Układy c
cyfrowe
W dwóch poprzednich odcinkach
prześledziliśmy zaszłości ciągnące
P i e r w s z e k r o k i
się od czasów powstania pierw−
szych kostek rodziny TTL serii stan−
dardowej. Wiesz już, że układy TTL
stały się niekwestionowanym stan−
w cyfrówce
dardem – z czasem powstało wiele
rodzin pokrewnych, które (z pewny−
mi wyjątkami) mają taki sam układ
wyprowadzeń i spełniają te same
część 66
funkcje, a różnią się przede wszyst−
kim poborem prądu, szybkością
i właściwościami wejść i wyjść.
Omówiliśmy sprawę układów CMOS.
nej konieczności, ponieważ duża szyb−
miętać, iż na wszystkich wejściach
Wiesz już, że w wielkiej grupie TTL poja−
kość może spowodować nieprzewidzia−
umieszczono obwody zabezpieczające
wiły się rodziny wykonane w technologi−
ne kłopoty (jest to związane z powstawa−
z diodami dołączonymi do szyn zasilania.
i CMOS – są to rodziny przede wszystkim
niem zakłóceń w przewodach i ścieżkach
Wydajność prądowa wyjść zależy od na−
rodziny 74HC i 74HCT.
zasilających podczas przełączania).
pięcia zasilającego. Można przyjąć w upro−
Obecnie na rynku spotyka się wiele ro−
Pamiętaj, że kostki 74HC i 74HCT
szczeniu, że wyjście układu CMOS to re−
dzin, o wyprowadzeniach zgodnych ze
otych samych numerach mogą być wza−
zystor dołączany do dodatniej lub ujemnej
standardem TTL. Generalnie, jeśli w ozna−
jemnie zamieniane, i to nie tylko między
szyny zasilania (zobacz rysunek 35). War−
czeniu występuje literka S (np. 74LS,
sobą, ale też z kostkami bipolarnych ro−
tość tego „rezystora” zależy od napięcia
74AS, 74FAST), mamy do czynienia
dzin 74, 74LS, 74ALS. Powiem więcej:
zasilającego – maleje ze wzrostem napię−
z układami z tranzystorami bipolarnymi ze
właśnie kostki rodzin 74HC i 74HCT wy−
cia zasilania. Dla układów rodziny
złączem Schottky’ego. Literka A pochodzi
pierają, a w zasadzie już wyparły, bipolar−
CMOS4000 rezystancja ta wynosi szacun−
od Advanced – zaawansowany i wskazu−
ne kostki z rodziny 74LS (nie mówiąc już
kowo 1kΩ przy zasilaniu napięciem 5V
je na nowszą, czy też ulepszoną wersję.
o74, 74L, 74H).
i około 100Ω przy zasilaniu 15V. Trzeba jed−
Literka C wskazuje na technologię CMOS
Generalnie w jednym układzie, w razie
nak wiedzieć, że kostki różnych producen−
(np. 74C, 74HC(T), 74AC(T), 74FACT). Li−
konieczności mogą ze sobą współpraco−
tów mogą mieć te rezystancje różniące się
tery LV – Low Voltage, albo też sama liter−
wać kostki różnych rodzin, zwłaszcza
kilkakrotnie. Układy 74HC(T) mają zdecy−
ka L, wskazują na kostki przeznaczone do
74HC, 74HCT i 74LS. W przypadku ko−
dowanie mniejszą oporność wyjściową,
zasilania napięciami niższymi niż 5V.
nieczności użycia kostek 74, 74F, 74H czy
wynoszącą kilkadziesiąt omów, i to przy
Poszczególne firmy produkcyjne rekla−
74S, powinieneś przeliczyć, czy wydaj−
napięciu zasilania wynoszącym 5V.
mują swoje własne rodziny, więc w litera−
ność współpracujących wyjść jest wy−
Współczesny elektronik−hobbysta sto−
turze można spotkać jeszcze kilka innych
starczająca do wysterowania wejść
suje w swoich konstrukcjach przede
określeń, które trudno byłoby zidentyfiko−
współpracujących kostek.
wszystkim kostki z rodziny CMOS4000,
wać na podstawie literek oznaczenia (np.
