Как проектировать электронные схемы

Галле Клод

УДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Удвоитель напряжения (а в более общем случае умножитель напряжения) представляет собой определенное соединение диодов и конденсаторов. Этот принцип построения давно используется для получения очень высоких напряжений, например в телевизорах или в устройствах для ионизации газа. Небольшая схема, представленная на рис. 2.30, применяется для получения постоянного напряжения, приблизительно вдвое превышающего напряжение на

входе.

Для работы схемы нужен сигнал прямоугольной формы низкой частоты. В данной схеме используются только положительные импульсы, что отличает ее от классических удвоителей, работающих от сети или от синусоидального напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Дискретизация — операция, направленная на определение мгновенных значений сигнала сложной формы в заданные моменты времени (рис. 2.31).

Для выполнения дискретизации требуется стабильный тактовый генератор, который задает временные интервалы для вырезания части сигнала. Пиковый детектор фиксирует максимальное значение сигнала за данный период. Такое устройство можно построить на базе конденсатора, разряженного в исходном состоянии, который за интервал дискретизации заряжается до нужного уровня.

Устройство дискретизации сигнала входит в состав аналого-цифрового преобразователя, который преобразует мгновенные значения напряжения в соответствующую последовательность двоичных чисел (см. раздел «Аналого-цифровое преобразование»). Совершенно очевидно, что точность такой схемы зависит от частоты дискретизации. Чем она выше, тем меньше вероятность пропустить кратковременное изменение сигнала на входе. Согласно известной теореме, частота дискретизации должна равняться по крайней мере удвоенной максимальной частоте спектра сигнала, подвергаемого этой операции.

Предположим, требуется произвести аналого-цифровое преобразование речевого сигнала, ограничив его полосу пропускания до 3000 Гц (качество звучания, обеспечиваемое телефоном). В этом случае придется работать на частоте дискретизации минимум 6000 Гц, что при получении восьмибитовых двоичных чисел требует быстродействия 6000 байт/с. Учитывая этот принцип, несложно оценить место, занимаемое на компакт-диске 40-минутным музыкальным произведением стереофонического звучания, преобразованным в цифровую форму с частотой дискретизации 44 кГц.

ПРОГРАММИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Области применения

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) было первым программируемым компонентом памяти, легким в использовании и относительно недорогим. На сегодняшний день благодаря стремительному развитию микроэлектроники эти компоненты обладают таким объемом, о котором еще недавно не приходилось и мечтать. Несмотря на появление микроконтроллеров, обладающих собственными устройствами памяти, ППЗУ не теряют своей популярности. Они были созданы для хранения двоичной информации в виде программ или данных. Но этим использование данных устройств не ограничивается.

С помощью ППЗУ возможно реализовать довольно сложные логические функции, что обходится гораздо дешевле, чем разработка соответствующего

устройства на традиционных логических микросхемах.

ППЗУ можно рассматривать как некоторый «черный ящик» с X входами и восемью выходами. Число входов зависит от емкости устройства памяти и соответствует числу адресных линий (рис. 2.32). Так, микросхема 2716 емкостью 2 Кб имеет 11 входов, а микросхема 27512 (64 Кб) — 16.

Типичное использование таких компонентов в области информатики сводится к дешифрации адреса.

Предположим, требуется, чтобы один бит перешел в нулевое состояние по адресу или группе адресов в области памяти размером 16 бит. Осуществление такой функции при помощи логических вентилей требует значительного числа компонентов.

Имея ППЗУ, достаточно запрограммировать адрес X (адрес дешифрации) соответствующими данными. Если речь идет о нулевом бите шины данных, то по выбранному адресу нужно записать число 254 (или FE в шестнадцатеричной системе счисления, см. главу 4, раздел «Системы счисления»). По остальным адресам данные останутся неизменными (в них, как правило, исходно записано число FFH). Если записать FEH в нескольких ячейках памяти, можно задать не один адрес, а группу адресов. Ввиду того что в ячейке остается еще семь свободных бит, в сумме можно задать до восьми различных результатов дешифрации. Для исправления ошибки или внесения изменений достаточно стереть информацию и запрограммировать устройство заново.

Среди других областей применения ППЗУ следует отметить управление семисегментным индикатором: двоичное слово на адресных линиях соответствует конфигурации цифры или символа индикатора. Имеется возможность одновременно управлять несколькими индикаторами с мультиплексированием или без него. Наконец, ППЗУ может составлять основу устройства автоматического управления несколькими объектами. В этом случае используется счетчик, который проходит по всем адресам за заданное время (несколько секунд или часов). Если каждому из восьми битов данных на выходе поставить в соответствие реле или симистор, то можно управлять восемью объектами независимо друг от друга. Для расширения возможностей устройства применяется параллельное включение двух ППЗУ.

При любом из перечисленных вариантов использования необходимо следить за корректным подключением двух управляющих линий: CS и ОЕ. Как правило, они подключены к напряжению Vss. Подача на линию ОЕ уровня логической единицы позволяет одновременно отключить все выходы (перевести их в высокоомное состояние).

Для некоторых моделей, в частности для ППЗУ, изготовленных по КМОП технологии, рекомендуется присоединять шину данных к напряжению Vss через резистор сопротивлением порядка 100 кОм.

Разбиение ППЗУ на несколько областей

Порой в одном ППЗУ полезно иметь несколько программ или версий программы, которые можно выбирать с помощью переключателей.

Это бывает нужно и в том случае, когда устройство памяти содержит некоторые рабочие данные (коды ASCII для индикатора, знакогенератора и т. д.). Для этого достаточно выбрать ППЗУ необходимого объема и разбить его на области, расположенные по определенным адресам. Если для каждого блока данных необходимо 2 Кб памяти, можно создать 4 области одинакового размера в ЗУ емкостью 8 Кб (микросхема 2764) или 16 областей с помощью микросхемы 27256 объемом 32 Кб.