17. Передача и приём по 1-му проводу

[VVZ]

Далее в схемах рассматривается вариант передачи и приёма 8-ми каналов, но на её базе количество каналов можно увеличить.

О качестве связи :

Номиналы сопротивлений (R1, R7, R8) и конденсаторов (C1, C5) в генераторах (передающей и приёмной частей) обычно имеют разброс. Но важно отметить !!!, что при правильном подборе сопротивлений R1 (передающая часть) и R8 (приёмная часть) устойчивую связь можно наблюдать во всём диапазоне вращения переменного сопротивления R7 (100 Ом).

Краткое содержание темы :

1. Краткое пояснение, схемы.
2. Описание передающей части.
3. Описание приёмной части.
4. Самостоятельная работа.
5. Вариант сборки на одной макетке (без модулей).
6. Сборка на макетке с использованием модулей.


1. Краткое пояснение, схемы :

Передаваемая посылка состоит из последовательности импульсов и пауз между ними. Состояние канала (от D0 до D7) определяется длительностью импульса; в данной схеме состояние нуля передаётся длинным (по схеме D7 подключён к GND), а единицы – коротким импульсом. Между импульсами - короткие паузы, синхросигналом является длинная пауза :



Схемы передачи и приёма 8-ми каналов :



R1 – 360 Ом, R2,R6 – 10 кОм, R3-R5- 1 кОм; C1 – 1.0 мкФ, C2 – 470.0 мкФ, C3,C4 – 1500 пФ,
D1 – К155ЛА3(7400); D2 – К155ЛЕ1 (7402), D3 – К555ИЕ19 (74LS393), D4 – К155КП5 (74152).



R7 – 100 Ом, R8 – 300 Ом, R9-R16 – 300 Ом, C5 – 1.0 мкФ,
D5 – К155ЛА3(7400); D6 – К555ИЕ19 (74LS393), D7 – 74НС595.

Вариант сборки на макетках (питание общее) :



На индикаторе VD3 приёмника два крайних правых светодиода не используются. Состояние остальных светодиодов определено состоянием входов мультиплексора (мс D4 передающей части; на макетке разряд D7 поключён к GND). Информация о состоянии канал D7 в посылке последняя, на индикаторе он крайний слева. То есть, при подключении к GND включается соответствующий светодиод на индикаторе. Почему ? Выход у мультиплексора инверсный (вывод 6 мс D4) и перемычка на землю на входе мультиплексора соответствует длинному импульсу при передаче. Длинный импульс при приёме соответствует включённому светодиоду на индикаторе VD3.

Свободные зоны на макетках дают возможность продолжить работу, например, сделать связь безпроводной (по ИК-каналу или радиоканалу).

[VVZ]

2. Описание передающей части :

R1 – 360 Ом, R2, R6 – 10 кОм, R3-R5- 1 кОм; C1 – 1.0 мкФ, C2 – 470.0 мкФ, C3-C4 – 1500 пФ,
D1 – К155ЛА3(7400); D2 – К155ЛЕ1 (7402), D3 – К555ИЕ19 (74LS393), D4 – К155КП5 (74152).

Передающая часть схемы состоит из генератора тактовых импульсов (два элемента мс D1), логического элемента улучшающего форму сигнала (выход 13 мс D2), двух двоичных счётчиков (мс D3, далее называются - Сброса и Адресный), мультиплексора (мс D4), RS-триггера (на двух элементах 2ИЛИ-НЕ мс D2) и двух дифференциальных цепочек (C3-R3-R4 и C4-R5).

Тактовые импульсы с выхода 10 мс D2 проходят (или не проходят) на счётный вход С счётчика (Адресного), младший разряд которого является выходным сигналом OUT (вывод 11 мс D3). Остальные разряды адресного счётчика (2, 4, 8), соединённые с адресными входами мультиплексора (A0-A2), поочерёдно подключают его входы (D0-D7) к выходу (вывод 6 мс D4). Вход 9 мс D2 является управляющим; его задача запретить (или разрешить) прохождение импульсов с генератора, тем самым удлиняя или импульс или паузу в выходном сигнале.

