Основы электронной техники (стр. 44 )

Каждый сегмент ЖКИ имеет два вывода, или пластины: переднюю и заднюю. Задние пластины всех сегментов имеют общее электрическое соединение. Жидкокристаллические индикаторы всегда работают от пе­ременного напряжения, чтобы избежать электролитического осаждения и обеспечить максимальное время жизни индикатора.

Рис. 35.4.

Рис. 35.5.

Для управления работой ЖКИ-сегмента на его заднюю пластину по­стоянно подается последовательность тактовых прямоугольных импуль­сов с частотой следования 40 Гц (рис. 35.5). Выключение сегмента осуще­ствляется путем подачи на переднюю пластину последовательности пря­моугольных импульсов, совпадающей по фазе с тактирующей последова­тельностью, а включение — путем подачи на переднюю пластину ана­логичного сигнала в противофазе. Когда тактовый и управляющий сиг­налы противофазны, амплитуды их суммируются, и амплитуда полного напряжения на ЖКИ вдвое превышает амплитуду тактового сигнала, что обеспечивает включение сегмента (рис. 35.5(б)).

Управление работой ЖКИ можно, например, осуществить с помощью логического элемента Исключающее ИЛИ, как показано на рис. 35.6.

Рис. 35.6.

Таблица истинности логического элемента Исключающее ИЛИ имеет следующий вид:

А	В	С
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

Из таблицы истинности видно, что если на управляющем входе А уста­новлен логический 0, сигнал на выходе С повторяет тактовый сигнал (40 Гц) на входе В, т. е. находится в фазе с ним. Сигнал с выхода С подается на переднюю пластину сегмента ЖКИ. Синфазный с ним тактовый сигнал непосредственно подается на заднюю пластину сегмента. В результате электрический потенциал, а, следовательно, и электрическое поле между пластинами оказываются равными нулю, и сегмент выклю­чен.

Когда на управляющем входе А установлена логическая 1, сигнал на выходе С логического элемента оказывается в противофазе с сигналом на входе В. Теперь на переднюю и заднюю пластины сегмента подаются противофазные сигналы, амплитуды которых суммируются и дают удво­енную амплитуду электрического поля (по отношению к амплитуде поля при действии одного тактового сигнала). Сегмент включен.

36

Применение микропроцессоров

Прогресс технологии интегральных схем и появление больших интеграль­ных схем (БИС) привели к многократному расширению применения ми­кропроцессоров в компьютерах, системах управления, измерительных приборах и системах регистрации данных.

Основные элементы микропроцессорной системы (которые были рас­смотрены в гл. 12) изображены на рис. 36.1. Микропроцессор, называе­мый также центральным процессором (ЦП), выполняет арифметические и логические операции в соответствии с программой, хранимой в памя­ти. Работа всех элементов системы синхронизируется и управляется цен­тральным процессором.

Рис. 36.1.

Память

Существуют два основных типа микросхем памяти. Постоянное запо­минающее устройство (ПЗУ) — это ЗУ, которое хранит постоянную ин­формацию и никогда «не забывает» содержимого своих ячеек памяти. Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовления и остается там по­стоянно. ЦП может только считывать информацию из ПЗУ. Запись новой информации в ПЗУ невозможна, т. е. ЦП не может изменить информа­цию, хранимую в ПЗУ. Второй основной тип памяти — это ЗУ с произ­вольной выборкой (ЗУПВ), или оперативное ЗУ (ОЗУ). ОЗУ использу­ется для временного хранения информации, и ЦП может изменить эту информацию в любой момент времени. Таким образом, микропроцессор может считать информацию, хранимую в ОЗУ, а также записать в ОЗУ новую информацию. При отсутствии аварийного батарейного питания ин­формация, записанная в ОЗУ, будет потеряна при отключении питания. Вот почему такая память называется энергозависимой. Наоборот, ПЗУ сохраняет информацию даже при отключении питания. Такая память называется энергонезависимой.

Микросхема памяти

Микросхема памяти состоит из большого числа ячеек памяти, где данные (информация) могут храниться в форме двоичных разрядов (битов). В каждой ячейке обычно хранится одно 8-разрядное двоичное число. У ка­ждой ячейки имеется свой собственный 16-разрядный адрес, как показано на рис. 36.2. Адрес ячейки памяти можно рассматривать как конверт, а данные как полезную информацию, т. е. письмо внутри конверта.

Рис. 36.2.

