Rozdział 2.
Funkcje układów TTL

Rodzina układów TTL serii 74xx zawiera bardzo dużo różnorodnych układów. Prezentacja wszystkich rozwiązań znacznie wykracza poza ramy niniejszej książki. Dlatego też przedstawionych zostanie tylko kilka ważniejszych grup układów, które będą używane również w następnych rozdziałach.

Wśród układów serii 74xx wyróżnić można:

¨       układy kombinacyjne, w których stan wyjść w każdej chwili zależy wyłącznie od stanu wejść:

·                    bramyi logiczne (nie wymagają szerszego opisu),

·                    bufory z wyjściami trójstanowymi,

·                    układy porównujące (komparatory),

·                    multipleksery i demultipleksery,

·                    kodery, dekodery i transkodery (konwertery kodów),

·                    sterowniki wyświetlaczy 7-segmentowych,

·                    układy sprawdzania parzystości;,

¨       układy sekwencyjne, w których stan wyjść w danej chwili zależy nie tylko od stanu wejść, lecz także od poprzednich stanów układu:

·                    liczniki asynchroniczne i synchroniczne,

·                    przerzutniki,

·                    rejestry z wyjściami trójstanowymi,

·                    układy czasowe —– generatory impulsów.

Sterowniki wyświetlaczy

Podstawową funkcją sterownika wyświetlacza 7-segmentowego jest włączenie odpowiednich segmentów wyświetlacza zależnie od cyfry podanej na wejście. Cyfra ta jest w kodzie BCD. Prócz tego sterownik ma jeszcze dodatkowe funkcje sterujące:

·         test wyświetlacza (włączenie wszystkich segmentów),

·         bezwarunkowe wygaszenie wszystkich segmentów,

·         warunkowe wygaszenie wszystkich segmentów, jeżeli cyfra wejściowa jest równa 0 (tzw. wygaszenie zera nieznaczącego).

Sterowniki są produkowane w wersji dla obu wersji wyświetlacza (ze wspólną katodą lub anodą). Ponadto poszczególne układy sterowników różnią się między sobą maksymalnymi prądami i napięciami wyjściowymi oraz kształtem cyfr „6” i „9”. Wyprowadzenia przykładowego sterownika 7447 ilustruje rysunek 2.1.Rysunek 1.

Rysunek 2.1.1. Wyprowadzenia sterownika wyświetlacza 7-segmentowego

Wejścia 1, 2, 4 i 8 to wejścia BCD (1 —– najmniej znaczące, 8 —– najbardziej znaczące). Wejście (ang. Light Test) służy do przeprowadzenia testu wyświetlacza (włącza wszystkie segmenty). Wejście (ang. Ripple Blank Input) służy do wygaszenia zera nieznaczącego. Natomiast sygnał (ang. Blank Input/Ripple Blank Output) pełni dwie funkcje. Jest on mianowicie wejściem bezwarunkowego wygaszenia wyświetlacza oraz wyjściem informującym o wygaszeniu warunkowym. Sygnały i  można zatem wykorzystać do szeregowego łączenia kilku sterowników, jeżeli liczba zer nieznaczących może być większa niż 1.

Układy porównywania cyfr

W pewnych przypadkach w układach wyświetlania może okazać się konieczne sprawdzenie, czy cyfra (liczba) do wyświetlenia spełnia określony warunek (np. czy jest mniejsza od zadanej wartości). Przykładowo, wyświetlacz obrotomierza może migać, jeżeli obroty są w zakresie niebezpiecznym dla silnika.

Do sprawdzenia relacji wystarczy skonstruowanie układu kombinacyjnego. Można tu wykorzystać m. in. bramki sumy modulo 2 (XOR), umożliwiające porównanie pojedynczych bitów. Takie podejście jest daje nam jednak układ mało elastyczny —– zmiana jednego z argumentów relacji, lub też zmiana samej relacji, wymaga powtórnego zaprojektowania układu. Dlatego też warto zastosować tzw. komparator.

Komparator 4-bitowy

Przykładowy komparator, powiedzmy 7485, umożliwia porównanie dwóch cyfr 4-bitowych. Oprócz 8 wejść połączonych w dwie grupy (A —– jedna cyfra, B —– druga) ma on trzy wejścia sterujące (A < B, A = B i A > B) służące do zadania relacji wejściowej oraz trzy wyjścia o takich samych oznaczeniach, pokazujące wynik porównania. Podczas stosowania jednego komparatora wejście A = B podłącza się do „1” logicznej, pozostałe zaś —– do „0”. Zależnie od relacji zachodzącej między badanymi cyframi jedno z wyjść przyjmie stan „1”, pozostałe natomiast —– „0”. Podejście takie umożliwia połączenie większej liczby komparatorów w celu porównania cyfr o większej liczbie bitów. Wyjścia sterujące układu podłącza się wówczas do odpowiednich (o takiej samej nazwie) wejść w układzie następnym. Wyprowadzenia komparatora 7485 ilustruje rysunek 2.2.Rysunek 2.

Rysunek 2.2. 2. Wyprowadzenia komparatora 4-bitowego

Jeżeli A ¹ B, to stan wyjść nie zależy od relacji wejściowej, tylko od relacji między cyframi A i B. Jeżeli natomiast A = B, to wyjścia powielają stan wejść sterujących. Wynika z tego, że w połączeniu kaskadowym pierwszy komparator powinien sprawdzać relację między cyframi najmniej znaczącymi.

Komparatory 8-bitowe

Komparatory 8-bitowe pozwalają na porównywanie cyfr o długości 8 bitów. W przeciwieństwie do układu 7485 nie mają one tak wielu sygnałów sterujących.Ważniejsze cechy układów zebrano w tabeli, a rozkład wyprowadzeń poszczególnych grup układów ilustruje rysunek 2.3.Rysunek 3.

Rysunek 2.3. 3. Wyprowadzenia komparatorów 8-bitowych

Wszystkie komparatory mają dwie grupy wejść dla porównywanych cyfr, oznaczone P i Q.

Tabela 1. Ważniejsze cechy komparatorów 8-bitowych