Лабораторная работа №13. Знакогенераторы ЭВМ

Цель работы:

1.) Ознакомиться с большими интегральными схемами серии К155: РЕ 21, РЕ 22, РЕ 23 и РЕ 24, выполняющими функции знакогенераторов ЭВМ.

2.) Изучить практические схемы включения микросхем К155РЕ 21-24.

Приборы и принадлежности:

1. Лабораторный стенд G.2 для изучения знакогенераторов ЭВМ.

2. Стабилизированный выпрямитель с выходным напряжением 5 В.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. ОПИСАНИЕ СТЕНДА.

Функции генератора импульсов выполняет мультивибратор, построенный на трех интегральных инверторах: ИС DD1 К155ЛАЗ. (рис. 1)

Принцип действия такого мультивибратора прост. Пусть в момент включения на входе 1,2 сигнал низкого уровня. При этом на выходе 3 (входе 4,5) сигнал высокого, на выходе 6 (входе 9,10) -низкого и выходе 8 – высокого уровня. Конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1 от выхода 8. Когда напряжение на входе 1,2 достигает уровня логической 1, уровни сигналов на всех входах - выходах меняются на противоположные. В результате конденсатор С1 начинает разряжаться через резистор R1 (на выходе 8 низкий уровень). В момент, когда потенциал на входе 1,2 падает до уровня логического 0, сигналы на входах-выходах опять меняются на противоположные, и все начинается сначала. При этом на выходе 8 периодически появляются импульсы напряжения прямоугольной формы.

Микросхема DD2 К155ИЕ5 (рис. 2) представляет собой четырехразрядный асинхронный счетчик импульсов. Счетчик ИЕ5 состоит из двух частей: делителя на 2 (выход Q0, тактовый вход С0), который в данном случае не используется, и делителя на 8 (выходы Q1-Q3, тактовый вход С1). В рассматриваемом случае таблица 1 истинности счетчика имеет следующий вид:

Таблица 1.

Номер импульса на входе	Выходы	Номер импульса на входе	Выходы
Q3	Q2	Q1	Q0	Q3	Q2	Q1	Q0
	Н Н Н В	Н В В Н	В Н В Н	* * * *		В В В Н	Н В В Н	В Н В Н	* * * *

Сигналы с выходов Q1, Q2 и Q3 подаются на входы В1, В2 и ВЗ знакогенератора для осуществления развертки символа по вертикали (по строкам). При этом выход X2 генератора импульсов должен быть соединен с входом X1 счетчика. Частота следования импульсов на выходе мультивибратора (рис.1), а значит, на входе счетчика выбрана такой, чтобы последовательно высвечиваемые элементы 1, 2, 3, … строк слились в общую картину символа.

Для того чтобы показать, как построчно формируются символы на светодиодной матрице, предусмотрено управление работой счетчика DD2 (К155ИЕ5) вручную при помощи кнопки SB1. С целью устранения дребезга переключающего контакта кнопки используется RS -триггер с инверсными входами (DD3, ИС К155ТM2, рис.3). При нажатии кнопки SB1 на S – входах триггеров действует низкий активный уровень, при этом оба триггера переходят в единичное состояние и на их прямых выходах Q появляется высокий уровень сигнала (логическая 1). С прямого выхода любого из двух триггеров (Х4 или Х5) сигнал подается на вход X1 счетчика. В результате при каждом следующем нажатии кнопки SB1 высвечиваются соответствующие светодиоды первой, второй, третьей,... строк матрицы HL1... HL35. Практически все необходимые переключения при переходе от автоколебательного режима к ручному управлению осуществляются при помощи первого (слева) тумблера на панели стенда.

Переходим теперь к описанию работы знакогенератора.

Основой знакогенераторов (3Г) телевизионных и других систем отображения информации (СОИ) является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором хранится информация о графике всех используемых знаков. Запись информации в матрицы накопителя ПЗУ производится при помощи фотошаблона на заводе-изготовителе. Достоинство таких ЗГ заключается в высокой надежности хранения информации и низкой стоимости при массовом выпуске интегральных схем (ИС).

