Основные понятия цифровой техники

Наибольшее употребление в цифровой электронной технике имеют сигналы в виде последовательности импульсов. Импульсным называют сигнал, напряжение которого очень быстро, скачком изменяется от одного значения до другого. Наибольшее применение получили периодические импульсные сигналы, напряжение которых принимает в каждый текущий момент одно из двух постоянных значений, которые принято называть уровнями. Такие импульсы называют прямоугольными, а уровни — высоким и низким или, иначе, уровнем логической 1 и уровнем логического 0. Напряжение уровня 1 всегда по абсолютному значению больше напряжения уровня 0.

Переход от низкого уровня к высокому принято называть положительным перепадом, а от высокого к низкому — отрицательным. Время между двумя соседними положительными (или отрицательными) перепадами называют периодом повторения импульсной последовательности и обозначают буквой Т. Каждый период состоит из длительности импульса, обозначаемой буквой т, и длительности паузы. Отношение Г/т принято называть скважностью импульсов. Если импульсы и паузы по длительности одинаковы, то скважность равна 2 — такую последовательность импульсов часто называют меандром.

Для определенности импульс, начинающийся с положительного перепада, называют положительным, а с отрицательного — отрицательным. Начало импульса — это его фронт, окончание —с пад.

Основным звеном цифровой техники является логический элемент — электронное устройство, способное выполнять простейшие логические операции. У логических элементов и других цифровых устройств серии К176 при напряжении питания 9 В уровень логического 0 не превышает 0,3 В, а уровень 1 — не менее 8,2 В. Уровнями сигналов на входе и выходе цифровых логических устройств,. выраженными в двоичной системе

счисления, характеризуют логическое состояние и работу всех цифровых микросхем.

В последующих подразделах будет коротко рассказано о работе микросхем, которые использованы в модулях системы радиоуправления моделями, описанной в книге.

Логические элементы

Во всех цифровых модулях приемной и передающей аппаратуры работает микросхема К176ЛА7. Она содержит в одном корпусе четыре взаимно независимых логических элемента 2И-НЕ. На принципиальной схеме микросхему К176ЛА7 изображают так, как показано на рис. 18,а.

Все элементы и устройства цифровой техники принято для единообразия изображать на схеме так, что входы всегда расположены слева, а выходы — справа. Над выводами на схеме ставят цифры, означающие номер того или иного вывода согласно цоколевке микросхемы.

Цифра 2 в названии элемента означает число его входов. Буква И после цифры 2 указывает вид выполняемой элементом логической операции — логическое умножение (коньюнкцию ) сигналов, действующих на входах. Эту операцию на схеме обозначают знаком &, который вписывают в изображение элемента. Символ НЕ означает, что выходной сигнал элемента инвертирован (сдвинут по фазе на 180°) по отношению к входным или, иначе говоря, если на обоих входах элемента присутствует уровень логического 0, то на выходе будет уровень логической 1, и наоборот. Условный знак инверсии сигнала — кружок у выходного вывода в изображении элемента. Если у выхода кружок отсутствует, значит, инверсии" нет и сигнал на выходе будет в той же фазе, что и на входах. Такой элемент называют элементом 2И.

Процесс реализации логического умножения, выполняемого элементом 2И-НЕ, удобно показывать в виде таблицы состояний, которая указывает состояние входов и выхода элемента в текущий момент. Состояния выражают цифрами 0 и 1 в двоичной системе счисления (рис. 18, б).

Из этой таблицы видно, например, что высокий уровень на выходе элемента 2И-НЕ будет лишь тогда, когда хотя бы на одном из выходов присутствует сигнал логического 0.

Операцию логического умножения можно также проиллюстрировать временными диаграммами, показанными на рис. 18,в. Допустим, что на выход логического элемента (выводы 1,2) действуют сигналы А и Б. Тогда на выходе элемента (вывод 3) в моменты t и ts появятся отрицательные перепады напряжения (сигнал В). По этим диаграммам легко проследить работу логического элемента. Работа остальных логических элементов микросхемы К176ЛА7 аналогична рассмотренной.

Функциональными аналогами микросхемы К176ЛА7 являются микросхемы К561ЛА7 и К164ЛА7, К564ЛА7. Микросхемы К176ЛА7 и К561ЛА7 изготовляют в пластмассовом корпусе, а К164ЛА7 и К564ЛА7 — в металлокерамическом.

Микросхема К.176ЛА9 (ее схемное изображение показано на рис. 19) содержит в одном корпусе три трехвходовых логических элемента ЗИ-НЕ. В работе такой элемент ничем не отличается от

2И-НЕ. Точно так же, если хотя бы на одном из входов действует уровень 0, то на входе будет уровень 1. Низкий выходной уровень появится при наличии уровня 1 на всех трех входах одновременно.

Функциональными аналогами микросхемы К176ЛА9 являются К561ЛА9, а также К164ЛА9 и К564ЛА9, выполненные в металлокерамическом корпусе.

В цифровых модулях использована также микросхема К176ЛЕ5. Эта микросхема состоит из четырех логических элементов 2ИЛИ-НЕ. Схемное изображение элементов этой микросхемы показано на рис. 20,а. Двухвходовый элемент ИЛИ выполняет логическую функцию сложения двух сигналов — дизъюнкцию. Эту операцию обозначают символом 1, который ставят в схемное изображение элемента. О том, как понимать символ инверсии НЕ, вы уже знаете из рассказа об элементе 2И-НЕ. Таблица состояний элемента или представлена на рис. 20, б, а временные диаграммы — на рис. 20, в.

Функциональными аналогами микросхемы К176ЛЕ5 являются К561ЛЕ5 и выполненные в металлокерамическом корпусе К164ЛЕ5 и К564ЛЕ5.

Очень широкое применение в цифровых модулях находит логический элемент НЕ, часто называемый инвертором. Его логическая функция — инверсия входного сигнала. Инвертор изображают на схеме так, как показано на рис. 21, а. Функцию инвертора могут успешно выполнять логические элементы 2И-НЕ, ЗИ-НЕ, 2ИЛИ-НЕ. Для этого" достаточно все входы элемента соединить вместе. На рис. 21, б показано условное обозначение элемента 2И-НЕ, включенного инвертором. Временная диаграмма представлена на рис. 21, е. Нетрудно догадаться, что, если на вход инвертора подать отрицательный (т. е. начинающийся с отрицательного перепада) импульс, то на выходе получим положительный.