Архитектура микропроцессора

Рисунок 36.3 иллюстрирует архитектуру, или организацию, микроком­пьютерной системы. Показаны функциональные связи между различ­ными элементами типичной микропроцессорной компьютерной системы. Микропроцессор — это однокристальная микросхема, содержащая все необходимые схемы для интерпретации и выполнения команд програм­мы на языке обработки данных, логических и арифметических операций, синхронизации и управления системой.

Микропроцессоры обычно монтируются в 40-штырьковом плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (рис. 36.4).

Рис. 36.3.

Рис. 36.4.

Интерфейс ввода/вывода

Интерфейс ввода/вывода связывает микрокомпьютер с внешними устрой­ствами, называемыми периферийными устройствами (или просто перифе­рией). Он действует как магистраль ввода/вывода для передачи данных от микропроцессора к клавиатуре, монитору или дисплею, преобразовате­лям или схемам привода электромеханических устройств (шаговых дви­гателей, реле, и т. п.) и обратно — от всех этих периферийных устройств к процессору.

Шины

Связь основных аппаратных модулей микрокомпьютера (описанного ра­нее) обеспечивается с помощью так называемой шинной структуры. Ши­на — это группа соединительных проводов или проводящих дорожек на печатной плате, используемых в качестве линии связи для передачи ци­фровой информации и объединенных общим функциональным назначе­нием. В микропроцессорной системе имеется три основных шины: шина данных, адресная шина и шина управления.

Шина данных используется для пересылки данных между микропро­цессором и другими элементами в системе и обычно выполнена в виде двунаправленной 8-разрядной шины.

Адресная шина используется для пересылки адреса ячейки памяти чтобы получить данные из ПЗУ или ОЗУ (считать данные) или сохранить данные в адресуемой ячейке ОЗУ (записать данные). Эта шина служит также для адресации устройств ввода/вывода, с которыми может осуще­ствляться обмен данными. Адресная шина является однонаправленной шиной, по которой могут одновременно передаваться 16 разрядов цифро­вой информации.

Шина управления используется для посылки управляющих сигналов, например сигналов синхронизации, чтения, записи и т. п., от микропро­цессора к другим элементам системы. Число линий в этой шине зависит от типа используемого микропроцессора и архитектуры системы.

Тактовый генератор

Задающий генератор синхронизирующих импульсов (тактовый генератор) служит в микрокомпьютере для синхронизации пересылки данных. Он работает на основе высокочастотного импульсного генератора с кварцевой стабилизацией. Частота тактового генератора определяет быстродействие микрокомпьютера.

Другие применения

Кроме компьютеров микропроцессоры широко применяются в различ­ных промышленных и бытовых устройствах: стиральных машинах, лег­ковых автомобилях, телевизорах, электроплитах, электронных играх, кассовых аппаратах, автоматических измерительных приборах, устрой­ствах автоматики и регистрации данных. В этих применениях микро­процессоры обычно называются микро - или мини-контроллерами. Вот некоторые из преимуществ, которые дает использование микроконтрол­леров.

1. Снижается стоимость продукции.

2. Увеличивается надежность.

3. Снижаются эксплутационные расходы.

4. Упрощается управление устройством и уменьшается вмешательство человека в его обслуживание.

В каждом конкретном применении проявляются одно или сразу не­сколько перечисленных преимуществ.

37

Измерительные приборы

Каждый измерительный прибор имеет определенные ограничения, кото­рые нужно принимать во внимание, чтобы при использовании этого при­бора получить правильное значение измеряемой величины. Введение из­мерительного прибора в электрическую схему может нарушить ее нор­мальную работу. Поэтому первое правило использования измерительных устройств — обеспечение таких условий измерения, при которых это вмешательство незначительно и им можно пренебречь. Важнейшей характе­ристикой измерительного прибора является его собственное сопротивле­ние, называемое внутренним сопротивлением (рис. 37.1).

Рис. 37.1. Базовый измерительный Рис. 37.2. Включение амперметра прибор. А для измерения тока I в цепи.

Измерение тока

Чтобы измерить ток в цепи, нужно разомкнуть эту цепь в подходящем ме­сте и в место разрыва последовательно включить амперметр А (рис. 37.2). Амперметр может быть включен в любом месте цепи при условии, что че­рез него будет протекать весь измеряемый ток.

Высококачественные амперметры имеют малое внутреннее сопроти­вление, благодаря чему они оказывают очень слабое влияние на измеря­емый электрический ток. Амперметры с большими внутренними сопро­тивлениями дают неточные показания.