Примером ЗГ могут быть ИС серии К155РЕ21 - РЕ24 (биполярная технология ТТЛ). Накопитель (НК) каждой из больших интегральных схем (БИС) РЕ21 - 24 имеет следующую исходную организацию: 32 знака из 8 строк (первая строка информации не несет) по 4 элемента в строке (32*8*4), что позволяет разместить графику этих знаков без одного - пятого - столбца матрицы (из 7 строк и 5 столбцов). Графика 5 столбца матрицы записана в НК БИС К155РЕ24. Такая организация позволяет повысить полезную информационную емкость стандартных НК 256*4.

В матрицы НК записаны буквы русского алфавита (РЕ21), латинского алфавита (РЕ22), арифметические знаки и цифры (РЕ23) и дополнительные знаки (пятый столбец) к каждой из перечисленных БИС (РE24). В совокупности эти БИС ы образуют ЗГ на 94 знака форматов 7*5. Реализация ЗГ возможна только при совместном включении каждой БИС РЕ21, РЕ22, РЕ23 или их всех трех с БИС РЕ24, дополняющей 5 разряд символа (Y5).

Пример построения ЗГ на микросхемах РЕ21 - РЕ24 приведен на рис. 4. Выборнужного символа производится с помощью 7 разрядного входного кода А1... А7 (код отображения информации КОИ - 7). Управление выбором одной из БИС DD4 РЕ21, DD5 РЕ22 или DD6 РЕ23 и одного из трех разрядов дополнительного ПЗУ (DD7 РЕ24) осуществляется вспомогательным дешифратором (ИС DD8 К155ИД4), который “разрешает” работу только одной из БИС РЕ21-РЕ23, а также мультиплексора (ИС DD9 К155КП2), который передает информацию из соответствующих ячеек памяти РЕ24. Управление дешифратором и мультиплексором происходит под действием адресного кода двух старших разрядов А6 и А7 в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2.

Код старших разрядов	Включенная БИС	Выбор разряда БИС РЕ24
А7	А6
		РЕ21 РЕ22 РЕ23	Y 5. 1 (Вывод 10) Y 5. 2 (Вывод 11) Y 5. 3 (Вывод 12)

Работа дешифратора DD8 (ИС ИД4, рис. 5) в схеме генератора символов (рис. 4) происходит в соответствии с таблицей 3 (используется один из двух дешифраторов).

Рис. 4.

Рис.4.

Таблица 3.

Входы разрешения	Адресные входы	Выходы
D	S1	А7	А6	D1	D2	D4	D8
В В В В	Н Н Н Н	Н Н В В	Н В Н В	Н В В В	В Н В В	В В Н В	В В В Н

Активный уровень на выходах дешифратора низкий. Входы S1, S2 разрешения БИС РЕ21-РЕ23 инверсные: работает та из них, на входах S1 и S2, которой действует сигнал низкого уровня (соответствующий логическому 0).

Работа мультиплексора DD9 (ИС КП2) в схеме (рис. 4) происходит в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4.

Вход разрешения S1.	Адресные входы.	Передача сигнала на выход D происходит со входа.
A7	A6
Н Н Н Н	Н Н В В	Н В Н В	D1 D2 D3 D4

Входы B₁-В_З используются для подачи сигнала с целью развертки символа по вертикали: при коде 001 на выходах Y1-Y5 действуют сигналы, соответствующие 5 элементам первой строки символа, при коде 010 - второй, при коде 011 - третьей,... и при коде 111 - седьмой.

Переходим теперь к рассмотрению СОИ на базе светодиодной матрицы HL1 - HL35.

В результате поочередной подачи сигнала низкого (активного) уровня от дешифратора строк DD10 (ИС К155ИД4, рис. 5) на базы транзисторов VT1 - VT7 (рис.6), происходит поочередное открывание этих транзисторов - электронных ключей строк. Работа дешифратора при этом происходит в соответствии с таблицей истинности, представленной ниже.

Поступление сигналов низкого (активного) уровня из НК ПЗУ на входы Y1-Y5 является причиной открывания соответствующих транзисторов VT8 - V12 (рис.6) - электронных ключей столбцов. Через светодиоды, включенные на пересечении эмиттерных цепей открытых транзисторов (ключей строк) и коллекторных цепей открытых транзисторов (ключей столбцов), течет большой прямой ток. Это приводит к свечению диода. Если же хотя бы один из ключей (строк или столбцов) находится в режиме отсечки (транзистор закрыт), то текущий через соответствующий светодиод ток, очень мал и свечения диода не вызывает.

