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總線收發(fā)器教程

出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2024-04-08 16:19:32

  收發(fā)器是一種允許總線之間進(jìn)行雙向接口以進(jìn)行數(shù)字或模擬信號(hào)通信的設(shè)備,并且具有輸入和輸出控制功能。它使用背對(duì)背三態(tài)緩沖區(qū)通過公共數(shù)據(jù)總線進(jìn)行多個(gè)設(shè)備的通信。與數(shù)字緩沖器相反,三態(tài)緩沖器允許雙向通信并且能夠通過使用額外的“啟用”輸入來控制其輸出。在單向接口中,設(shè)備可以發(fā)送或接收,因此,需要額外的單向接口來用于發(fā)送或接收目的。雙向接口允許設(shè)備發(fā)送和接收?!笆瞻l(fā)器”一詞是來自發(fā)射器和接收器的兩個(gè)詞的組合。收發(fā)器通常也稱為驅(qū)動(dòng)器/接收器或發(fā)送/接收設(shè)備。正如數(shù)字緩沖器文章中所討論的,與其他邏輯門不同,數(shù)字緩沖器不在邏輯電路中執(zhí)行反轉(zhuǎn)或決策。它輸出其輸入處存在的任何內(nèi)容,而不對(duì)邏輯狀態(tài)進(jìn)行任何修改。
  數(shù)字緩沖器

  下圖顯示了數(shù)字緩沖區(qū)以及布爾表達(dá)式。

  圖 1:數(shù)字緩沖器符號(hào)

  它是一個(gè)單向設(shè)備,因此允許輸入到輸出,即從“A”到“Q”。從布爾表達(dá)式可以看出,當(dāng)輸入“A”處于邏輯“高”或“1”時(shí),輸出“Q”處于邏輯“高”或“1”,同樣,當(dāng)輸入“A”處于邏輯“高”或“1”時(shí),輸出“Q”處于邏輯“高”或“1”。邏輯“低”或“0”,輸出“Q”處于邏輯“低”或“0”。所示模式適用于正邏輯器件,例如 74HC4050 CMOS 六角緩沖門。緩沖器用于將其他設(shè)備或電路彼此隔離/分離,以防止影響彼此的功能或阻抗。此外,緩沖器用作高電流負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器,如晶體管,因?yàn)槠渖瘸觯ㄝ敵鲵?qū)動(dòng))能力與其輸入信號(hào)相比非常高。例如,微控制器的輸出端口設(shè)置為處理 25mA 的電流,緩沖器是將敏感微控制器與高壓輸出電路隔離和/或提供高電流的常見解決方案。開路集電極六角緩沖器/驅(qū)動(dòng)器可用于此目的,例如具有 30V 輸出額定值的TTL 74LS07 。下圖中顯示了 74LS07 的內(nèi)部電路。

  圖 2:TTL 74LS07 十六進(jìn)制數(shù)字緩沖器
  其他緩沖器設(shè)計(jì)

  還可以使用可用的基本/標(biāo)準(zhǔn)邏輯門(例如“或”、“與”或“非”門)構(gòu)建數(shù)字非反相緩沖器。下圖顯示了實(shí)現(xiàn)該非反相緩沖器的簡(jiǎn)單組合。

  圖 3:數(shù)字緩沖器等效門
  除了數(shù)字緩沖器的上述優(yōu)點(diǎn)之外,其功能還存在一個(gè)主要限制,因?yàn)槠漭敵鍪冀K連接到其輸入,這可能會(huì)影響輸出電路。此外,它限制了控制和減少電路方面的靈活性。這些問題可以通過使用輸出端具有三個(gè) (03) 不同狀態(tài)的三態(tài)緩沖器來解決。
  三態(tài)緩沖器
  顧名思義,它是一種具有三種 (tri) 輸出狀態(tài)的緩沖區(qū)。三態(tài)緩沖器的這三種輸出狀態(tài)是通過不同的輸入組合來實(shí)現(xiàn)的,為此,與傳統(tǒng)的數(shù)字緩沖器相比,三態(tài)緩沖器使用了額外的輸入。該附加輸入是啟用緩沖器功能的控制輸入,稱為“啟用”(EN) 輸入。使用此附加輸入 (EN) 有助于實(shí)現(xiàn)第三級(jí)高阻抗 ( High-Z ),從而隔離或打開輸入與輸出之間的電路。因此,三態(tài)緩沖器具有三種狀態(tài),即“OFF”、“ON”和“High-Z”。控制或使能輸入可以在邏輯“0”或邏輯“1”時(shí)有效,三態(tài)緩沖器的輸出可以是同相或反相,這一切都取決于 IC 封裝。常用和可用的三態(tài)緩沖器 IC 是 TTL 74LC125和74LS126。
  三態(tài)緩沖器開關(guān)等效

