В настоящее время схемы с тремя состояниями широко используются для построения шин. Шина представляет собой проводник к которому могут подключаться несколько микросхем. При этом часть из них используют этот проводник для передачи по нему цифрового сигнала, а часть используют его для получения информации. То есть этот проводник может быть использован в качестве элемента коммутации.
При этом особенно важно, что в отличие от коммутаторов (мультиплексоров и демультиплексоров) количество входов и выходов в шине заранее не определено. Поэтому к шине можно подключать (и отключать) устройства без перенастройки принципиальной схемы.
Часто в микросхеме, содержащей элементы с тремя состояниями выходного каскада объединяют управляющие сигналы всех элементов в один провод. (точно так же как это делалось в параллельных регистрах). Такие микросхемы называют шинными формирователями (ШФ).
Примером 8-разрядного ШФ является ИМС К555АП6, имеющая аналог SN74LS (рис. 10).
Рис. 10 – ИМС К555АП6 и назначение ее выводов
Рис. 11 – Таблица сигналов работы ИМС
Микросхема представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик с тремя состояниями на выходе и без инверсии входной информации, применяется в качестве интерфейсной схемы в системах с магистральной организации обмена информации, в системах цифровой автоматики и микропроцессорных устройствах.
Режим работы (рис.11) определяется комбинацией сигналов на двух входах управления - Е и SED. При низком уровне напряжения на входе управления третьим состоянием Е, направление передачи определяется логическим уровнем на входе SED, а при высоком уровне напряжения на входе Е выходы микросхемы переводятся в высокоимпедансное состояние.
|
|
Для обеспечения работы на относительно низкоомную или большую емкостную нагрузку выходы микросхемы умощнены по сравнению со стандартными. Для уменьшения времени переключения микросхемы в третье состояние и гарантированного запирания выходного транзистора во всем температурном диапазоне применена специальная цепь управления третьим состоянием.
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ
Среди многочисленных характеристик, отражающих производительность, эксплуатационные свойства и особенности конструкции схем, выделяют несколько основных, по которым можно произвести оценку в отношении соответствия требованиям, предъявляемым при разработке схемы. К таким характеристикам относят такой показатель надёжности как вероятность безотказной работы в течение заданного времени.
Вероятность безотказной работы схемы за время t, будет вычисляться по формуле:
,
здесь 
- интенсивность отказов всех элементов схемы, 1/ч.
Для ее определения необходимо воспользоваться справочными данными или рассчитать по формуле:
,
где Ni – количество элементов в каждой группе;
λ – интенсивность отказа элементов в этой группе.
Значение интенсивности отказа выберем из справочника для выбранной серии элементов и сведем расчеты в таблицу.
| Наименование элемента | Значение интенсивности отказов  , 1/ч
| Кол-во Ni | Результирующая интенсивность отказов  , 1/ч
|
| ИМС MAX4044 | 0,02*10-6 | 0,02*10-6 | |
| ИМС ADS1100 | 0,01*10-6 | 0,01*10-6 | |
| ИМС PIC16F84A | 0,015*10-6 | 0,015*10-6 | |
| ИМС К555АП6 | 0,31*10-6 | 0,31*10-6 | |
| Резистор С1-33N-0,125 | 1,0*10-6 | 1*10-6 | |
| Конденсаторы SMD0804 15пФ | 4,3*10-6 | 8,6*10-6 | |
| Резонатор кварцевый | 0,05*10-6 | 0,05*10-6 | |
| Датчик MPX4115A | 4,5*10-6 | 4,5*10-6 | |
| Интенсивность отказов всех элементов схемы
| 14,505*10-6 |
|
|
Зададимся временем t =1000 часов, тогда вероятность безотказной работы всей схемы за время t будет следующей:
Полученная надежность удовлетворяет требованиям к надежности электронных устройств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время, микроконтроллеры занимают огромную нишу в электронной аппаратуре. Основные требования, которые потребители предъявляют к управляющим блокам приборов можно сформулировать следующим образом: низкая стоимость, высокая надежность, высокая степень миниатюризации, малое энергопотребление, работоспособность в жестких условиях эксплуатации; достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций. Всем вышесказанным требованиям отвечает применение микроконтроллера в качестве управляющего устройства при разработке новых устройств.
По полученному заданию была спроектирована система сбора и обработки информации от аналогового датчика физической величины. В соответствии с заданием был описан принцип работы аналогового датчика и выбрана модель датчика. Также был описан тип аналого-цифрового преобразователя, выбрана его микросхема и проведены необходимые расчеты. Был проведен выбор и расчет аналоговой измерительной части устройства (операционный усилитель), выбран микроконтроллер в качестве управляющего блока всей системы и разработан алгоритм его работы в проектируемой системе. Также был описан выходной интерфейс системы.
|
|
В ходе проектирования были закреплены знания работы с микроконтроллерами и цифровыми микросхемами, получен полезный опыт разработки подобных устройств. Для получения информации по разработке широко использовались отечественные и зарубежные информационные источники.
Была разработана электрическая структурная и принципиальная схема устройства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. - М.: МРБ, 2012. – 508 с.
2. Ларент Ф. Применение АЦП в микроконтроллерных системах. – М.: Инфра-М, 2010. – 320 с.
3. Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. М,: Радио и связь, 2011.
4. Предко М. Микроконтроллеры. Справочное пособие инженера. – М.: Радио, 2009. – 624 с.
5. Интегральные микросхемы: Справочник/ И73 Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред.Б. В. Тарабрина. – 2-е изд., испр. – М; Энергоатомиздат, 2011. – 528 с., ил.
6. Технология производства ЭВМ: Учеб. для студ. вузов по спец. Вычислительные машины, комплексы, системы и сети./ У93 Н. Н. Ушаков; - 3-е изд., перераб. и доп. – М.; Высш. Шк., 2009. – 416 с.; ил.
7. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА (справочник) / Под ред. Акимов Н.Н., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю.П., Ващук Е.П. - Мн.: Беларусь, 2012.