КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Интерфейсные устройства
В состав микропроцессорной системы, кроме собственно микропроцессора, могут входить несколько устройств ОЗУ и ПЗУ, а также периферийных устройств – ЗУ на магнитных или лазерных дисках – и различных устройств ввода-вывода (дисплеев, цифропечатающих устройств, клавиатуры, датчиков и т. п.). Все эти устройства связываются друг с другом с помощью комплекса аппаратных средств и программы, обеспечивающей определенный протокол (алгоритм) взаимодействия. Совокупность указанных аппаратно-программых средств называется интерфейсом. При реализации микропроцессорных систем применяются чаще всего стандартные интерфейсы, предусматривающие унификацию аппаратных и программных средств поддержки интерфейса. В рамках стандартного интерфейса применяются БИС, выполняющие свои специфические функции взаимодействия, освобождая от них процессор. Возможность программной настройки этих БИС позволяет строить гибкие развивающиеся системы цифрового управления. Этому способствует магистрально-модульная структура микропроцессорной системы, когда ее отдельные узлы выполняются в виде модулей, объединяемых в систему посредством информационной магистрали (проводящих шин) и соответствующего протокола взаимодействия (рис. 8.11).
Рис. 8.11. Магистрально-модульная структура:
МП – микропроцессор; ПУ – периферийные устройства
В качестве специализированных интерфейсных устройств широко используются двунаправленные шинные усилители (формирователи) – шинные драйверы (ШД). ШД позволяют передавать по одной линии связи информацию или слева направо или справа налево (см. рис. 8.12).
а б в
Рис. 8.12. Структура шинного драйвера (а),
передача от А к В (б), передача от В к А (в)
Усилитель, не участвующий в передаче, находится в Z-состоянии. В одну микросхему может входить несколько драйверов, обеспечивающих связь по стандартной для конкретного интерфейса шине. Другим примером аппаратной части интерфейса может служить порт ввода-вывода, обеспечивающий связь микропроцессора с магистралью, упрощенная схема которого представлена на рис. 8.13.
Рис. 8.13. Упрощенная структура порта ввода-вывода
Порт представляет программно-управляемый регистр, соединенный с магистралью через буферные устройства с Z-состояниями (BZ). Для приема (ввода) информации от схемы управления подается команда «запись», для вывода информации – команда «вывод», при отсутствии которой буфер BZ находится в Z-состоянии. Рассмотренные примеры далеко не исчерпывают перечень интерфейсного оборудования микропроцессорных систем, но дают представление о том, что все эти аппаратные средства строятся на основе типовых цифровых устройств, рассмотренных в данной книге.
Контрольные вопросы и задания
1. Что означают термины энергозависимые, энергонезависимые ЗУ? К какому типу относятся FLASH ЗУ?
2. Чем отличаются ОЗУ и ПЗУ?
3. Каково сходство и различие ЗУ EPROM и EEPROM?
4. Какие принципы организации матрицы накопителя вы знаете?
5. Какие существуют принципы построения элементов памяти в динамических ОЗУ, ПЗУ, РПЗУ-ЭС.
6. Какие структуры ПЛИС существуют, каковы их особенности?
7. Что положено в основу построения ПЛМ и ПМЛ?
8. Перечислите достоинства ПЛИС по сравнению с использованием МС малого и среднего интегрирования.
Приложение
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
В табл. П.1 приводятся параметры операционных усилителей. В ней указаны: коэффициент усиления дифференциального сигнала Куи, напряжение смещения нуля Uсм и его температурный дрейф Δ U см, частота единичного усиления f1, скорость нарастания выходного напряжения Vи вых, коэффициент ослабления синфазного сигнала Kос сф, напряжение и ток питания Uп и Iп, максимальное выходное напряжение Uвых mах, наименьшее сопротивление нагрузки Rн min, средний и разностный входные токи Iвх и Δ Iвх, допустимое синфазное входное напряжение Uсф вх max.