Таблица 5

Входы разрешения

Адресные входы

Выходы

(номера выводов)

строки

В3

В2

В1

На пересечении эмиттерных цепей транзисторов семи ключей строк и коллекторных цепей транзисторов пяти ключей столбцов распаяны все 35 светодиодов матрицы HL1... HL35. На рис. 6 показаны транзисторные ключи 1-ой строки (VT1) и 1-го столбца (VT8) с присоединенным в цепи их шин светодиодом HL1.

Задание 1.

Изучите, как выполнен монтаж лабораторного стенда G.2 для исследования работы знакогенераторов. Определите местонахождение всех составных частей устройства: генератора и счетчика импульсов; триггера для устранения дребезгаконтактов кнопки;знакогенераторов (БИС РЕ21-РЕ24); дешифратора и мультиплексора, входящих в схему ЗГ; дешифратора строк СОИ; транзисторных ключей строк и столбцов, а также светодиодной матрицы.

Внимательно рассмотрите, как выполнена трассировка цепей В1, В2, В3 сигналов развертки символа, а также А7А6 выбора группы символов. При этом нужно пользоваться принципиальной схемой ЗГ (рис. 4).

Рассмотрите также трассировку цепей управления транзисторными ключами строк и транзисторными ключами столбцов.

Задание 2.

Исследуйте работу ЗГ при ручном управлении счетчиком импульсов, определяющим уровни сигналов на шинах В1, В2, В3. Составьте таблицу 6 уровней сигналов на этих шинах и уровней сигналов на шинах Y1... Y5 при высвечивании элементов первой, второй, третьей, и седьмой строк конкретного символа (по указанию преподавателя).

Таблица 6.

Символ:

В3	В2	В1	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5
Н Н Н Н В В В В	Н Н В В Н Н В В	Н В Н В Н В Н В

Экспериментально проверьте составленную таблицу. При этом на чертеже матрицы (7x5 клеток) отмечаются светящиеся светодиоды.

ВНИМАНИЕ!!!

Время работы ЗГ в режиме ручного управления от кнопки (высвечивание элементов символа по строкам) необходимо по возможности сократить, чтобы предупредить выход из строя светодиодов матрицы.

Задание 3.

Проверьте работу ЗГ в целом (в автоколебательном режиме при высвечивании всего символа на светодиодной матрице). С этой целью нужно составить таблицу 7.

Таблица 7.

Код таблицы символов	Код строки таблицы	Код столбца таблицы
А3 А2 А1
А7	А6	А5	А4

При ее заполнении в пустых клетках каждой строки против соответствующего кода столбца таблицы записываются высвечиваемые на светодиодной матрице символы.

Соответствующие уровни сигналов задаются при помощи семи тумблеров А7, А6, А5, А4, А3, А2, А1 (в таком порядке они расположены на стенде). При повороте головки тумблера “от себя” устанавливается низкий уровень (логический 0), “к себе” - высокий уровень (логическая 1).

Проанализируйте полученные результаты.

Контрольные вопросы.

1. Что собой представляет генератор импульсов стенда? Как он работает?

2. Каково назначение счетчика импульсов? В соответствии с какой таблицей истинности он работает?

3. Какую функцию выполняет триггер? Когда он используется?

4. Каково назначение знакогенераторов?

5. Какова исходная организация знакогенераторов РЕ21-РЕ24?

6. Каким образом осуществляется выбор нужного символа при использовании ЗГ РЕ21-РЕ24? Для чего служат два старших разряда КОИ-7 (таблица истинности)?

7. Как работает дешифратор в схеме ЗГ (таблица истинности)?

8. Как работает мультиплексор в схеме ЗГ (таблица истинности)?

9. Под действием, каких сигналов происходит развертка символа по вертикали (по строкам)?

10. Какимобразом дешифратор строк управляет работой электронных ключей строк? Таблица истинности этого дешифратора.

11. Какими сигналами управляются электронные ключи столбцов?

12. Как включены светодиоды матрицы? Какой из них светится?

13. Как сигнал с проводящей дорожки расположенной на одной стороне печатной платы, переходит на проводящую дорожку другой стороны этой платы?

14. Для чего шины, соединенные с выходами счетчика, подключены к входам ЗГ PE2l-PE24?

15. Почему шины двух старших разрядов КОИ-7 подключены только к адресным входам дешифратора (работавшего в схеме ЗГ) и мультиплексора?

16. Каковы результаты анализа данных таблицы 7?