Управление входами ТТЛ и КМОП

Ввод сигнала от механических ключей. Если известны входные характеристики управляемой логической схемы, то довольно легко управлять цифровыми входами от переключателей, клавиатуры, компараторов и т. д. Проще всего здесь использовать резистор, подключенный к шине питания (рис. 19.6, а). При работе с элементами ТТЛ, принимая во внимание их входные характеристики, лучше, когда резистор коммутируется на землю. В этом случае ключ дает хороший отвод тока при низком уровне на входе, а резистор обеспечивает для высокого уровня напряжение +5 В, создавая высокую помехоустойчивость. Кроме того, удобно иметь цепь возврата на землю через ключ.

Вариант схемы, в котором резистор подключается к земле, а ключ замыкается на шину +5 В, использовать нежелательно, поскольку в этом случае для того, чтобы обеспечить низкий уровень ТТЛ (порядка нескольких десятых вольта), потребуется резистор с небольшим сопротивлением (например, 220 Ом) и через замкнутый тумблер будет протекать довольно большой ток. При разомкнутом ключе (наихудшие условия с точки зрения наводок) помехоустойчивость предыдущей схемы составляет не менее 3В, тогда как во второй схеме она может упасть до 0,4 В (для стандартного элемента ТТЛ входной ток равен - 1,6 мА, а порог низкого уровня составляет +0,8 В). Кроме того, входы ТТЛ нежелательно соединять непосредственно с источником +5 В.

Что касается элементов КМОП, то, поскольку их входы не потребляют тока, а типовое значение порогового уровня составляет половину E_ПИТ, здесь с одинаковым успехом могут применяться оба способа подключения резистора. На практике один контакт ключа принято заземлять, однако если для упрощения схемы ВЫСОКИЙ уровень на входе желательно создавать с помощью замкнутого ключа, резистор можно подключить на землю (рис. 19.6, б, в).

Дребезг контактов механического ключа. После замыкания контактов механических переключателей возникает дребезг контактов, который может вызывать хаотические переключения элементов, реагирующих на смену состояния сигнала, или «фронт» (рис.19.6, а).

Например, ключ, непосредственно подключенный к счетному входу триггера или счетчика, вызовет при переключении их многократное срабатывание. В подобных случаях нужно использовать электронные средства для подавления дребезга ключа.

Рис. 19.6. Ввод сигнала от электромеханических ключей

На входах асинхронного RS-триггера, построенного с помощью двух вентилей, нужно установить резисторы, подключенные к шинам питания (рис.19.7). При первом же соприкосновении контактов триггер изменит свое состояние и в дальнейшем уже не будет реагировать на последующий всплеск сигнала, поскольку двухпозиционный однополюсный ключ не может совершать колебания до противоположной позиции. В результате дребезг выходного сигнала будет отсутствовать. Для защиты от дребезга можно также применить триггер в интегральном исполнении.

Существует много способов защиты от дребезга ключей. Применяются устройства со встроенными схемами защиты от дребезга. Такие схемы обычно имеются в шифраторах клавиатуры, которые используют в качестве устройств ввода механические ключи. Кроме этого, можно применять компараторы с гистерезисом, на входе которых для сглаживания импульсов устанавливается ФНЧ.

Рис. 19.7. Схема защиты от дребезга ключа

Хорошее качество имеют ключи, построенные на использовании эффекта Холла. Эти твердотельные ключи, управляемые магнитным полем, используются в качестве панельных или клавиатурных ключей. В обоих случаях магнит и ключ объединяются в одном законченном изделии. Ключи работают от напряжения +5 В и вырабатывают на выходе свободные от дребезга логические сигналы, которые могут использоваться для управления элементами ТТЛ и КМОП, работающими от +5 В. С точки зрения износа ключи с эффектом Холла практически вечны, так как в них отсутствуют механические контакты.

Управление цифровой логикой от компараторов и операционных усилителей. Компараторы и операционные усилители, так же как и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), являются обычными устройствами ввода, с помощью которых аналоговые сигналы могут управлять цифровыми схемами. Фактически компараторы являются одноразрядными АЦП.

При использовании компараторов нужно выбирать такие типы ИМС компараторов, которые имеют выходы, совместимые с используемым типом логики. Если по каким-то причинам нет возможности использовать ИМС компаратора, то в этом случае в качестве компараторов желательно применять операционные усилители с одним напряжением питания. При использовании операционных усилителей в качестве компараторов входные цепи цифровых микросхем нужно защищать диодно-резистивными цепями. Эти цепи могут быть самыми разнообразными, их задача – защитить вход от повышенного входного и отрицательного напряжения.