ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ (занятие №13)

   На прошлом занятии мы рассмотрели простые одноразрядные мультиплексоры, входящие в состав микросхем К561КТЗ и К176КТ1. Напомню, что эти микросхемы содержат по четыре аналоговых ключа, которые "замыкают" свои виртуальные контакты при подаче на управляющий вывод логической единицы, и "размыкают" при подаче на этот вывод нуля.

   Кроме таких простых одноразрядных мульти­плексоров есть и многоразрядные, которые представляют собой электронные переключа­тели на несколько положений, а номер положения зависит от двоичного кода, поступа­ющего на управляющие двоичные входы. Одна из таких микросхем — мультиплексор на два направления и четыре положения К561КП1 (рисунок 1).

    Микросхема имеет стандартный 16-выводный корпус и содержит два раздельных переключателя на четыре положения каждый, имеющий "одну ручку" — один управляющий двухразрядный вход (выво­ды 10 и 9), на который подается двоичный код номера положения переключателей. Например, если нужно выбрать положение "0", то на выводы 10 и 9 подаются нули и в микросхеме возникает две электрические связи ; одна между выводами 12 и 13, и вторая между выводами 1 и 3. Если нужно положение "1" на выводы 10 и 9 подается код числа "1" — 01 (0 - на вывод 10, 1 — на 9). При этом возникают связи, одна между выводами 14 и 13 и, вторая, между выводами 5 и 3. Если требуется положение "2", то и код на выводы 10 и 9 подается числа "2" — 10 (1 - на вывод 10, 0 - на вывод 9), а связи возникают между выводами 14 и 13 и между выводами 2 и 3. И последнее положение "3" (код 11, на оба вывода 10 и 9 подаются единицы), при этом возникают электрические связи между выводами 11 и 13 и между выводами 4 и 3. Таким образом, меняя код на управляющих входах (выводы 10 и 9) от "00" до "11" можно переключать два переключателя (мультиплексора) микросхемы на четыре положения — "0", "1", "2" и "3".

Еще есть вывод 6, это вывод полного отключения. Если на этот вывод подать единицу сразу же прекращаются все электрические связи между  выводами "переключателей" микросхемы.

Обратите внимание, — питание подается на три вывода, на вывод 16, как обычно, поступает плюс питания, на вывод 8 - минус (то есть общий провод питания). Но есть еще и вывод 7, на который должно подаваться либо отрицательное, по отношению к общему проводу, напряжение, либо вывод 7 соединяют с выводом 8 и оба соединяют с общим минусом. Получается, что микросхема К561КП1 может питаться от двуполярного источника питания (например как операционный усилитель). Дело в том, что мультиплексоры серии К561 могут переключать любые аналоговые или цифровые сигналы, но при одном условии — амплитуда этих сигналов не должна выходить за пределы напряжения питания. То есть, если питать микросхему только положительным напряжением, то и сигнал, который она коммутирует должен быть положительным. А если микросхема используется в электронном переключателе входов стереоусилителя, тогда на её ключи будут поступать, синусоидальные сигналы, не имеющие постоянной составляющей. И получится так, что положительная полуволна синусоиды будет проходить через мультиплексор без искажений, а отрицательная будет искажаться, поскольку она окажется за пределами питающего напряжения микросхемы. Именно для того, что исключить такие искажения в микросхеме К561КП1 имеется возможность двуполярного питания. На её вывод 7 нужно подать отрицательное, по отношению к общему проводу (к выводу 8), напряжение и искажений не будет. Поскольку большинство стереоусилителей содержат операционные усилите­ли, которые питаются двуполярным напряже­нием, то проблем с установкой такого переключателя входов не возникает.

Но есть еще одна особенность, которую нужно учитывать, разность потенциалов между выводами 16 и 7 не должна быть более 15В Например, основное положительное питание 10 В (подается на выводы 8-минус и 16-плюс), а отрицательное питание 5 В, (подается на выводы 8-плюс и 7-минус). В сумме 10+5=15.

Чтобы лучше разобраться в том как работает микросхема К561КП1 по­смотрите на её упрощенную внутрен­нюю схему (рисунок 2).

 Можно сказать, что микросхема содержит десять ана­логовых ключей, вроде тех, что входят в состав микросхемы К561КТЗ (занятие №12). Четыре из этих ключей объеди­нены в переключатель на четыре положения X, четыре других образуют переключатель на четыре положения Y. Еще два ключа служат для разрыва связей с выводами X и Y при подаче логической единицы на вход S.

Управляет переключателями десятич­ный дешифратор, имеющий два входных двоичных разряда и четыре десятичных выхода.

Для экспериментов с микросхемой К561КП1 соберите схему, показанную на рисунке 3.

