Причина привлекательности шестнадцатеричной системы заключается в том, что преобразование чисел между ней и двоичной системами счисления выполняется очень просто. Для преобразования двоичного числа в шестнадцатеричное двоичное число делится на группы по 4 бита, начиная с наименее значимого бита (правого). Каждая группа из 4 битов затем непосредственно преобразуется в эквивалентный шестнадцатеричный символ, как указано в табл. 8.1. Приведенный ниже пример иллюстрирует типичное преобразование.
1010011101 — > 10 1001 1101 —> 29D
Шестнадцатеричная система счисления не меняет того факта, что цифровые системы работают с двоичными числами. Она просто упрощает нам обращение со значениями в двоичной системе. Гораздо проще использовать число 29D, чем 1010011101, при этом оба они представляют ту же величину. Более подробно с системами счисления и преобразованиями между ними вы можете познакомиться в любом из многих популярных изданий.
Базовые элементы, которые были рассмотрены в главе 7, используются для построения более сложных комбинационных логических приборов, имеющих самую разную структуру, каждая их которых обладает собственными свойствами. Рассмотрим некоторые наиболее популярные и распространенные типы ИМС комбинационной логики.
Дешифраторы
Комбинационные приборы чаще всего выступают в качестве дешифраторов и шифраторов. Декодирование можно рассматривать как выявление соответствующего некоему условию входного двоичного сигнала с соответствующей реакцией на выходе. На рис. 8.1 показан элемент И-НЕ с четырьмя входами, который используется для декодирования величины 0В шестнадцатеричное (1011 двоичное).
Рис. 8.1.Декодирование шестнадцатеричного числа ОВ
Выход этой схемы имеет уровень НИЗКИЙ только тогда, когда на его входах формируется двоичное число 1011 (шестнадцатеричное 0В). Любая другая комбинация битов на входах дает на выходе логический уровень ВЫСОКИЙ.
Множество типов дешифраторов с различными функциональными возможностями выпускаются в корпусах ИС. Очень популярен дешифратор «три на восемь» 74138 с двоичным входом на три разряда и 8 отдельных выходов с активным низким уровнем, а также три разрешающих входа, которые должны быть активированы для работы схемы (рис. 8.2).
Рис. 8.2.Дешифратор три на восемь 74138
Таблица истинности показывает, что для получения уровня НИЗКИЙ на выходе, G1 должен иметь высокий уровень, а G2A и G2B — низкий уровень. Это разрешающие входы. Двоичные величины, поданные на входы А, В, С определяют, на каком именно выходе будет низкий уровень. Другими словами, каждый выход «декодирует» или обнаруживает определенное входное число. Эти дешифраторы используются для выбора одного из группы до восьми приборов, каждый из которых представлен трехбитовым двоичным числом.
Процедура оценки работоспособности дешифратора при поиске неисправностей будет различной в зависимости от системы, в которой он задействован. Если система постоянно использует входы дешифратора, то можно достаточно просто определить, работает ли дешифратор. С помощью логического пробника убедитесь, что разрешающие входы находятся в активном состоянии. Для схемы 74138 G1 должен иметь высокий уровень, G2A и G2B — низкий уровень. Затем с помощью пробника определите логические уровни на входах А, В, С. После этого с помощью логического пробника проверьте уровень на соответствующем выходе схемы. Этот процесс можно повторить для каждого состояния входов прибора.
Если какой-либо тест дал отрицательный результат, вы должны определить, возникла ли проблема в дешифраторе или в схемах, с которыми он соединен.
Варианты:
1. Микросхема находится в панельке. В этом случае извлеките ее, загните вывод того выхода, где предполагается проблема, и снова вставьте микросхему на место. Затем проверьте выходной сигнал на загнутом выводе. Если сигнал все еще неправильный, замените ИМС.
2. Микросхема припаяна. Для изолирования выхода от других схем вы можете или отрезать вывод, или перерезать фольгу на плате. Многие цифровые системы не дают статического набора входных сигналов на дешифратор. Задача дешифратора обычно заключается в том. чтобы ждать нужного состояния быстро изменяющихся входных сигналов, и реагировать только после этого. В этом случае, для одновременного наблюдения всех сигналов лучше всего использовать логический анализатор. Если какого-либо сигнала нет, можно выполнить некоторые другие тесты. Когда на выходе не появляется низкий логический уровень, это может быть следствием трех факторов:
♦ на входах не возникает необходимого состояния, чтобы выход имел низкий уровень;
♦ микросхема неисправна;
♦расположенные на выходе схемы всегда удерживают выход на высоком уровне.
Чтобы удостовериться в поступлении всех входных сигналов, можно поместить исправную микросхему на исследуемую и отогнуть проверяемый вывод установленной сверху микросхемы (рис. 8.3).
