Для этого режима справедливы следующие расчетные соотношения:
временной интервал, в течение которого на выходе действует напряжение высокого уровня, t = 1,1 x RС;
рекомендуемая ширина запускающего импульса tзап < tвкл/4.
4.2. Семейство таймеров 555
Стандартный таймер 555 выпускается в 8-контактном корпусе типа DIP (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Разводка контактов одиночного таймера 555
Диапазон рабочего напряжения питания составляет от 4,5 до 15 В. Он перекрывает обычный диапазон TTЛ-схем, поэтому таймер может работать вместе с ними. Выпускаются также и другие разновидности стандартного таймера 555.
Маломощный КМОП-таймер 555 (например, ICM7555IPA). Эта микросхема является аналогом стандартного таймера, но изготавливается по КМОП-технологии. Благодаря этому расширяется диапазон напряжения питания (от 2 до 18 В) и уменьшается потребляемый ток (120 мкА при питании 18 В). Несмотря на то что выходная нагрузочная способность микросхемы уменьшается, все же допускается подключать к схеме до двух стандартных ТТЛ-нагрузок.
Сдвоенный таймер 555 (например, NE556A). Это просто сдвоенный вариант стандартной микросхемы 555, выпускаемый в 14-контактном корпусе (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Разводка контактов сдвоенного таймера 555
Оба таймера можно использовать независимо друг от друга; они обладают такими же электрическими характеристиками, как и стандартный таймер 555.
Маломощный сдвоенный таймер (например, ICM7556IPA). Микросхема представляет собой сдвоенный вариант КМОП-таймера 555 и оформлена в 14-контактном корпусе, так же как и приведенная на рис. 4.6. Оба таймера автономны и обладают электрическими характеристиками, аналогичными КМОП-таймеру 555.
4.3. Поиск неисправностей в схемах с таймерами
Определить неисправности в схемах с таймерами довольно просто. Прежде всего требуется выяснить, в каком режиме (астабильном или моностабильном) работает таймер. Затем следует сделать обоснованное предположение о длительности выходного импульса. При этом можно воспользоваться приведенными выше соотношениями либо номограммами, приведенными на рис. 4.7 и 4.8.
Рис. 4.7. Номограмма для определения частоты импульсов таймера 555 в астабильном режиме. При С = 0,22мкФ и R = R1 = R2 = 10 кОм частота составляет около 400 кГц.
Рис. 4.8. Номограмма для определения ширины импульса таймера 555 в моностабильном режиме. При С = 0,1 мкФ и R =47 кОм ширина импульса составляет около 5 мс.
Выходное состояние таймера (сигнал на контакте 3, см. рис. 4.6) определяется с помощью логического пробника (схема самодельного пробника дана в приложении 2) или осциллографа, если, конечно, он есть. В астабильном режиме логический пробник при касании его зондом контакта 3 стандартного таймера должен показать наличие непрерывной импульсной последовательности (индикация светодиодами логических 0 и 1). По относительной яркости свечения светодиодов можно даже грубо оценить коэффициент заполнения импульсов.
Отметим, что для обеспечения астабильного режима работы на входе Сброс (контакт 4) должен действовать сигнал высокого уровня. В некоторых устройствах этот вход используется для переключения триггера. Поэтому, если астабильная работа не обнаруживается, целесообразно проверить сигнал на входе сброса.
Для проверки моностабильной работы также достаточно одного логического пробника. Но если длительность выходного импульса невелика (например, менее 100 мс), важно, чтобы в пробнике была схема расширения импульсов. Зондом пробника следует коснуться выхода (контакт 3 в стандартном таймере 555) и осуществить запуск. В некоторых схемах запуск реализуется очень просто, например с помощью специально предусмотренной для этого кнопки.
В других случаях запуск можно смоделировать, закоротив контакт 2 на землю, как показано на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Моделирование запуска спадающим фронтом.
Подчеркнем, что при сопряжении сигнала запуска по постоянному току спадающий фронт импульса должен иметь достаточную амплитуду, чтобы напряжение на контакте 2 упало ниже одной трети напряжения питания.