Dowiedziałeś się także o zupełnie in−
a znacznie rzadziej 74HC, 74HCT (nie
ABT) – wtedy trzeba sięgnąć do katalogu.
nym standardzie – rodzinie CMOS4000.
wspominając o pozostałych rodzinach
Najczęściej najnowsze rodziny nie są inte−
W przeciwieństwie do układów 74HC,
TTL, które stosowane są w nowych kon−
resujące dla amatorów, ponieważ bywa, że
74HCT (oraz wszystkich innych rodzin te−
strukcjach bardzo rzadko lub wcale).
kostki produkowane są wyłącznie w ma−
go standardu, zasilanych napięciami nie
Dlatego w dalszych rozważaniach za−
leńkich obudowach do montażu powierz−
większymi niż 6V) kostki rodziny
jmiemy się głównie kostkami rodziny
chniowego; w przypadku najszybszych
CMOS4000 mają szeroki zakres napięć za−
CMOS4000, a znacznie mniej uwagi po−
kostek inny bywa też układ wyprowadzeń
silania (3...18V). Wszystkie kostki wykona−
święcimy rodzinie TTL.
– spowodowane to jest przede wszystkim
ne w technologii CMOS w spoczynku nie
W jednym z najbliższych numerów
innym umieszczeniem końcówek zasilania.
pobierają prądu, także ich wejścia nie po−
EdW znajdziesz to, na co tak niecierpliwie
Uważaj teraz!
bierają prądu – prąd jest potrzebny tylko do
czekasz – układ wyprowadzeń najpopu−
Jeśli będziesz projektował układ lo−
przeładowania pojemności wejściowej,
larniejszych kostek CMOS4000 i TTL.
giczny z kostkami standardu 74, powinie−
wynoszącej od 2,5...10pF (porównaj
A teraz przedstawię ci garść podsta−
neś użyć układów rodziny 74HC. Są to
EdW 5/97 str. 67 rys. 33). Trzeba też pa−
wowych i praktycznych sposobów wyko−
kostki CMOS, a więc w spoczynku
rzystywania bramek i innych prost−
zupełnie nie pobierają prądu. Mo−
szych układów. Materiał ten nie
żesz też wykorzystać kostki 74HCT
obejmuje przerzutników, rejestrów,
lub ostatecznie bipolarne 74LS. Star−
liczników, dekoderów – tymi układa−
szych typów (74, 74L, 74H, 74S,
mi zajmiemy się później. Podane
74C) już się nigdzie nie stosuje.
materiały i propozycje układowe do−
Szybsze układy z rodzin 74F, 74AC,
tyczą układów CMOS (4000 oraz
74ACT wykorzystywane są tylko
74HC, 74HCT). Jeśli chciałbyś je
sporadycznie, gdy sygnały przetwa−
wykorzystać z bramkami bipolarny−
rzane mają częstotliwość większą
mi (74, 74LS. 74ALS), musisz
niż 20...30MHz. Tych szybkich ukła−
uwzględnić znaczne prądy wejścio−
Rys. 35.
dów nie należy stosować bez wyraź−
we i zastosować rezystory o małej
44
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97
cyfrowe
rezystancji, rzędu kilkuset omów do kilku
a)
b)
c)
kiloomów. Natomiast przy bramkach
CMOS, których wejścia wcale nie pobie−
rają prądu śmiało możesz stosować re−
zystancje rzędu 4,7kΩ do 10MΩ i ko n−
densatory o dowolnej pojemności.
