Задание 3. Логика работы мс К155ТМ2 и К155ИЕ5.

[ZuykovAV MEPhI]

Содержание задания :

1. Проверка логики работы D-триггера - микросхема К155ТМ2.
2. Делители на D-триггерах.
3. Проверка логики работы счётчика - микросхема К155ИЕ5.
4. Делители частоты на счётчике - микросхема К155ИЕ5.

[KovalchukDV 1523]

Не могли бы вы пояснить логику работы К155ТМ2? Потому что я пока не могу понять её таблицу истинности.

[ZuykovAV MEPhI]

Стр. 75-76, "Популярные цифровые микросхемы", Валерий Леонидович Шило.

[ZuykovAV MEPhI]

1. Проверка логики работы D-триггера -микросхема K155ТМ2.

- описание схемы,
- сборка схемы,
- проверка логики.

Описание схемы :

На схеме показан один D-триггер - элемент микросхемы К155ТМ2 (D1 - всего в микросхеме два D-триггера). У элемента есть входы R и S, вход данных D, тактовый вход C и два выхода - прямой Q (5) и инверсный (6). Обратите внимание на кружок у вывода 6 и вспомните обозначение выхода элемента ЛА3 (в нём также обозначается инверсия).



К входам R, S, D, C триггера подключены кнопки. При нажатии любой из кнопок соответствующий вход будет соединён с землёй (GND), значит, на нём будет логический ноль. Если на кнопку не нажимать, то на входах будет присутствовать уровень логической 1, так как сопротивления R1-R4 (1 кОм) вторыми выводами подключены к линии VCC. На следующем изображении показаны уровни состояний на входах при работе с кнопками (при нажатии - стрелка вниз и отпускании кнопки - стрелка вверх) :



Для индикации состояний к выходам триггера (прямой - 5 и инверсный - 6) через сопротивления R5, R6 (1кОм) подключены светодиоды VD1, VD2. Светодиоды подключены катодами к линии GND и поэтому будут светиться при логической единице на выходе триггера.

Сборка схемы :

1) Отключите питание от макетной платы.



2) Соберите схему. Светодиоды расположите на макетке так, чтобы было понятно, где расположен VD1 (прямой выход микросхемы), а где - VD2 (инверсный). Выводы (8,9,10,11,12,13) второго элемента микросхемы могут висеть в воздухе. На изображении не установлены сопротивления R1-R4.
3) Проверьте правильность сборки.
4) Подайте питание.

После подачи питания один из двух светодиодов должен светиться.

Логика работы RS входов такая же как и во 2-ом задании (схема RS-триггера на элементах 2И-НЕ мс К155ЛА3).
При нажатии на R (тут KN1) прямой выход сбрасывается в 0 (светодиод VD1 не светится).
При нажатии на S (тут KN4) прямой выход устанавливается в 1 (светодиод VD1 светится).

Проверка логики работы триггера.

Кратко :



- Установка (Setting) и Сброс (Reset). Активным уровнем для входов R и S является 0:
при S = 0 на выходе выполняется Установка; Q = 1
при R = 0 на выходе происходит Сброс; Q = 0

- Запись. Если S=1 и R=1, то в момент положительного перепада на С состояние с D переходит на Q.

Подробно :

--- Проверка логики работы входов RS (строки 1, 2, 3 по таблице).
--- Проверка записи сигнала с входа D (строки 4, 5).
--- Уточнение момента записи на тактовом входе С (для строк 4,5).

Проверка логики работы входов R и S (асинхронный Сброс и Установка):

1. Нажмите только на кнопку KN4 (S=0) и на прямом выходе Q (5) установится уровень логической 1 и поэтому светодиод VD1 будет светиться. Светодиод VD2 не будет светиться, так как на инверсном выходе (6) будет низкий уровень.

2. Нажмите только на кнопку KN1 (R=0) и светодиод VD1 погаснет, значит, на прямом выходе Q (5) происходит сброс в 0. Светодиод VD2 светится, так как на инверсном выходе (6) будет 1.