  下圖顯示了三態(tài)緩沖器在開關(guān)模式下的等效電路。三態(tài)緩沖器的符號(hào)與傳統(tǒng)的數(shù)字緩沖器類似,但具有額外的控制/使能(EN)輸入。

  圖 4:三態(tài)緩沖器開關(guān)類比

  當(dāng)“啟用”輸入處于邏輯“1”時(shí),則啟用緩沖器功能,并且三態(tài)緩沖器將充當(dāng)常規(guī)輸入。如果“A”輸入為邏輯“0”,則“Q”輸出也將為“0”。類似地,當(dāng)“A”輸入變?yōu)檫壿嫛?”時(shí),“Q”變?yōu)檫壿嫛?”。然而,當(dāng)“啟用”輸入設(shè)置為邏輯“0”時(shí),緩沖器的功能將關(guān)閉,并且輸出既不是邏輯“0”也不是邏輯“1”。輸出進(jìn)入高阻抗 (High-Z) 狀態(tài),表示開路狀態(tài)并隔離/分離輸入“A”和輸出“Q”?!癆”輸入中存在的任何內(nèi)容都不會(huì)反映在“Q”輸出中。從上圖可以看出,三態(tài)緩沖器具有三種狀態(tài):邏輯“0”、邏輯“1”和“高阻”,具體取決于“A”和“啟用”輸入。由于這三種狀態(tài),它被稱為三態(tài)緩沖器。在第三個(gè)“高阻”狀態(tài)下,它以電子方式隔離輸入“A”和輸出“Q”。此外,在此狀態(tài)下,輸出既不是邏輯“0”也不是邏輯“1”。簡(jiǎn)而言之:當(dāng)“啟用”輸入設(shè)置為“0”或“低”狀態(tài)時(shí),緩沖器的輸出變?yōu)殚_路或進(jìn)入高阻抗(高阻抗)狀態(tài)。當(dāng)“啟用”輸入設(shè)置為“1”或“高”狀態(tài)時(shí),緩沖器將輸入信號(hào)直接傳遞到輸出。上述功能基于正使能(高電平有效)三態(tài)緩沖器,并且在負(fù)使能或低電平有效使能輸入的情況下相反。積極啟用的三態(tài)緩沖器的上述功能可以用真值表形式表示,如下所示:

  圖 5:三態(tài)緩沖器符號(hào)和真值表

  在商業(yè)上,三態(tài)緩沖器可采用具有四路、六路或八路三態(tài)緩沖器/驅(qū)動(dòng)器的 IC 封裝。下圖所示為 TTL 74LS244八路三態(tài)緩沖器的內(nèi)部電路。

  圖 6:TTL 74LS244 三態(tài)八路緩沖器
  上述 74LS244 的八進(jìn)制三態(tài)緩沖器/驅(qū)動(dòng)器分為兩組,每組四個(gè)(04)緩沖器,每組都有自己的使能輸入。在組中,使用公共使能引腳“CA”分別將 A1 至 A4 的輸入控制為 Q1 至 Q4 的輸出。而使能引腳“CB”控制其余四個(gè)帶有輸入(A4 至 A5)和輸出(Q5 至 Q8)的三態(tài)緩沖器。
  具有多個(gè)三態(tài)緩沖器的單總線
  三態(tài)緩沖器的第三狀態(tài)(高阻)有助于將多個(gè)設(shè)備連接到單個(gè)/公共總線。由于這種高阻抗?fàn)顟B(tài),隔離了輸入和輸出,這有助于通過禁用相關(guān)的三態(tài)緩沖器來將不需要的設(shè)備與公共總線隔離,并且啟用其中一個(gè),以從所需的設(shè)備向總線傳輸數(shù)據(jù)。在下圖中,解碼器用于選擇四個(gè)設(shè)備之一,以與公共/共享數(shù)據(jù)或總線連接。

  圖 7:三態(tài)緩沖器控制的數(shù)據(jù)總線通信
  這些設(shè)備通過三態(tài)緩沖器與公共/共享數(shù)據(jù)總線或電線連接,而每個(gè)三態(tài)緩沖器的控制是使用2位解碼器設(shè)備來管理的。使用解碼器有助于將控制線從四根 (04) 減少到兩根 (02)。此外,通過使用解碼器,只有一個(gè)輸出將被設(shè)置為“1”或“高”,避免了由于多個(gè)設(shè)備同時(shí)通信而造成的中斷。使用此解碼器,通過設(shè)置相關(guān)的三態(tài)緩沖器,其中一個(gè)設(shè)備將被允許與共享/公共總線通信,而其他設(shè)備由于其禁用的三態(tài)緩沖器而保持隔離。所描述的組合邏輯電路類似于 4 至 1 線多路復(fù)用器,因?yàn)槭褂眠x擇線將四條數(shù)據(jù)線傳遞到單個(gè)輸出。因此,使用解碼器和三態(tài)緩沖器,可以構(gòu)建多路復(fù)用器電路。根據(jù)所使用的三態(tài)緩沖器的類型,通過將其“啟用”輸入連接到“Vcc”或“接地”,可以將三態(tài)緩沖器轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的數(shù)字緩沖器。這樣,三態(tài)緩沖器將啟用,將輸入“A”處的任何信號(hào)傳遞到輸出“Q”,就像傳統(tǒng)的數(shù)字緩沖器一樣。
  雙向緩沖控制

