подготовки к экзаменам, в частности на заочной форме обучения.

Видео:Блок управления, генератор, CAN или LIN шина либо АКБ? P0401, P0523, U1113, U1132, U0106 (Видео 90)Скачать

Шинные формирователи.

Шинный формирователь представляет собой усилитель, сопрягающий выходы ЦПЭ с магистралями передачи информации системы. В простых микропроцессорных системах шинные формирователи могут вообще отсутствовать, так как БИС ЦПЭ имеет на выходе буферные усилители, к которым подключается адресная шина и шина данных. Эти буфера обеспечивают получение ТТЛ-уровней сигналов и могут переходить в высокоомное состояние, т. е. отключать ЦПЭ от системных шин. Вследствие этого шины адреса и данных можно непосредственно подключать к выводам БИС ЦПЭ, а все остальные элементы системы (память, порты ввода-вывода) подключать сразу же к соответствующим шинам. Система управления в этом случае имеет мало элементов и получается очень простой.

Однако как раз объем системы и является тем ограничивающим фактором, который определяет подроб­ную структуру. Этот фактор связан с нагрузочной способ­ностью выходных буферов ЦПЭ и подсоединенных к ним шин. Нагрузочная способность шины данных для состоя­ния логического 0 составляет 1,8 мА, а в состоянии

логической 1—0,15 мА. Нагрузочная способность всех остальных выводов составляет 0,75 мА для логического 0 и только 0,1 мА для логической 1. Эти значения гаранти­рованы разработчиками микропроцессорного комплекта, и, хотя на практике их иногда превышают, все же они указывают те границы, которых следует придерживаться для уверенной эксплуатации системы.

Если суммарная нагрузка какой-либо линии шины адреса или шины данных будет превосходить указанные выше значения, то в такую шину надо вводить буфера-усилители, их-то и называют шинными формирователями или драйверами.

При проектировании системы управления надо прежде всего оценить токовую нагрузку, которую будет испыты­вать каждая линия шин адреса и данных. Как видно из рис. 1.1, адресные линии в микропроцессорной системе управления связаны со множеством входов различных модулей, подключенных параллельно. Модули памяти обычно потребляют очень малый ток (0,02—0,4 мА), но в состав системы входят те или иные логические устройства, для реализации которых часто применяются ИС серии К 155. Ток, потребляемый на входе этих микро­схем, равен 1,6 мА в состоянии логического 0 и 0,04 мА в состоянии логической 1, т. е. практически полностью расходуется токовый ресурс микросхемы ЦПЭ.

Чтобы сократить потребление тока в сигнальных линиях и тем самым избежать введения буферных усилителей-формирователей, логические преобразования можно делать с помощью интегральных схем серии К555. Эти схемы потребляют меньшие токи: в состоянии логи­ческого 0—0,36, а логической 1—0,02 мА. Таким образом, БИС ЦПЭ может непосредственно (без применения буфе­ров) выдержать нагрузку пятью интегральными схемами серии К555.

Однако в общем случае нагрузка по току на адресных линиях может превысить возможности микросхемы ЦПЭ и тогда возникает необходимость во введении шинных фор­мирователей. Введение буфера адреса требуется и в том случае, когда адресные линии должны работать на значительную емкостную нагрузку. Примером такой нагрузки является соединительный кабель большой длины. При этом для поддержания электрических характери­стик сигнала на конце линии перед передачей по кабелю его необходимо усиливать, т. е. применять шинный форми­рователь.

После решения о необходимости введения буфера нужно выбрать подходящее устройство. В качестве буфе­ров адресной шины могут быть использованы микросхемы той же серии К155. Хотя потребляемая ими мощность вели­ка, зато высок и коэффициент разветвления по выходу:

на выходе обычной схемы можно получить ток 16 мА, а схемы с повышенной нагрузочной способностью дают 30—40 мА. Можно, в частности, использовать интеграль­ные схемы с шестью повторителями в одном корпусе К155ЛП10 или схемы с организацией 4+2 элементов К155ЛП11. Как те, так и другие, имеют три состояния на выходе и элементы управления входами (рис. 1.5). При использовании таких схем в качестве буферов адреса на выводы I(In) подаются сигналы с ЦПЭ, с выводов O(Out) передаются на шину адреса, а на входы доступа (выбора микросхемы) постоянно подаются сигналы уровня логи­ческого 0, т. е. выводы 1 и 15 соединяются с корпусом. Схемы постоянно находятся во включенном состоянии. Однако в некоторых случаях, например при передаче управления от ЦПЭ периферийному устройству (режим прямого доступа к памяти), возникает необходимость в блокировке адресного выхода ЦПЭ и переводе буфера адресной шины в высокоомное состояние; тогда на выводы доступа должны подаваться соответствующие сигналы управления.

Читайте также: Контроль давления шинах колпачки

Включение буфера в шину данных. Когда микропро­цессор работает в режиме вывода, к шине данных парал­лельно подключается много различных модулей. При этом возможно, что общая нагрузка от всех устройств окажется для шины данных чрезмерной. Эта ситуация подобна той,

Рис. 1.5. Буфера шины адреса: а—К155ЛП10; б—К155ЛП11

которая обсуждалась при рассмотрении нагрузки на шину адреса, и для ее предотвращения нужно также вводить буфер-формирователь.