Итак,
при S=0, прямой выход Q = 1, на инверсном - 0 (асинхронная установка в 1),
при R=0, прямой выход Q = 0, на инверсном - 1 (асинхронный сброс в 0).

Вход S (Setting-Установка) служит для установки прямого выхода в 1, а вход R (Reset - Сброс) служит для сброса прямого выхода в 0. Они являются асинхронными входами, так как изменяют состояние триггера в любой момент времени, независимо от состояния входов D и C (в таблице показан знак Х). Чтобы происходили Сброс или Установка, на вход R или S должен подаваться низкий уровень.

3. Неопределённость.

При одновременном удержании кнопок KN1 и KN4 оба светодиода засветятся, так как на обоих выходах (прямом и инверсном) устанавливается высокий уровень. Этот режим работы элемента очень редко используется в схемотехнике.

Проверяем логику работы входа D (загрузка 1 или 0, строка 4 и 5 таблицы):

Один раз нажмите на кнопку KN1, чтобы светодиод VD1 не светился. Далее кнопки KN1 и KN4 нажимать не надо, чтобы на входах R и S были логические 1.

4. Кратковременно нажмите на кнопку KN3 (на тактовый вход С поступит импульс, поз. 2-3) и тогда должен засветиться светодиод VD1, так как на прямом выходе Q (5) устанавливается высокий уровень (поз.3). Светодиод VD2 не будет светиться, так как на инверсном выходе (6) низкий уровень.



5. Нажмите на кнопку KN2 (вход D = 0, поз.4 по диаграмме ниже) и удерживая её, кратковременно нажмите на кнопку KN3 (на тактовый вход С поступил импульс, поз.5-6) и светодиод VD1 должен погаснуть, так как на прямом выходе Q (5) устанавливается низкий уровень (поз.6). Светодиод VD2 засветится, так как на инверсном выходе (6) будет высокий уровень.

Итак, что происходит при подаче импульса на вход C ?
при D=1, прямой выход Q = 1 (В), на инверсном - 0 (Н); говорят: загрузка 1, запись 1, перенос 1 с D на Q.
при D=0, прямой выход Q = 0 (Н), на инверсном - 1 (В); говорят: загрузка 0, запись 0, перенос 0 с D на Q.

В какой момент времени происходит запись ?

Сигнал с входа D переходит на выход Q при подаче импульса на вход C. А точнее, при переходе от 0 к 1 (или говорят, при положительном фронте импульса, поз. 3 и 6). Обратите внимание по схеме на косую черту (снизу вверх) у входа C элемента ТМ2. Чтобы убедиться в этом, повторите действия 4-5, но кнопку KN3 нажимайте не кратковременно, а в начале нажмите и только через короткую задержку отпустите. Обратите внимание, что переключение состояния светодиодов почти всегда будет происходить в момент отпускания кнопки (поз. 3 и 6). Ведь когда кнопка нажата – это низкий уровень, а когда отпускаете – становится высокий уровень, то есть, при отпускании и происходит перепад от низкого уровня к высокому уровню (от 0 к 1).

Управление входами R и S имеет приоритет по отношению к входу D и С. То есть, сбрасывать выход Q в 0 (0 на R) или устанавливать на Q выходе 1 (0 на S) можно независимо от состояния на входах D и C и поэтому можно понажимать на кнопки KN1 и KN4 при выполнении 4 и 5 пунктов.

При таком простом (кнопочном) управлении тактовым входом С неизбежен дребезг контакта, поэтому в тексте чуть ранее написано "почти всегда". Для уменьшения (!) влияния дребезга в схеме можно установить конденсатор C1 (100 пф).

[ZuykovAV MEPhI]

2. Делители на D-триггерах.

Порядок действий :

- соберите схему,
- выполните задание.

Список деталей:
D1-К155ЛА3, D2-К155ТМ2, R1=510 Ом, R2-R3 - 1кОм, С1 - 1000,0-3000,0 мкФ.





