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

Układy c

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

Układy c

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