Однако, рассматривая шину данных, необходимо учи­тывать то обстоятельство, что в отличие от адресной шины, в которой сигналы проходят только в одном направлении (от ЦПЭ к другим модулям системы), шина данных двунаправленная, и этот факт исключает возможность использования простой техники включения буфера, при­менявшейся в отношении шины адреса.

В качестве двунаправленного буфера шины данных можно использовать два самостоятельных устройства, аналогичных тем, которые применялись для шины адреса (рис. 1.5). Очевидно, что теперь сигналы, активизирующие устройства, не могут иметь постоянный потенциал, а эти устройства должны получать сигналы управления в соот­ветствии с направлением передачи данных (рис. 1.6.).

Для использования в качестве двунаправленного буфера создана специальная интегральная схема К589АП16 —четырехразрядный сдвоенный шинный фор­мирователь (рис. 1.7). Эта схема состоит из набора усилителей с тремя состояниями на выходе и логических схем на входе для управления направлением передачи (ВН — выбор направления) и организации доступа. Отли­чительной особенностью этих микросхем является малый потребляемый ток на входе — 0,25 мА и высокая нагру­зочная способность: первая группа усилителей дает 50 мА

Рис. 1.6. Включение буферов в шину данных

Рис. 1.7. Четырехразрядный шинный формирователь К589АГП6

Рис. 1.8. Включение формирователей вшину данных

при нулевом и 10 мА при единичном уровне, а вторая группа — 15 и 1 мА соответственно. При использовании ИС К589АП16 в качестве двунаправленного буфера шины данных выводы I и О соединяются, но включенным всякий раз может быть только один из усилителей (рис. 1.8), так как выход другого переводится в высокоомное состояние. Для передачи информации от ЦПЭ к другим модулям системы (запись) на вход ВН подается логическая 1. При подаче на вход ВН логического 0 передача информации происходит от модулей к ЦПЭ (чтение). В третье, высокоомное, состояние шинные фор­мирователи переводятся путем подачи на вход ВМ уровня логической 1. В реальной системе этот сигнал может быть взят с выхода ЗХВ («Захват») ЦПЭ. Если же режим передачи управления в системе не используется, то на вывод ВМ нужно постоянно подавать уровень логи­ческого 0, соединив, например, вывод 1 с корпусом.

На практике шинные формирователи К589АП16 приме­няют в качестве буфера не только шины данных, но и шины адреса, хотя один элемент при этом оказывается избыточным. Для обслуживания всей шины адреса тре­буется 4 микросхемы.

Кроме микросхемы К589АП16 выпускается микросхема К589АП26, которая отличается от предыдущей только наличием инверторов на каждом выходе.

В последнее время отечественная промышленность освоила выпуск двунаправленных шинных усилителей формирователей, входящих в состав МПК БИС серии К580. Микросхема КР580ВА86 размещается в пластмас­совом корпусе с 20 выводами и состоит из восьми идентичных усилителей и блока управления. Если на вход НП (направление передачи) подан сигнал высокого уровня, информация передается со стороны А, подключен­ной, например, к ЦПЭ, на сторону В, подключенную к шине данных. При сигнале НП низкого уровня направле­ние передачи изменится на обратное. Выпускается также микросхема КР580ВА87, у которой выход со стороны В имеет инверторы, т. е. данная микросхема по своим функциям аналогична К589АП26.

Микросхемы КР580ВА86 и КР580ВА87 более удобны для практического применения по сравнению с использу­емыми сейчас шинными формирователями серии К589, так как в одном корпусе содержат сразу восемь формирова­телей, достаточных для буферирования всей шины данных. Обе микросхемы имеют вход РВЫХ, действие которого аналогично входу ВМ , т. е. если на РВЫХ нет напряжения низкого уровня, то все информационные входы и выходы данной микросхемы переходят в высокоомное состояние.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  🎥 Видео

  Диагностика генератора "cтарт-стоп" по шине LINСкачать

  

  Что такое формирователи десны, установка и сколько носить?Скачать

  

  CAN шина👏 Как это работаетСкачать

  

  Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать

  

  Азот в шинах: полезный сервис или услуга для лохов?Скачать

  

  Чтоб kyй был не меньше 20смСкачать

  

  АЗЫ ДИАГНОСТИКИ. Шины передачи данных. Часть 3. Шина LinСкачать

  

  Логический LIN пробник, цифровой тестер лин, к лайн шины автомобиля. На Ардуино, OLED I2C, TJA 1020Скачать

  

  Как установить формирователь десны? Имплантация зубов Самара.Скачать

  

  Накачка шин азотом. Есть ли смысл накачивать азотом?Скачать

  

  Формирователь десны. Нужен при имплантации или нет❓Скачать

  

  Формирование десны при имплантацииСкачать

  

  Lin-scan (Анализатор ЛИН шины)Скачать

  

  ВЕБИНАР: "ВСЕ ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ПРО ФОРМИРОВАТЕЛИ ДЕСНЫ"Скачать

  

  КАК УБРАТЬ ЛЮБУЮ ЦАРАПИНУ НА ПЛАСТИКЕ ЗА 5 МИНУТ?Скачать

  

  Как понять, когда протектор износился и шины пора менятьСкачать

  

  Triangle - формирование фундамента для роста на 4 точки. Шины и диски 4точки - Wheels & TyresСкачать