Как формируются длинные импульсы и паузы ?

В начальный момент импульса (перепад из 0 в 1) любого из каналов после дифференциальной цепи на входе 13 мс D1 появляется короткий положительный импульс. Пройдёт он дальше или нет, зависит от состояния самого канала. И если на выходе мультиплексора (вывод 6 мс D4) будет единица (вход соответствующего канала будет подключён к GND), то этот импульс пройдёт на вход 10 мс D1, но он будет уже отрицательным. Также короткий отрицательный импульс появляется на входе 9 мс D1, но в начальный момент паузы перед передачей канала D0.



Отрицательные импульсы после элемента 2И-НЕ становятся положительными на выходе 8 мс D1 и тем самым обнуляют счётчик (счётчик Сброса) и RS-триггер, выход (вывод 4) которого и определяет состояние управляющего входа 9 мс D2 (устанавливает его в 1). Счётчик обнулён, а его счётный вход (вывод 1 мс D3) соединён с выходом генератора. По спаду восьмого тактового импульса появляется логическая единица на выводе 6 мс D3, которая сбрасывает RS триггер в обратное состояние и на входе 9 мс D2 опять появляется низкий логический уровень, разрешающий прохождению импульсов к входу С адресного счётчика (вывод 13 мс D3).

Состояния всех сигналов просматриваются с помощью светодиодов индикации если уменьшить частоту генератора. При нажатии кнопки KN1 подключается конденсатор C2 и суммарная ёмкость RC цепи генератора резко увеличивается. При необходимости ёмкость конденсатора C2 можно ещё больше увеличить (дополнительно установить конденсаторы 1000,0-3000,0 мкФ). Для индикации выходного сигнала F генератора служит светодиод VD1, а выходного сигнала OUT – светодиод VD2.



Пояснения к временной диаграмме :

F – сигнал тактового генератора,
OUT – выходной сигнал посылки (при D7 подключённого к GND),
RO – короткие положительные импульсы от положительных перепадов в сигнале OUT,
A2 – старший адрес (старший разряд адресного счётчика), по его спаду формируется короткий импульс (сигнал R) для удлинения паузы (синхросигнал),
R – короткие импульсы сброса для счётчика и RS триггера, необходимые для удлинения импульса (по схеме для D7) и паузы (для синхросигнала),
Q8 – старший разряд счётчика сброса; по спаду восьмого тактового импульса (сигнал F) на выходе счётчика появляется логическая единица, которая сбрасывает в ноль выход RS-триггера (сигнал RF),
RF – выходной сигнал RS-триггера; запрещающий (при 1) или разрешающий (при 0) прохождение тактового сигнала F на тактовый вход счётчика,
C – тактовый сигнал, по спаду которого изменяется состояние счётчика.

1-5 – интервал времени от начала до конца посылки,
2-5 – интервал времени адреса канала D7,
3-4 – интервал времени (сигнал RF), при котором импульсы тактового генератора (сигнал F) не проходят на вход адресного счётчика (сигнал C),
3 – начало интервала “3-4”. Момент положительного перепада в сигнале OUT канала D7. От него формируется короткий импульс сброса (сигнал R0, R). При сбросе появляется логическая единица на выходе RS триггера (сигнал RF),
4 – конец интервала “3-4”. При появлении спада восьмого импульса тактового генератора в старшем разряде счётчика сброса появляется логическая единица (сигнал Q8), которая сбрасывает в ноль состояние RS триггера (сигнале RF),
1, 5 – моменты времени начала-конца посылки. От отрицательного перепада на выходе старшего разряда адресного счётчика (сигнал A2) формируется короткий импульс сброса (сигнал R), При сбросе появляется логическая единица на выходе RS триггера (сигнале RF), при этом удлиняется пауза между импульсами (формируется синхросигнал).

Дополнительные диаграммы.