Рис. 8.3. Способ проверки дешифратора с помощью помещения поверх него исправной микросхемы
Вам придется несколько загнуть выводы, чтобы обеспечить хороший контакт. Если выход новой микросхемы активируется, значит, входы работают нормально. Затем проверьте выходные сигналы при статических сигналах на входах (см. выше). Рис. 8.4 показывает полную диаграмму поиска неисправностей для локализации проблем дешифратора.
Рис. 8.4.Диаграмма поиска неисправностей дешифратора
Шифраторы
Шифраторы используются для генерации двоичного числа по какому-либо единичному событию, например нажатию клавиши. Некоторые шифраторы представляют собой простые комбинированные логические схемы, другие являются очень сложными цифровыми схемами, которые просматривают матрицу входов и вырабатывают двоичный выходной сигнал, отражающий нажатие клавиши. Схема 74922 принадлежит к последнему типу. Она использует матрицу клавиатуры 4x4, как показано на рис. 8.5.
Рис. 8.5.Диаграмма поиска неисправностей дешифратора
Схема 74922 представляет собой генератор синхроимпульсов, счетчик и дешифратор, которые сканируют клавиатуру, находя нажатые клавиши и преобразуя это событие в определенный двоичный код. Когда происходит нажатие клавиши, ИС переводит линию DAV в высокое состояние, показывая, что поступили данные.
Если на выходе 74922 неправильный выходной сигнал, это может быть следствием:
♦ отсутствия сигнала разрешения;
♦ неисправной схемы 74922;
♦ неисправных периферийных компонентов;
♦ неисправных схем. подключенных к выходу.
На рис. 8.6 представлены некоторые этапы поиска неисправностей, связанных со схемой 74922. Цель заключается в устранении возможных причин. Проверка генератора определяет, работает ли С1, и дает нам возможность понять, что часть схемы функционирует.
Рис. 8.6.Диаграмма поиска неисправностей для 74922
Для проверки генератора поместите щуп осциллографа на конденсатор С1. Если генератор работает, конденсатор будет циклически заряжаться и разряжаться. В противном случае микросхема или конденсатор неисправны. Можно проверить и конденсатор генератора и конденсатор защиты от дребезга контактов с помощью омметра, а затем шунтировав их исправным конденсатором. Если в конденсаторе обрыв, схема начнет работать, тогда его следует заменить. Этот прибор сканирует клавиатуру, подавая логический сигнал низкого уровня на каждый столбец но очереди. Если генератор работает, но на линии сканирования не поступают сигналы, ИС может быть неисправна.
Как показывает этот пример, самой важной предпосылкой локализации неисправностей является правильное понимание роли каждого компонента и смысла каждого сигнала.
Большинство систем, которые мы считаем цифровыми: будильник, компьютер, схемы памяти ЭВМ изготовлены из логических устройств с памятью. Выход этих схем определяется входным током, а также предыдущим состоянием выходов. Для того чтобы понять работу этих систем, мы рассмотрим основные элементы построения схем с памятью.
Асинхронные RS-триггеры
Основным строительным блоком логических устройств с запоминанием является RS-триггер-защелка. Защелка может быть выполнена из двух элементов И-НЕ, выходы которых перекрестно соединены с входами друг друга, как показано на рис. 8.7.
Рис. 8.7.RS (set/reset) — триггер-защелка с активным низким уровнем входного сигнала
Отличительной особенностью схем с памятью и комбинационных схем является наличие обратной связи с выхода на вход. Это приводит к зависимости выхода от текущего состояния выхода.
Защелка RS имеет нормальное состояние входов: ВЫСОКИЙ, а два выхода всегда должны иметь противоположные состояния. Если на вход Set (Установить) подается низкий уровень, выход Q имеет уровень ВЫСОКИЙ. Если на выход Reset (Сброс) подастся низкий уровень, выход Q имеет уровень НИЗКИЙ. Когда оба входа — Set и Reset — имеют логический уровень ВЫСОКИЙ, выход защелки остается в том же состоянии, что был до этого.
Типичная область применения такой схемы — в системах подачи тревожного сигнала, как показано на рис. 8.8.
Рис. 8.8.Схема защелки для подачи сигнала тревоги при превышении уровня тепла
В этом случае два входа будут в нормальном состоянии иметь уровень ВЫСОКИЙ, что показывает состоянии «без изменений». Предположим, что тревожный выход изначально находится в состоянии НИЗКИЙ (нет сигнала тревоги). Когда чувствительный к температуре переключатель регистрирует тепло, превышающее его порог срабатывания, переключатель замыкается, подавая низкий уровень на вход защелки