Таблица П.1
| 140УД6 | 140УД7 | 140УД8 | 140УД9 | 140УД18 | 140УД20 | 153УД5 | |
| Kуи, не менее | 7·104 | 5·104 | 5·104 | 3,5·104 | 5·104 | 5·104 | 1·106 |
| Uсм, мВ | |||||||
| f1, м Гц | 0,8 | – | – | 0,55 | 0,1 | ||
| Rвх диф, МОм | 0,4 | 103 | 0,3 | – | – | 0,3 | |
| ΔIвх, мкА | 0,03 | 0,2 | 2·10–4 | 0,35 | 2·10–4 | 0,05 | 0,02 |
| Iвх, мкА | 0,01 | 0,05 | 1,5·10–4 | 0,1 | 1·10–3 | 0,2 | 0,1 |
| Vи вых, В/мкс | 2,5 | 0,3 | 0,5 | 0,3 | 5·10–3 | ||
| Kос сф, дБ | |||||||
| Uвых mах, В | 10,5 | 11,5 | 11,5 | ||||
| Rн min, кОм | |||||||
| Uсф вх max, В | |||||||
| ±Uп, В | 12,6 | ||||||
| Iп, мА | 2,8 | 2,8 | 2,8 | 3,5 | |||
| ΔUсм, мкВ/град | ― |
| 153УД6 | 544УД1 | 157УД1 | 544УД2 | 140УД14 | 140УД17 | 551УД1 | |
| Kуи, не менее | 2·104 | 1·105 | 5·104 | 2·104 | 5·104 | 5·105 | 5·105 |
| Uсм, мВ | 0,075 | 1,5 | |||||
| f1, м Гц | 0,7 | 0,5 | 0,3 | 0,4 | 0,8 | ||
| Rвх диф, МОм | 0,7 | 0,7 | |||||
| ΔIвх, мкА | 0,01 | 2·10–5 | 0,15 | 2·10–4 | 2·10-4 | 4·10–4 | 0,02 |
| Iвх, мкА | 0,1 | 5·10–5 | 0,5 | 2·10–4 | 2·10-3 | 4·10–3 | 0,1 |
| Vи вых, В/мкс | 0,5 | 0,5 | 0,05 | 0,1 | 0,04 | ||
| Kос сф, дБ | |||||||
| Uвых mах, В | |||||||
| Rн min, кОм | 0,2 | ||||||
| Uсф вх max, В | 13,5 | ||||||
| ±Uпит, В | |||||||
| Iп, мА | 3,5 | 3,5 | 0,6 | ||||
| Uсм, мкВ/град |
Окончание табл. П.1
| 140УД11 | 154УД3 | 553УД1 | 553УД2 | 153УД2 | 154УД2 | 574УД1 | |
| Kу и, не менее | 2,5·104 | 8·103 | 1,5·104 | 2·104 | 5·104 | 1·104 | 5·104 |
| Uсм, мВ | 7,5 | 7,5 | 7,5 | ||||
| F1, м Гц | |||||||
| Rвх диф, МОм | 1.,5 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | |||
| ΔIвх, мкА | 0,2 | 0,03 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 2·10-4 | 2·10-4 |
| Iвх, мкА | 0,5 | 0,22 | 1,5 | 1,5 | 1·10-3 | 5·10-4 | |
| Vи вых, В/мкс | 0,2 | 0,6 | 0,7 | ||||
| Kос сф, дБ | |||||||
| Uвых mах, В | |||||||
| Rн min, кОм | |||||||
| Uсф вх max, В | 10,5 | ||||||
| ±Uпит, В | |||||||
| Iп, мА | |||||||
| Uсм, мкВ/град | 1,5 | 1,5 |
В табл. П 2 приведены данные ряда линейных интегральных стабилизаторов постоянного напряжения: выходное напряжениеUвых, допустимое входное напряжение Uвх mах, коэффициент стабилизации напряжения Ки и тока Кi, минимальная разность (Uвых – Uвх), ток потребления на холостом ходу Iп, максимальный ток нагрузки Iн max, температурный коэффициент напряжения (ТКН).
Таблица П.2
| Тип | Uвых, В | Uвх mах, В | Ки, %/В | Кi, %/А | ТКН, %/град. | Iп, мА | (Uвых – Uвх), В | Iн max, А |
| 142ЕН5А,В | +5 | +15 | 0,05 | 0,02 | 2,5 | |||
| 142ЕН5Б,Г | +6 | +15 | 0,05 | 2,5 | 0,02 | 2,5 | ||
| 142ЕН8А,Г | +9 | +35 | 0,05 | 0,02 | 2,5 | 1,5 | ||
| 142ЕН8Б,Д | +12 | +35 | 0,05 | 0,02 | 2,5 | |||
| 142ЕН8В,Е | +15 | +35 | 0,05 | 0,02 | 2,5 | |||
| КР1162 | –15 | –35 | 0,05 | 0,02 | 2,5 | |||
| 142ЕН6 | ±15 | ±30 | 0,002 | 0,2 | 0,02 | 7,5 | 2,2 | 0,2 |
| 142ЕН9А,В | +20 | +40 | 0,05 | 0,6 | 0,02 | 2,5 | 1,5 | |
| 142ЕН9Б,Д | +24 | +40 | 0,05 | 0,7 | 0,02 | 2,5 | ||
| 142ЕН9Е,Г | +27 | +40 | 0,1 | 1,5 | 0,03 | 1,5 | 2,5 |
ЛИТЕРАТУРА
1. Прянишников В.А. Электроника: курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, 1998.
