Шинные приемопередатчики

К шине передачи данных обычно подключается много источников и приемников цифровых сигналов. При пере­даче сигналов по проводникам протекают большие импуль­сные токи, достигающие десятков миллиампер. Поэтому необходимы специальные микросхемы, обслуживающие шины данных.

Буферные микросхемы не выполняют логических фун­кций, но формируют цифровые сигналы, усиливают им­пульсы по току, по мощности при работе на шину, отклю­чают источник информации от шины, когда он не участву­ет в обмене, формируют при необходимости требуемые уров­ни сигналов логической 1 или логического 0. Буферные усилители передают сигнал без инверсии либо с инверсией, имеют вывод разрешения по входу или по выходу. Наибо­лее удобны для применения буферные элементы с тремя состояниями: выходные состояния высокого и низкого уров­ней, а также третье состояние высокого сопротивления — размыкания выхода по специальной команде. Третье со­стояние обозначается Z. Выходное сопротивление в режи­ме Z для буферного элемента составляет сотни килоом.

Буферные элементы, включаемые между источником информации и шиной, называются шинные формировате­ли, приемопередатчики, шинные драйверы или магист­ральные вентиль-буферы. Двухнаправленные шинные фор­мирователи позволяют в зависимости от управляющего сигнала передавать информацию в шину данных или на­оборот, принимать с шины и передавать приемнику. Раз­личные шинные формирователи отличаются разрядностью, прямыми или инверсными сигналами разрешения-запре­та работы, электрическими характеристиками.

В составе микросхем ТТЛШ имеются приемопередат­чики АП2-АЛ6, ИП6, ИП7 четырехканальные формирователи с тремя состояниями на выходах. Микропроцес­сорный комплект КР580 включает КР580ВА93 — приемо­передатчики микропроцессор-канал общего пользования, КР580ВА86/КР580ВА87 — шинные формирователи. Буква И (в обозначении ИП) — соответствует подгруппе «схемы арифметических и дискретных устройств» (ИП-прочие); буква А — подгруппа формирователи (АП — формирова­тели прочие); буквы ВА — схемы вычислительных средств, сопряжение с магистралью.

Микросхемы К555ИП6 и К555ИП7 (рис. 3.59; табли­ца 3.19) — четырехшинные приемопередатчики с инвер­сией (ИП6) и без инверсии (ИП7) входного сигнала.

Передача информации происходит от одного вывода к другому как в прямом, так и в обратном направлении, возможно также отключение выводов друг от друга. Каж­дая схема состоит из десяти триггеров Шмитта, два из которых являются управляющими. Восемь триггеров вклю­чены попарно. Каждый вход триггера А соединяется с выходом триггера В, и они образуют один вывод А. Выход триггера А соединяется со входом триггера В. Так образу­ется вывод В схемы. Эти выводы А-В образуют одну шину приемопередатчика вход-выход или выход-вход (рис. 3.59).

Триггеры Шмитта представляют собой специфические логические элементы, способные работать как с цифровы­ми, так и с аналоговыми сигналами на входе. Логические элементы со свойствами триггера Шмитта имеют внутрен­нюю положительную обратную связь, которая обеспечива­ет гистерезисную передаточную характеристику. Поэтому триггеры Шмитта способны преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые. В частности, формировать импульс­ную последовательность из синусоидального сигнала.

Работа интегральной схемы (ИС) К555ИП7 поясняет­ся таблицей 3.19. Если на входах управляющих триггеров подано напряжение высокого уровня Е◊ ВА= 1, ◊ АВ= 1, то на Е◊ входы A-триггеров поступает логический нуль, A-триггеры закрыты, а на входы Е◊ B-триггеров — логи­ческая единица, В-триггеры открыты. Передача информа­ции осуществляется в направлении от выходов 1В-4В к выходам 1А-4А. При смене напряжения на направляю­щих входах с высокого (лог. 1) на низкое (лог. 0)

Е◊ ВА = 0, ◊ АВ = 0, лог. 1 поступает на A-триггеры, лог. 0 — на В-триггеры. Передача информации будет осуществляться в обратном направлении от А к Б.

При подаче на вход неинвертирующего управляющего триггера напряжения низкого уровня Е◊ ВА = 0, а на вход инвертирующего — напряжения высокого уровня ◊ АВ = 1, на выходах управляющих триггеров установится логичес­кий ноль — напряжение низкого уровня, что приведет к отключению всех остальных триггеров. Это и есть состоя­ние схемы, когда выводы А и В отключены друг от друга — режим Z высокого выходного сопротивления.

Недостаток шинных формирователей (приемопередат­чиков) ИПб, ИП7 заключается в том, что возможен прием недопустимой и опасной комбинации сигналов управления Е◊ ВА= 1, ◊ АВ= 0. Тогда на управляющих входах Е◊ всех восьми тригге­ров установится напряжение высокого уровня лог. 1, и схема сможет пропускать информацию в обоих направле­ниях, что является недопустимым в работе, так как при­водит к сбою аппаратуры.

Микросхемы К555АПЗ-К555АП5 представляют собой сдвоенные четырехканальные однонаправленные шинные формирователи с тремя состояниями на выходе, выпол­ненные на основе триггеров Шмитта, предназначены для построения внутреннего интерфейса цифровой аппарату­ры (рис. 3.60).

Для подключения к магистрали внешнего устройства также служат буферные регистры. В отличие от шинных формирователей буферные регистры содержат в своем со­ставе триггеры и способны хранить поступающие данные (рис. 3.61), что составляет их важную функцию.

Буферные регистры с тремя состояниями обеспечива­ют портам возможность отключения от магистрали под воздействием управляющих сигналов , а также необхо­димую нагрузочную способность. Запись информации в регистры происходит при сигнале строба STB = 1. Через порты ввода данные поступают в магистраль, а через порты вывода данные с магистрали передаются тому либо иному модулю. Порты ввода-вывода могут выполнять обе указанные операции.

Обозначаются буферные регистры также как и другие регистры буквами ИР. В микропроцессорном комплекте К580 имеются восьмиразрядные буферные регистры К580ИР82, К580ИР83. Примером часто применяемого пор­та может служить многоцелевой регистр К589ИР12. Бу­ферные регистры широко представлены в сериях ИС. В серии КР1533 ТТЛШ буферные регистры обеспечивают выходные токи 15... 70 мА при максимальных задержках тактируемого входа около 15 нc, временах выхода из третьего состояния Z около 20 нc и входа в третье состояние Z около 20...30 нc.

Шинные формирователи, приемопередатчики, буфер­ные регистры связывают выходы микропроцессора с внеш­ней средой, так как нагрузочная способность микропро­цессора недостаточна.