Nietypowe bramki
d)
Na rysunku 36 znajdziesz nietypowe,
złącze emiter−baza jest spolaryzowane
a często spotykane w praktyce sposoby
wstecznie i... pracuje jako dioda Zenera.
realizacji bramek OR i AND. Zwróć uwa−
Pomimo, że przez rezystor R1 płynie nie−
gę na bardzo przydatny w praktyce
wielki prąd, nie przeszkadza to wcale
„oszczędny” sposób podany na rysun−
w pracy tranzystora w charakterze
kach d i f. Co prawda w takich układach
bramki.
traci się podstawową zaletę bramek
Zwiększanie obciążalności
CMOS – brak poboru prądu w spoczyn−
Rys. 37.
ku, ale w wielu wypadkach warto wyko−
wyjść
rzystać taki właśnie prosty sposób, za−
W wielu przypadkach wydajność
Problem ten nie występuje zupełnie
miast stosować dodatkową kostkę
wyjść układów CMOS4000 jest za mała
w układach CMOS4000 zasilanych napię−
z bramkami NAND lub NOR. Zresztą
dla istniejących potrzeb. Należy wziąć
ciem 9...15V. Nie stosuje się tranzysto−
można zastosować rezystor o wartości
pod uwagę możliwość wykorzystania
rów MOSFET w układzie ze wspólnym
100kΩ i więcej (nawet do 1MΩ), a wtedy
układów 4049 lub 4050, które mają więk−
drenem – dlatego rysunek 38d jest prze−
pobór prądu pozostanie niewielki.
szą wydajność prądową wyjścia, albo też
kreślony. Podobnie układ z rysunku 38h
Rysunek 3
37 przedstawia kolejny niety−
układów 74HC. Ale zwykle stosujemy
nie może być stosowany z bramkami
powy „wynalazek”: coś, co można na−
prostsze rozwiązanie: albo łączymy rów−
z tranzystorami bipolarnymi, a jedynie
zwać bramką „prawie NAND”. Tranzys−
nolegle kilka inwerterów pochodzących
z kostkami CMOS.
tor, zwykły lub lepiej polowy, może z po−
z jednej kostki (rys. 3
38a), albo stosujemy
Układy z rysunków 38c, f, g pozwalają
wodzeniem pełnić, i często pełni, funkcję
tranzystor (38a...c), albo dwa tranzystory
sterować dużymi prądami, nawet rzędu
logiczną. Zauważ, że w układzie z rysun−
(38e...g). W przypadku współpracy bipo−
kilku amperów.
ku 37a i 37b w punkcie C pojawi się stan
larnych kostek TTL z tranzystorami polo−
niski tylko wtedy, gdy na wejściu A bę−
wymi (rys. 38c) trzeba pamiętać, że
a)
b)
dzie stan wysoki, a na wejściu B stan nis−
w stanie wysokim, na wyjściu bramki pa−
ki. Analogicznie pracują „bramki” z rysun−
nuje napięcie około 3,5...4V. Tymczasem
ku 37c – 37d. Osobiście często stosuje
tranzystory polowe większej mocy przy
takie rozwiązanie, zwłaszcza wtedy, gdy
takim napięciu bramki zaczynają się do−
akurat brakuje mi jednej jedynej bramki
piero otwierać. Dla pełnego otwarcia, na−
i nie warto stosować całej kostki zawiera−
leży albo zastosować tranzystory o nis−
jącej cztery bramki.
kim napięciu progowym, np. małej mocy
Uważny Czytelnik zauważy, że tran−
– BS107, BS170, albo też tranzystory
2b)
c)
zystory bipolarne pracują tu w nietypo−
MOSFET dużej mocy zawierające
wych warunkach – przykładowo w ukła−
w oznaczeniu literkę L, np. BUZ10L (ale
dzie z rysunku 37a przy napięciu zasilają−
są one trudniej osiągalne), albo trzeba za−
cym większym niż 7V, przy stanie niskim
stosować rezystor podciągający, zazna−
na wejściu A i wysokim na wejściu B,
czony na rysunku 38c linią przerywaną.
d)
e)
a)
b)
c)
f)
g)
d)
e)
h)
Rys. 36.