 Прибор Р1 это мультиметр или АВО-метр, переключенный в режим измерения сопротивления. На схеме показан только один переключатель микросхемы - X. Тумблеры S1 и S2 служат для установки двоичного кода номера положения переключателя. При замкнутом тумблере на вывод микросхемы поступает логическая единица через его контакты, а при разомкнуктом — логический нуль через один из резисторов R1 и R2.   Тумблер S3 служит для полного отключе­ния переключателя, когда его контакты замкнуты (на вывод 6 поступает единица) между выводами переключателя (мульти­плексора) микросхемы связи не возникают (отключается вывод 13 от внутренних ключей микросхемы). При разомкнутом S3 на вывод 6 через R3 поступает 0 и мультиплексор функционирует.

   Устанавливая тумблеры S1-S3 в различ­ные положения последите за тем каким образом происходит переключение между выводом 13 и выводами 12, 14, 15 и 11.

Если дополнить схему двоичным счетчиком, с выходов которого подавать двоичные коды на входы управления микросхемы К561КП1 (выводы 10 и 9), а на вход этого счетчика подать импульсы от мультивибратора, можно получить переключатель, который будет рабо­тать по кругу, последовательно переключать вывод "X" на выводы "Х0", "Х1 "Х2", "ХЗ" и далее снова по кольцу "Х0", "Х1"....

   Сопротивление одного "переключа­теля" мультиплексора К561КП1 в замкнутом (открытом) состоянии лежит в пределах 120-300 Ом, в разомкнутом (закрытом) стремится к бесконечности. Максимальная сила тока, которую выдерживают "вирту­альные контакты" не более 5 тА.

    Вторая микросхема аналогичного назначения К561КП2, она имеет точно такие же электрические параметры, такую же систему питания, но отличается тем, что вместо двух переключателей (мультиплексоров) на четыре положения она содержит один на восемь положений (рисунок 4). 

    Переключение происходит между выводом 3 и выводами 13, 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4. Управление по трехразрядному двоичному коду, который поступает на выводы 11, 10 и 9. Код от "ООО" ("0") до "111" ("7"). Разобраться с функционированием микросхемы поможет упрощенная развернутая схема (рисунок 5). 

    В ней есть девять одиночных ключей (типа ключей микросхемы К561КТЗ), но включены иначе чем в К561КП1. В микросхеме К561КП2 восемь из них работают в переключателе на восемь положений, а один служит для полного отключения вывода X от этого переключателя. Управление производится при помощи дешифратора с тремя входами, рассчитанного на подачу на его бходы двоичных кодов от "000" до "111'. Дешифратор имеет восемь десятичных выходов, единица появляется на том из них, номер которого в десятичной системе соотвегствует поданному на входы двоичному коду. Например, если на входах "1,

2, 4" будет "001" то единица будет только на выходе "1" дешифратора, а если "010" то только на выходе "2". По внутренним связям микросхемы К561КП2 единицы с выходов внутреннего дешифратора поступают на управляющие входы восьми ключей (при коде "001" будет открыт второй сверху, по схеме, ключ, и возникнет электрическая связь между выводами Х1 и X, а если будет код "010", то откроется третий сверху, по схеме, ключ, и возникнет связь между выводами Х2 и X).

Вывод S служит для отключения вывода X, если на вывод S подать единицу выходной ключ микросхемы закроется и мультиплексор не будет функционировать (ни при каких кодах на управляющих входах не будет возникать связь между выводами Х0-Х7 и выводом X). Если на S подать нуль выходной ключ откроется и мультиплексор будет работать.

Для экспериментов с микросхемой К561КП2 соберите схему, показанную на рисунке 6. 

Прибор Р1 это мультиметр или АВО-метр переключенный в режим измерения сопротивления. Тумблеры S1-S3 служат для установки двоичного кода номера положения переключателя на управляющем входе микросхемы. При замкнутом тумблере на вход микросхемы поступает единица через контакты тумблера, а при разомкнутом — нуль через один из резисторов R2-R4. Тумблером S4 меняется уровень на входе S, когда этот тумблер замкнут на вход S (вывод 6) поступает единица и вывод 3 отключается от мультиплексора. Когда S4 разомкнут на вывод 6 через резистор R1 поступает нуль и вывод 3 подключен к "движку" переключателя на восемь положений.

   На рисунке 7 показано, как используя выводы 6 (S) микросхем К561КП2 можно организовать мультиплексор на 16 положений (весь четырех­разрядный код от "0000" до "1111". Обратите внимание, — при управляющих кодах от "0000" до "0111" (0-7) на вывод 6 микросхемы D1 поступает ноль, и микросхема D1 функцио­нирует. При этом на вывод 6 микросхемы D2 поступает единица (инвертируется инвертором D3.1) и вывод X микросхемы D2 отключен, она не функционирует. А при кодах от "1000" до "1111" (8-15) все получается наоборот, — на вывод 6 микросхемы D1 поступает единица и эта микросхемы выключена из работы, а на вывод 6 D2 (в результате инвертирования элементом D3.1) поступает ноль и работает микросхема D2. Поскольку выводы X обеих микросхем соединены вместе они, совместно с элементом D3.1, образуют мультиплексор на 16 положений (от Х0 до Х15).