Как проектировать электронные схемы

5. СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

РАСПОЛОЖЕНИЕ ВЫВОДОВ

• стандарт RS232: см. главу 2, раздел «Последовательный интерфейс»;

• разъем Centronics: см. главу 2, раздел «Цифро-аналоговое преобразование»;

• соединитель Peritel (он же SCART): рис. 5.1.

Назначение выводов и уровень сигналов представлены в табл. 5.1.

ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ

На рис. 5.2 представлены формулы для определения действующих (эффективных) значений сигналов различной формы. Эти формулы действительны как для токов, так и для напряжений. В них используются пиковые (максимальные) значения сигналов и коэффициент заполнения (величина, обратная скважности). Напомним, что при измерении синусоидального напряжения или тока индицируется действующее значение.

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТЕЛЕФОННОЙ ЛИНИИ

Схема, представленная на рис. 5.3а, позволяет определить наличие вызова в телефонной линии. Варистор подавляет возможные помехи (перенапряжения), а конденсаторы отсекают постоянную составляющую напряжения.

При наличии звонка на выводах стабилитрона появляется переменный сигнал с амплитудой, достаточной для зажигания светодиода оптопары, подключенного через резистор 220 Ом. Выходной транзистор повторяет на эмиттере сигналы, которые поступают на вход. При этом гальваническая связь между телефонной линией и остальной частью схемы отсутствует. На интегрирующую цепочку 100 кОм/4,7 мкФ подаются серии импульсов, которые она трансформирует в постоянное напряжение. Состояние на выходе операционного усилителя изменяется каждый раз, когда потенциал на его неинвертирующем входе превышает потенциал на инвертирующем входе. Таким образом, каждый звонок сопровождается переходом в состояние высокого выходного напряжения.

Несложно произвести подсчет звуковых сигналов, чтобы при заданном их числе занять линию, зажечь сигнальную лампу или подключить более мощный звонок. Операция занятия линии сопровождается пропусканием по ней тока определенной величины. К линии можно подключиться через резистор, однако на практике предпочитают использовать специальный трансформатор. Передаваемые по линии речевые сигналы или двоичные коды снимают с его вторичной обмотки.

С помощью трансформатора можно также выполнить обратную функцию, то есть ввести в линию НЧ или импульсные сигналы.

Трансформатор подключается к линии через контакты реле, которым управляет внешняя логическая схема. Это подключение показано на рис. 5.3б.

Операционные усилители служат для определения того, нажата ли кнопка (любая) на аппарате звонящего. Чтобы можно было идентифицировать каждую из 12 или 16 имеющихся кнопок, понадобится специализированная интегральная схема (например, микросхема типа SSI202).

При самостоятельном изготовлении рассматриваемой схемы трансформатор можно снять с любого телефонного аппарата, даже неисправного. В таком случае до отпайки следует промаркировать первичную и вторичную обмотки. Для подключения к линии может с успехом применяться малогабаритное герконовое реле. Цепочка 470 Ом/4,7 мкФ, расположенная в левой части схемы, позволяет ввести в телефонную линию сигнал с амплитудой 5 В. Это могут быть как сигналы звонка, так и речевые сигналы.

Объединение двух рассмотренных частей образует полную схему подключения к телефонной сети, гальванически изолированную от линии. Несмотря на все ее достоинства, такую схему нельзя подключать к телефонной сети без необходимого разрешения и проверки на соответствие стандартам. Поэтому ее можно испытать на частной телефонной линии. Среди распознаваемых команд следует упомянуть команду, позволяющую занять телефонную линию. Однако определить наличие звукового сигнала невозможно. Для этого требуется устройство, содержащее микрофон, усилитель, компаратор напряжения и счетчик.

КЛАССИЧЕСКИЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

Схемы, приведенные на рис. 5.4, представляют собой классические одновибраторы и мультивибраторы (генераторы прямоугольных импульсов).

В одновибраторах (рис. 5.4а, б) длительность выходного импульса не зависит от длительности импульса на входе. Первый одновибратор запускается положительным перепадом напряжения на входе, а второй — отрицательным.

На рис. 5.4в представлен обычный мультивибратор, а на рис.

5.4 г — мультивибратор с регулируемой длительностью импульсов.

В схемах, представленных на рис. 5.4д, е, колебания возникают при подаче на вход логического сигнала соответственно низкого и высокого уровня.

Мультивибратор на двух транзисторах (рис. 5.4ж) используется в низкочастотных устройствах. Такая схема может непосредственно управлять элементами со значительным потребляемым током, например лампочками или реле, которые подключаются к одному из коллекторов (или к каждому коллектору) вместо резистора. В остальных схемах применяются КМОП вентили, рассчитанные на широкий диапазон напряжений питания.

При вычислении длительности импульсов определяющую роль играет произведение RC. Приведенные на рисунке формулы являются весьма приближенными, окончательный результат зависит от частоты, от типа вентилей, а также от напряжения питания. Применяются логические вентили, включенные по схеме инвертора (входы соединены между собой), типа ИЛИ-HE или И-НЕ. Их можно также заменить простыми инверторами, например входящими в микросхему типа CD4049 или CD4069.

Для формирования периодов большой длительности (значительного времени задержки) предпочтительнее использовать мультивибраторы со средней или высокой рабочей частотой в сочетании с двоичным счетчиком. Наиболее удобны в этом случае микросхемы генератора-счетчика типа CD4060 и т. п.

ЧАСТОТНЫЕ ФИЛЬТРЫ

На рис. 5.5 приведено несколько классических схем пассивных и активных фильтров низких и высоких частот. Они используются в разнообразных устройствах, начиная с НЧ усилителей и заканчивая цифро-аналоговыми преобразователями. На каждой схеме указаны формулы для вычисления частоты среза фильтра Fc.