Rys. 38.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97
45
cyfrowe
a)
b)
c)
Rys. 39.
Rys. 40.
Niejednokrotnie zdarzyło mi się stoso−
mogą zdarzyć się sytuacje, że drgania nie
To samo dotyczy inwerterów. Być
wać układy logiczne w urządzeniach zasi−
zostaną zlikwidowane, a właściwie po−
może znasz kostkę CMOS 4069 lub
lanych napięciem symetrycznym. Często
wstaną nowe drgania wynikające ze zbyt
7404 z rodziny TTL. Zawierają one po
trzeba tam wykorzystać nietypowe sposo−
małej szybkości narastania napięcia na
sześć inwerterów. Nie przyzwyczajaj się
by wysterowania obciążenia. Rysunek 39
wejściu (jak ci już mówiłem, producenci
do wymienionych kostek. Ja kiedyś mu−
zawiera kilka praktycznych rozwiązań.
zalecają, by ten czas był krótszy niż 1µs).
siałem się przyzwyczaić do 4069, bo
Układ z rysunku 39a będzie przydatny na
Nie stosuj więc niepewnego sposobu
CEMI wypuściła tylko taką kostkę
przykład do wysterowania kluczy analogo−
z rysunku 40, natomiast na trwałe zaprzy−
(MCY74069), a wręcz nieosiągalna była
wych CMOS4066. Układ z rysunku 39b
jaźnij się z bramkami z wejściem Schmit−
wersja z wejściem Schmitta – CMOS
umożliwia sterowanie obciążeniem dużej
ta. Masz do dyspozycji kostki z sześcio−
40106. Dziś ceny wszystkich prost−
mocy, ale zgodnie z rysunkiem 39h, może
ma negatorami: CMOS40106 oraz
szych kostek są porównywalne, więc
być stosowany tylko z bramkami wyko−
74HC(T)14 oraz czterema dwuwejścio−
nie zawracaj sobie głowy układem
nanymi technologią CMOS.
wymi bramkami NAND – CMOS4093
4069, natomiast przyjmij jako zasadę
oraz 74HC(T)132. Bramka NAND „ze
stosowanie inwerterów 40106. Tam
Współpraca ze stykami
szmitem”, czyli układ CMOS4093 ma ta−
gdzie będziesz potrzebował większej
mechanicznymi
ki sam układ wyprowadzeń, jak „zwykła”
wydajności prądowej wyjść, a napięcie
Wielu początkujących amatorów nie
bramka NAND CMOS4011. Analogicznie,
zasilające nie przekroczy 6V, używaj
wie, że styki (przyciski, przełączniki, itp.)
bramki 74HC00 i 74HC132 też są wza−
kostki 74HC14 (lub 74HCT14). Ściśle
powodują powstawanie drgań. Drgania
jemnie zamienne. (ale 4093 i 74HC132
rzecz biorąc, dostępna jest także kostka
takie powodują błędną pracę liczników,
mają inny rozkład wyprowadzeń)! Dlacze−
CMOS 4584, również zawierająca sześć
przerzutników i innych układów. Sprawa
go
masz
kurczowo
trzymać
się
inwerterów z wejściem Schmitta. Kost−
ta była już kilkakrotnie omawiana w EdW,
„zwykłych NANDów”, a nie zacząć sto−
ka ta ma mniejszą histerezę, niż układ
między innymi w cyklu „Klocki elektro−
sować zawsze kostek 4093 (ewentualnie
40106. Ja ze względu na większą histe−
niczne”. Muszę powiedzieć, że nie do
74HC132)? Nie bój się bramek z we−
rezę,
stosuję
wyłącznie
kostki
końca zgadzam się ze wskazówkami do−
jściem Schmitta – nie grożą ci żadne nie−
CMOS40106, rzadko 74HC14.
