Этап 4. Цифровые входные и выходные линии

Для обмена информацией между цифровыми устройствами, построенными на электронных логических элементах, используют цифровые входные и выходные линии. Передающиеся по ним цифровые сигналы имеют два стабильных уровня — уровень логического нуля и уровень логической единицы. У микросхем, выполненных по различным технологиям, логические уровни могут различаться. Логические элементы могут работать в режимах положительной и отрицательной логики. Для электронных логических элементов в режиме положительной логики логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю — низкий уровень напряжения. В режиме отрицательной логики логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю — высокий.

В идеальном случае все сигналы логических элементов существовали бы в виде двух предельных уровней напряжения (например, 0 и +5 В) и никогда от них не отклонялись. Однако в реальности уровни напряжения цифровых сигналов могут отличаться от идеальных вследствие паразитных падений напряжения и шумов.

Следует отметить, что диапазон допусков по уровням выходного сигнала обычно ýже, чем входного сигнала. Разность допусков между входным и выходным сигналами называют запасом схемы по помехоустойчивости. Наибольшее распространение получили логические элементы на основе биполярных транзисторов — ТТЛ-элементы (транзистор-транзисторная логика) и на основе полевых транзисторов — КМОП-элементы (комплементарные, на основе переходов металл — оксид — полупроводник).

Принцип работы цифровых входных и выходных линий рассмотрим для модуля ввода-вывода Е14-440. На модуле имеются цифровые ТТЛ-совместимые входные и выходные линии, выполненные на КМОП-элементах при напряжении питания +5 В. Параметры цифровых линий представлены в приложении 1. Управление работой модуля E14-440 осуществляется с помощью программного пакета PowerGraph.

Упражнение 6

Проверка работы цифровых выходов. С помощью интерфейса программы PowerGraph поставить напротив номеров всех каналов галочки, т. е. подать на все цифровые выходы логическую единицу. На разъеме платы должны загореться светодиодные лампочки. С помощью мультиметра измерить уровень напряжения на цифровых выходах. Сделать вывод о вхождении этого значения в диапазон допусков напряжения высокого уровня. Выставить на всех цифровых выходах логический нуль. С помощью мультиметра убедиться в отсутствии напряжения на каналах выходного порта. Представить выходной управляющий сигнал в шестнадцатеричной форме.

Упражнение 7

Проверка работы цифровых входов. С помощью интерфейса программы PowerGraph убедиться, что напротив всех цифровых входов отсутствуют галочки, т. е. модуль E14-440 воспринимает отсутствие напряжения как логический нуль. Соединить с помощью кабеля один из цифровых входов с выводом +5 В, расположенным на том же разъеме. С помощью интерфейса программы PowerGraph убедиться, что напротив замкнутого на +5 В канала появилась галочка и модуль воспринял напряжение +5 В как логическую единицу.