2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2002.
3. Китаев В.Е., Бакуняев А.А., Колпаков М.Ф. Расчет источников электропитания устройств связи. – М.: Радио и связь, 1993.
4. Гусев В.Г., Гусев Ю.Н. Электроника и микропроцессорная техника. – М.: Высш. шк., 2005.
5. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства. – М.: Радио и связь, 1992.
6. Авиев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. – М.: Радио и связь, 1991.
7. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир, 1982.
8. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. – М.: Мир, 1988.
9. Точи Рональд Дж., Уидмер Нил.С. Цифровые системы. – М., 2004.
10. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И. и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: справочник. – М.: Радио и связь, 1990.
11. Рыбин Ю.К. Электронные устройства. – Томск: Печатная мануфактура, 2003.
12. Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги: справочник. – М.: НТЦ Микротех, 1998.
13. Лачин В.И., Савелов И.С. Электроника. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.
ОГЛАВЛЕНИЕ
I. Основы АнАЛОГОВОЙ электроники.. 3
1. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКОЙ,
И ЭЛЕМЕНТЫ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ИХ РЕШЕНИЯ.. 3
1.1. Электрические сигналы. Временное и спектральное представление. 3
1.2. Усиление электрических сигналов. 8
1.3. Модуляция сигналов. 11
1.3.1. Амплитудная модуляция. 11
1.3.2. Импульсно-кодовая модуляция. 13
1.3.3. Широтно-импульсная модуляция. 15
1.4. Фильтрация сигналов. 16
1.5. Хранение и отображение информации. 17
1.6. Преобразование электрической энергии. 18
Контрольные вопросы и задания. 19
Основные результаты первой главы.. 20
2. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОПИСАНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.. 21
2.1. Описание нелинейных элементов. 21
2.2. Линеаризация нелинейных уравнений. 22
2.3. Частотный анализ линеаризованных цепей. 27
2.4. Временной анализ линеаризованных цепей. 30
Контрольные вопросы и задания. 32
Основные результаты второй главы.. 32
3. ПОЛУПРОВОДНИКИ – ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЭЛЕКТРОНИКИ.. 34
3.1. Преимущества полупроводниковых элементов
перед электровакуумными. 34
3.2. Физические основы электропроводности полупроводников. 34
3.3. Электропроводность беспримесного (собственного) полупроводника. 35
3.4. Электропроводность примесных полупроводников. 37
3.4.1. Донорная примесь. 37
3.4.2. Акцепторная примесь. 40
3.5. P-n-переход. 40
3.6. Инерционность p-n-перехода. 44
3.6.1. Зарядная емкость p-n-перехода. 44
3.6.2. Диффузионная емкость. 46
3.7. Пробой p-n-перехода. 47
3.7.1. Тепловой пробой. 47
3.7.2. Электрический пробой. 48
3.8. Математическая модель p-n-перехода. 48
3.9. Переход металл – полупроводник. 49
Контрольные вопросы и задания. 50
Основные результаты третьей главы.. 50
4. МНОГОПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ... 52
4.1. Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы) 52
4.2. Активный режим работы биполярного транзистора. 54
4.3. Статические характеристики биполярного транзистора
для активного режима. 56
4.4. Инерционность биполярного транзистора. 57
4.5. Пробой коллекторного перехода. 57
4.6. Пробой эмиттерного перехода. 58
4.7. Нелинейная модель биполярного транзистора. 58
4.8. Линеаризованная модель биполярного транзистора. 59
4.9. Ключевой режим биполярного транзистора. 61
4.10. Полевые транзисторы.. 65
4.11. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом.. 66
4.12. Полевые транзисторы с изолированным затвором.. 70
4.13. Ключевой режим работы полевых транзисторов. 74
4.14. Тиристоры.. 77
4.15. Элементы оптоэлектроники. 79
4.15.1. Управляемые источники излучения. 80
4.15.2. Фотоприемники. 82
Контрольные вопросы и задания. 90
Основные результаты четвертой главы.. 90
5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.. 92
5.1. Общие положения. 92
Контрольные вопросы и задания. 97
5.2. Обратная связь в усилительных устройствах. 97
5.2.1. Влияние обратной связи на коэффициент усиления. 98
5.2.2. Влияние обратной связи на нестабильность усилителя. 101
5.2.3. Влияние обратной связи на нелинейные искажения
и шумы усилителя. 102
5.2.4. Влияние обратной связи на входное
и выходное сопротивления усилителя. 104
5.2.5. Устойчивость усилителей с обратной связью.. 109
5.2.6. Коррекция частотных характеристик
для обеспечения устойчивости усилителя. 113