Приведенные схемы справедливы для операционных усилителей, которые питаются однополярным отрицательным напряжением. При этом напряжения на входах и выходах отсчитываются относительно общей точки источника питания. Для схем с двуполярным питанием можно создать искусственную точку опорного уровня (см. главу 2, раздел «Аналоговый общий»). В устройствах, работающих на частотах ниже 100 кГц, можно использовать операционный усилитель любого типа (LM324, LM358, TL084 и т. д.). См. также главу 2, разделы «Дифференцирующая цепочка», «Интегрирующая цепочка», «Сумматор и вычитатель».

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Ниже приведен список некоторых сокращений, которые часто встречаются в технической литературе и в периодических изданиях. Однако их значение или перевод, возможно, не всем известны.

ASCII — American Standard Code for Information Interchange (американский стандартный код для обмена информацией). Набор восьмибитных кодов, которые присваиваются каждому знаку, распознаваемому компьютером (см. главу 4).

BCD — Binary Coded Decimal {двоично-десятичное число). Система гибридного двоичного счисления, кодирующая каждый десятичный разряд с помощью четырех бит.

BIOS — Basic Input/Output System (базовая система ввода/вывода, БСВВ). Независимая от операционной системы программа взаимодействия с периферийными устройствами; при включении компьютера выполняет начальные тесты и инициализирует процессор.

CPU — Central Processor Unit. Главная часть микропроцессора, в широком смысле — сам микропроцессор.

CS — Chip Select {выбор кристалла). Вход интегральной схемы, предназначенный для ее активации при низком или высоком уровне сигнала. Этот вход имеется у всех ЗУ, у которых к выходной шине подключаются ячейки с тремя возможными состояниями.

DIP — Dual-in-line Package (корпус с двухрядным расположением выводов). Термин для обозначения двухрядного расположения выводов интегральной схемы. Например, микросхема CD4011 размещена в корпусе DIP 14.

DIN — Deutch International Normalization {промышленный стандарт Германии). Стандарт для некоторых электрических соединительных элементов (разъемы DIN, шина DIN и т. д.).

EEPROM — Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory. Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), аналогичное ППЗУ, но с электрическим стиранием при помощи программируемых процедур.

EPROM — Erasable and Programmable Read Only Memory. Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), стираемое при помощи ультрафиолетовых лучей (UV). Часто во избежание путаницы его называют UV-EPROM.

FE — Falling Edge. Спад (задний фронт) импульса.

GAL — Generic Array Logic. Типовые матричные логические схемы со стиранием.

IR — Infra-red. Инфракрасное (ИК) излучение, используемое в устройствах дистанционного управления. IR — это также инициалы фирмы International Rectifier, производящей полупроводниковые приборы.

LCD — Liquid Crystal Display. Дисплей на жидких кристаллах.

LED — Light Emitting Diode. Светодиод (электролюминесцентный).

LIFO — Last In First Out («последним пришел — первым обслужен»). Принцип функционирования устройства, согласно которому в первую очередь обрабатывается элемент блока данных, поступивший последним.

LSB — Least Significant Bit. Младший бит, например DO.

LSI — Large Scale Integration (БИС, большая интегральная схема). Интегральная схема с высокой степенью интеграции (большое число транзисторов).

MCU — Microcontroller Unit. Микроконтроллер, микропроцессор в сочетании с разными периферийными устройствами (ЗУ, устройства входа/выхода и т. д.) на одном кристалле.

MODEM — Modulator-demodulator. Модем (сокращение от термина модулятор-демодулятор) — устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые аудиосигналы, передаваемые другим компьютерам и принимаемые от них по телефонным линям связи.

ОЕ — Output Enable (разрешение выхода). Вход микросхемы, аналогичный CS, который активизирует не сам компонент, а только его выход или выходы (при считывании данных из ЗУ).

PAL — Programmable Array Logic (программируемые матричные логические схемы). Комплект логических элементов на кристалле, программируемый аналогично ППЗУ.

РСВ - Printed Circuit Board. Печатная плата.

PROM - Programmable Read Only Memory. Программируемое постоянное (нестираемое) запоминающее устройство (ППЗУ).

PWM - Pulse Width Modulation. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

RAM - Random Access Memory (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Энергозависимая память (содержимое теряется при отключении питания). Называется также оперативной памятью с произвольным доступом. Выполняется на элементах статической или динамической памяти (часто требует охлаждения).

RE - Rising Edge. Фронт импульса.

ROM - Read Only Memory (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ). ЗУ только для считывания (программируемое при изготовлении).

RW - Read/Write (считывание/запись). Вход/выход интегральной схемы, обычно запоминающего устройства, которое работает в режиме считывания или записи в зависимости от уровня управляющего логического сигнала. Одна из двух используемых букв имеет сверху черту (обозначающую логическое отрицание), что указывает на реализацию соответствующей функции при низком уровне сигнала.

SIL - Single In Line (однорядное размещение выводов). Размещение выводов в один ряд, как в матрице резисторов.

SMD - Surface Mount Device. Компоненты с поверхностным монтажом (на печатную плату).

VCO - Voltage Controlled Oscillator (генератор, управляемый напряжением, ГУН). Генератор синусоидального или импульсного сигнала, частота которого регулируется путем изменения управляющего напряжения.

VDR - Voltage Dependent Resistor (резистор, сопротивление которого зависит от напряжения). Варистор, обычно используемый для фильтрации сетевых помех. Часто включается перед трансформаторами и «гасит» кратковременные перенапряжения.

VLSI - Very Large Scale Integration (СБИС, сверхбольшая интегральная схема). ИС со степенью интеграции большей, чем в БИС.

АНАЛОГИ ЗАРУБЕЖНЫХ КОМПОНЕНТОВ

* * *