tyczącymi likwidacji drgań zestyków po−
spodzianki. Nic nie stracisz, a zyskasz
Wszystkie wymienione inwertery
danymi tam przez angielskiego autora.
bardzo dużo. Umawiamy się więc, że
(CMOS: 4069, 40106 i 4584 oraz
Nie polecam sposobu pokazanego na ry−
wszędzie, gdzie to będzie choć trochę
74HC04, 74HC14) mają identyczny układ
sunku 40. Jest to półśrodek – owszem
wskazane, zamiast kostek 4011 będziesz
wyprowadzeń.
czasami rzeczywiście jest skuteczny, ale
stosował 4093. Zgoda?
Piotr G
Górecki
Cd. ze str. 43
czyli 8 bitów. Czasem jednak bardziej prak−
pamięci użytkownika : 00h...7Fh. Tutaj
Dla Ciebie drogi Czytelniku stąd wy−
tyczne jest zbadanie tylko wybranych bitów
jednak dozwolone jest adresowanie tyl−
chodzi ogromna korzyść. Jeżeli poznasz
z danego rejestru. Najlepszym przykładem
ko rejestrów z zakresu 20h...2Fh – czyli
podstawowy układ – 8051, to w przy−
niech będzie sytuacja kiedy do końcówek
po przemnożeniu: (2Fh–20h) * 8 = 128
szłości biorąc do ręki jedną z kilkudziesię−
portu P0 mamy dołączonych 5 wyjść steru−
bitów. Podczas pisania programu użyt−
ciu mutacji tej rodziny, nie będziesz mu−
jących przekaźnikami, pozostałe 3 linie wy−
kownik ma dostęp do nich wszystkich
siał niczego uczyć się od nowa, wystar−
korzystywane są jako wejścia. Sytuację tę
podobnie jak w trybie adresowania pa−
czy że przeczytasz kartę katalogowa do−
lustruje rysunek 4 (patrz str. 43).
mięci, z tym ze w tym przypadku odczyt
tyczącą: po pierwsze SFR w danym eg−
Jeżeli chcemy np. zmienić stan prze−
i zapis poszczególnych bitów może od−
zemplarzu procesora, oraz sposobu ob−
kaźnika nr 2, nie trzeba wpisywać całego
bywać się w sposób bezpośredni, czyli
sługi dodatkowego bloku (np. przetworni−
8–bitowego słowa do rejestru P0, wy−
poprzez podanie adresu bitu (0...127).
ka A/C, pamięci EEPROM, lub modułu
starczy
zmienić
tylko
pojedynczy
Uff !, jeżeli czegoś nie rozumiesz, nie
PWM) , a aplikacja układu nie zajmie Ci
bit – prawda że prostsze.
przejmuj się przy okazji nauki programo−
więcej niż zwykłej 8051–ki.
Nie wszystkie rejestry specjalne moż−
wania, wszystkie wątpliwości natych−
Na koniec tej części warto powiedzieć
na adresować w sposób bitowy, możesz
miast znikną.
o dodatkowej możliwości tzw. adresowa−
być jednak pewien Czytelniku, że te
W kolejnym odcinku dokończenie opi−
nia bitowego wewnętrznej pamięci da−
z nich które nie posiadają tej cechy, po
su wewnętrznej pamięci użytkownika
nych (w tym także SFR).
prostu nie wymagają takiego sposobu
oraz omówienie możliwości adresowania
Otóż zwykle odwołania do konkretnego
obsługi ze strony programisty.
przez 8051 zewnętrznej pamięci progra−
rejestru (komórki) pamięci odbywa się po−
Adresowanie poszczególnych bitów
mu oraz danych.
przez zapisanie lub odczytanie całego bajty –
może mieć także miejsce w obszarze
Sławomir S
Surowiński
46
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/97