  上述三態(tài)緩沖器使得數(shù)據(jù)只能從輸入“A”傳遞到輸出“Q”,但不能反向傳遞。為了能夠從兩側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,就像收發(fā)器一樣,兩個(gè)三態(tài)緩沖器與一個(gè)非門以反向并行方式放置,以反轉(zhuǎn)“啟用”輸入之一。在下圖中,顯示了一個(gè)雙向緩沖區(qū)來演示基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

  圖 8:使用三態(tài)緩沖器的雙向(收發(fā)器)
  三態(tài)緩沖器的“啟用”輸入之一處的非門確保只有其中一個(gè)保持啟用狀態(tài)。在此配置中,“啟用”輸入用作方向/數(shù)據(jù)流控制輸入。例如,當(dāng)“Enable”設(shè)置為“HIGH”時(shí),數(shù)據(jù)/信號(hào)從“A”流向“B”,否則(如果“Enable”設(shè)置為“LOW”),則從“B”流向“A” ”。因此,使用“啟用”輸入,數(shù)據(jù)/信號(hào)可以設(shè)置為沿任一方向流動(dòng),從而允許雙向通信。雙向緩沖器也可采用 IC 封裝(如 TTL 74LS245 和 CMOS 74ALS620(反相))進(jìn)行商業(yè)化購(gòu)買,并可用作總線收發(fā)器。
  總線收發(fā)器

  總線收發(fā)器是一種基于三態(tài)緩沖器的設(shè)備,允許兩條總線之間雙向數(shù)據(jù)/信號(hào)或控制兩個(gè)電路之間的雙向通信。總線收發(fā)器用于面向總線的系統(tǒng),以促進(jìn)數(shù)據(jù)總線之間的受控和雙向接口/通信。下圖中顯示了八 (8) 線收發(fā)器 TTL 74LS245 。

  圖 9:TTL 74LS245 八路收發(fā)器
  該八進(jìn)制三態(tài)緩沖器器件可用于連接 8 位數(shù)據(jù)總線,以實(shí)現(xiàn)雙向和受控異步數(shù)據(jù)通信。使用“DIR”輸入,可以設(shè)置數(shù)據(jù)流的方向。例如,當(dāng)它設(shè)置為“HIGH”時(shí),數(shù)據(jù)將從標(biāo)記為“A”的端子流向標(biāo)記為“B”的端子,并在“DIR”設(shè)置為“LOW”時(shí)反轉(zhuǎn)方向。此外,芯片使能“CE”輸入可啟用或禁用三態(tài)緩沖器的功能?!癈E”上的條表示它是反相邏輯輸入,當(dāng)設(shè)置為“LOW”時(shí),“CE”將被視為啟用。
  結(jié)論
  收發(fā)器是一種基于三態(tài)緩沖器的設(shè)備,它允許總線之間的雙向(雙向)通信或用作接口電路。三態(tài)緩沖器是緩沖器的一種形式,允許信號(hào)/數(shù)據(jù)通過而無需任何改變或決策。與只有兩個(gè)端子和兩個(gè)輸出狀態(tài)的傳統(tǒng)緩沖器相比,三態(tài)緩沖器具有額外的“啟用”輸入,并具有第三種高阻抗 (High-Z) 狀態(tài)。三態(tài)緩沖器具有三 (3) 個(gè)輸出狀態(tài),即“高”、“低”或“高 Z”,具體取決于數(shù)據(jù)輸入處的信號(hào)和“啟用”輸入的狀態(tài)。處于“Hi-Z”狀態(tài)的三態(tài)緩沖器表現(xiàn)為開路并隔離兩個(gè)端子或輸入和輸出。此功能使它們適合與連接多個(gè)設(shè)備的單個(gè)/公共/共享數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信。通過將兩個(gè)三態(tài)緩沖器置于反向并行配置中并在“啟用”輸入之一使用非門,可以構(gòu)建雙向/收發(fā)器。在此配置中,“啟用”輸入充當(dāng)方向控制輸入。總線收發(fā)器基于雙向三態(tài)緩沖器,用于面向總線的系統(tǒng)或接口電路。八進(jìn)制三態(tài)雙向緩沖器,例如 TTL 74LS245,可用于將 8 位設(shè)備與共享/公共數(shù)據(jù)總線連接。


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