Если длительность выходного импульса не совпадает с ожидаемой (особенно в схемах с электролитическим времязадающим конденсатором), приходится проверять постоянные напряжения на входах Порог и Разряд (см. рис. 4.6). Для измерения следует пользоваться только вольтметром с очень высоким входным сопротивлением.
Обычные мультиметры со входным сопротивлением около 20 кОм/В для таких измерений не подходят, так как сильно изменяют постоянные времени заряда и разряда.
В этой главе рассмотрим основные характеристики четырех наиболее распространенных 8-битных микропроцессоров и некоторые приемы поиска неисправностей в микропроцессорных системах. Глава начинается с общего введения в микропроцессоры и микропроцессорные системы, рассчитанного на читателей, которые с ними еще не знакомы.
Микропроцессоры — это СБИС, которые могут воспринимать, дешифровать и выполнять команды, представленные в двоично-кодированной форме. Микропроцессор образует ядро любой микрокомпьютерной системы. Однако сами по себе микропроцессоры не являются компьютерами, поскольку требуют разнообразных вспомогательных («поддерживающих») микросхем. Среди последних важнейшую роль играют микросхемы, предназначенные для хранения последовательностей команд (т. е. программ) и изменяющейся информации (т. е. данных), привлекаемой для обработки.
Некоторые специализированные микропроцессоры снабжены внутренней памятью (для хранения программ и данных) и входными/выходными портами. Для таких микропроцессоров требуется минимальный объем внешних вспомогательных схем, и они идеально подходят для дешевых систем управления. Обычно упомянутые микропроцессоры называются однокристальными микрокомпьютерами.
Микропроцессоры в зависимости от размера двоичных чисел, которыми они оперируют, можно разделить на два класса. Большинство современных микропроцессоров выполняют операции над группами из 8 или 16 двоичных разрядов (бит). Очевидно, 16-битные микропроцессоры оказываются мощнее 8-битных. В ряде случаев их применения выбирать между этими двумя классами почти не приходится. Например, относительные стоимость и сложность 16-битных микропроцессоров препятствуют их использованию в системах управления. Поэтому будем ориентироваться на 8-, а не на 16-битные микропроцессоры.
8-битный микропроцессор вводит и выводит данные группами по 8 бит, называемых байтами. Данные передаются по восьми отдельным линиям D0—D7, образующим шину данных. Микропроцессоры определяют источник данных (откуда их нужно считать) и их получатель (куда данные нужно записать), указывая местоположение данных в форме уникального адреса. Для этого адресный двоичный набор помещается на шину адреса. В 8-битных микропроцессорах шина адреса всегда состоит из 16 отдельных линий А0—А15.
Адреса, по которым считываются и записываются данные, могут относиться к системной памяти (например, ЗУПВ или ПЗУ) либо к вводу-выводу (ВВ). Распределение адресного диапазона 64К в 8-битных микропроцессорах удобно показывать с помощью карты памяти.
Еще одна шина применяется для определения направления передачи данных (т. е. указания операции считывания или записи) и некоторых общих служебных функций, например сброса. Эта шина называется шиной управления и в зависимости от типа микропроцессора состоит из 5—15 линий.
Первое поколение 8-битных микропроцессоров появилось в середине 70-х годов, начиная с микросхемы 8008 фирмы Intel. По тому времени она казалась удивительным прибором, который мог заменить множество других микросхем и адресовать «огромную» память 16К байт.
По современным меркам микропроцессор 8008 выглядит довольно «слабым» по своим возможностям. Затем появился более «удачный» микропроцессор 8080, выполненный по NMOП-технологии (микропроцессор 8008 выпускался по РМОП-технологии). Микропроцессор 8080 имеет 16 линий адреса, обеспечивающих адресацию памяти 64К байт, и 78 команд, находящихся в распоряжении программиста. На базе этого микропроцессора были разработаны более совершенные микропроцессоры 8085 и Z80.