- поясняющие работу адресного счётчика (сигналы OUT, A0, A1, A2):



- поясняющие работу счётчика сброса RS триггера (сигналы 1, 2, 4, Q8):

[VVZ]

3. Описание приёмной части :

Основная задача приёмной части – это выделить из посылки информацию о состоянии канала (сигнал DO) для записи в регистр (сигнал SCK) и синхросигнал (сигнал SS), по которому информация переносится на выходы регистра. Для этого служат два двоичных счётчика, выполняющие подобные задачи. К тактовым входам счётчиков подключен генератор, входы сброса счётчиков подключены к входному сигналу IN (один напрямую, второй через инвертор). Например, при длинной паузе на выводе 12 счётчика (мс D6, элемент выделения синхроимпульса) будет присутствовать логический ноль, значит, он будет считать импульсы с генератора и после восьмого на его старшем разряде должна появляться логическая единица. Здесь важно правильно подобрать частоту генератора.



Так как вывод 2 счётчика (мс D6) подключён к входному сигналу IN через инвертор, то в момент длинного импульса на этом входе R будет присутствовать логический ноль и поэтому этот счётчик работает на определение состояния канала, которое снимается с его вывода 6. Входной сигнал IN после инверсии в схеме называется сигналом SCK и по его положительному фронту информация о состоянии канала записывается в сдвиговый регистр (мс D7).

R7 – 100 Ом, R8 – 300 Ом, R9-R16 – 300 Ом, C5 – 1.0 мкФ,
D5 – К155ЛА3(7400); D6 – К555ИЕ19 (74LS393), D7 – 74НС595.

О настройке :

Так как номиналы сопротивлений и конденсаторов (C1, C5) в генераторах (передающей и приёмной частей) могут иметь разброс, то рекомендуется при настройке подбирать номинал сопротивления R8 из соображений, чтобы движок переменного сопротивления R7 при устойчивой связи находился в середине диапазона вращения. И важно отметить !!!, что при правильном подборе сопротивлений R1 (передающая часть) и R8 (приёмная часть) устойчивую связь можно наблюдать во всём диапазоне вращения переменного сопротивления R7 (100 Ом).

[VVZ]

4. Самостоятельная работа :



Обратите внимание, что запись в регистр происходит почти одновременно со сбросом счётчика (а значит, сигнал DO почти сразу принимает нулевое состояние). Но так как в цифровых схемах присутствует некоторая задержка (интервал Z на изображении) в прохождении сигнала с входа на выход, то состояние логической единицы с вывода 6 (сигнал DO) обычно успевает записываться в регистр. Но в тоже время ! Вам предлагается подумать и предложить в этой части дополнение к данному схемному решению гарантирующее более уверенный приём (с использованием логических элементов или без них, на изображении варианты DO_v2 или DO_v3) :

[VVZ]

5. Вариант сборки на одной макетке (без модулей) :

В этом случае связь становится двухпроводной (тактовый сигнал F берётся из схемы передающей части), транзистор VT1 устанавливается вместо логического инвертора. В схеме передающей части кнопка KN1 не устанавливается. При необходимости уменьшить частоту тактового сигнала конденсатор C2 большей ёмкости устанавливается или вместо конденсатора C1 или параллельно ему. Не забывайте про самостоятельную работу (пункт 4) !

[VVZ]

6. Сборка на макетке с использованием модулей (однопроводной вариант):

Использованы модули для мс D4 (к входам мультиплексора К155КП5 подключён DIP-переключатель, на выходе мультиплексора - светодиод индикации), мс D5 (в модуле установлены элементы схемы генератора и два светодиода индикации) и мс D7 (к выходам регистра 74HC595 подключены светодиоды).



- Для сборки исходных схем на одной макетке как минимум необходим модуль со светодиодами на выходах регистра (крайний справа).
- Можно заметить, что на изображениях сборки (этого сообщения и предыдущего) в приёмной её части можно разглядеть дополнительные элементы. Их нет в исходных схемах, так как они имеют отношение к самостоятельной работе (этап 4 темы, два варианта из многих).

Дополнительная информация :

- Модуль к регистру 74HC595 для вывода байта (по ссылке предлагается вариант односторонней платы).