При правильной сборке после подачи питания все три светодиода (VD1-VD3) должны мигать. Начальное состояние светодиодов после подачи питания может быть произвольным. Обратите внимание на момент изменения состояний (включения -выключения) пар светодиодов VD1-VD2 и VD2-VD3. Изменения состояний на выходе D2(5) отражены на диаграмме.

Задание :

- зарисуйте в тетради продолжение для выхода D2(9),
- во сколько раз отличаются периоды сигналов,
- от какой особенности мс К155ТМ2 зависит момент переключения светодиодов.

[ZuykovAV MEPhI]

3. Проверка логики работы счётчика - микросхема К155ИЕ5.

Ниже приведена схема включения микросхемы К155ИЕ5 делителем на 16.

Список деталей :
DD1 - К155ИЕ5; R1- 1 кОм; R2-5 - 10 кОм; кнопки и светодиоды из набора.



Выводы питания К155ИЕ5 – 5(VCC); 10(GND).

Генератор (схема 4k) используется от предыдущего этапа работы (конденсатор C1 - 1000.0-3000.0 мкФ). Обратите внимание на порядок установки светодиодов VD1-VD4 (младший разряд счётчика - сверху, старший - снизу).



Порядок действий :
1. Выполните монтаж.
2. На тактовый вход C1 (14) подайте сигнал с ранее собранного генератора.
3. Проверьте правильность монтажа и подайте питание.

- После подачи питания светодиод VD генератора должен мигать, а светодиоды VD1-VD4 не должны светиться. Почему ?
- При нажатии кнопки KN1 состояния светодиодов VD1-VD4 должны изменятся в в соответствии с логикой работы счётчика и в такт работы генератора. Сравните состояния светодиодов VD1-VD4 с временной диаграммой :



- Обратите внимание на момент переключения светодиодов VD1-VD4 по отношению к светодиоду VD (в момент включения или выключения).

Задание :

- В тетрадке составьте таблицу состояний (из 0 и 1) выходов счётчика. Таблицу расположите сверху вниз. После подачи питания состоянию выходов будет соответствовать запись 0000 (12,9,8,11).
- Объясните для чего необходимо соединение выхода DD1(12) со входом DD1(1) ?

4. Делители частоты на счётчике - микросхема К155ИЕ5.

Порядок действий :

- Отсоедините кнопку KN1 и к входам сброса R1 и R2 подключите соответствующие выходы счётчика.



- После подачи питания светодиоды VD1-VD4 должны переключаться в такт генератору.
- В тетрадке составьте таблицу состояний (из 0 и 1) выходов счётчика. Таблицу расположите сверху вниз. Начальное состояние (первая запись) выходов в таблице - 0000 (12,9,8,11).
- Учитывая содержание таблицы, ответьте на вопрос : Каков коэффициент делителя этой схемы ?
- Нарисуйте и соберите схему с коэффициентом делителя на 10.

[KovalchukDV 1523]

Насколько я понимаю на основе К155ИЕ5 можно собрать делитель на 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16. А где такие делители применяют?

[ZuykovAV MEPhI]

Насколько я понимаю на основе К155ИЕ5 можно собрать делитель на 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16.

То, что делители можно собрать разные это понятно. На К155ИЕ5 - 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 16. Непонятно только каков коэффициент делителя предложенной ранее схемы. Какой ?

А где такие делители применяют?

В очень и очень далёкие времена счётчики много применяли в схемах различного назначения, они же считают, например, импульсы в часах; в схемах управления, в которых используются мультиплексоры (например, К155КП1) и дешифраторы (например, К155ИД3) и так далее. Кстати, посмотрите на эти микросхемы и подумайте, как к ним подключаются счётчики. Вот тут почти все микросхемы 155 серии есть:
http://www.qrz.ru/reference/micro/155/index.shtml

В шестом задании будут использоваться три счётчика К155ИЕ5 включённые с разными коэффициентами деления.

[KovalchukDV 1523]

То, что делители можно собрать разные это понятно. На К155ИЕ5 - 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 16. Непонятно только каков коэффициент делителя предложенной ранее схемы. Какой ?

Коэффициент делителя равен 12.

[BeshencevVS 1523]

завтра будет занятие?