Контрольные вопросы и задания. 114
5.3. Принципы построения усилительных каскадов. 115
5.3.1. Цепи задания и стабилизации режима покоя. 115
5.3.2. Элементы связи усилительных устройств. 120
Контрольные вопросы и задания. 122
5.4. Операционные усилители. 123
5.4.1. Модели ОУ.. 130
5.4.2. Масштабирующий инвертирующий усилитель. 131
5.4.3. Масштабирующий неинвертирующий усилитель. 132
5.4.4. Суммирующий усилитель. 133
5.4.5. Вычитающий усилитель. 133
5.4.6. Интегрирующий усилитель. 134
5.4.7. Нелинейные функциональные преобразователи сигналов. 136
Контрольные вопросы и задания. 138
5.5. Усилители мощности. 138
5.5.1. Линейные усилители мощности. 138
5.5.2. Усилители мощности ключевого типа. 145
Контрольные вопросы и задания. 152
Основные результаты пятой главы.. 152
6. АВТОГЕНЕРАТОРЫ... 153
Контрольные вопросы и задания. 158
Основные результаты шестой главы.. 158
7. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.. 159
7.1. Классическая схема вторичного источника
(без преобразования частоты сети) 159
7.2. Функциональные элементы
вторичных источников электропитания. 160
7.2.1. Преобразователи переменного напряжения. 160
7.2.2. Стабилизаторы постоянного напряжения. 163
7.3. Вторичные источники с преобразованием частоты сети. 168
Контрольные вопросы и задания. 169
Основные результаты седьмой главы.. 169
II. Основы цифровой электроники.. 169
1. ВВЕДЕНИЕ.. 169
2. ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ.. 169
2.1. Логические функции и способы их представления. 169
2.2. Основы алгебры логики. 169
2.2.1. Функция НЕ.. 169
2.2.2. Функция ИЛИ.. 169
2.2.3. Функция И.. 169
2.3. Логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ.. 169
2.3.1. Элемент И-НЕ (штрих Шеффера) 169
2.3.2. Элемент ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) 169
2.4. Синтез логических устройств. 169
2.5. Выбор системы логических элементов. 169
2.6. Минимизация логических функций. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ,
ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ.. 169
3.1. Логические уровни, нагрузочная способность. 169
3.2. Логические элементы с тремя состояниями. 169
3.3. Быстродействие логических элементов. 169
3.4. Помехоустойчивость логических элементов. 169
3.5. Число входов логических элементов. 169
3.6. Специальные типы логических элементов.
Логические элементы с открытым коллектором.. 169
3.6.1. Расширители числа входов. 169
3.6.2. Схема согласования уровней. 169
3.6.3. Логический элемент с разрешением по входу. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
4. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА КОМБИНАЦИОННОГО ТИПА.. 169
4.1. Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы.. 169
4.2. Мультиплексоры.. 169
4.3. Сумматоры.. 169
4.4. Цифровые компараторы.. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА.. 169
5.1. Триггеры.. 169
5.1.1. RS-триггер. 169
5.1.2. D-триггер. 169
5.1.3. JK-триггер. 169
5.1.4. T-триггер. 169
5.1.5. Триггер Шмитта. 169
5.2. Цифровые счетчики импульсов и делители частоты следования. 169
5.2.1. Двоичные счетчики. 169
5.2.2. Недвоичные счетчики. 169
5.3. Регистры.. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
6. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСных СИГНАЛОВ.. 169
6.1. Автогенераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы) 169
6.2. Ждущий (заторможенный) режим генераторов. 169
6.3. Интегральные таймеры.. 169
6.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (тока) 169
Контрольные вопросы и задания. 169
7. УСТРОЙСТВА СОпРяжЕНИЯ ЦИФРОВЫХ
И АНАЛОГОВЫХ СИСТЕМ... 169
7.1. Цифроаналоговые преобразователи. 169
7.2. Аналого-цифровые преобразователи. 169
7.2.1. АЦП последовательного приближения. 169
7.2.2. АЦП параллельного типа. 169
7.2.3. АЦП интегрирующего типа. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
8. ВВЕДЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНУЮ ТЕХНИКУ.. 169
8.1. Арифметическо-логические устройства. 169
8.2. Полупроводниковые запоминающие устройства. 169
8.3. Программируемые логические интегральные матрицы.. 169
8.4. Интерфейсные устройства. 169
Контрольные вопросы и задания. 169
Приложение. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ... 169
ЛИТЕРАТУРА.. 169
Учебное издание
ФОМИЧЕВ Юрий Михайлович
СЕРГЕЕВ Виталий Михайлович
Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 145; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |