3.10.3.2 Реализация монтажного и и монтажного или

Схемотехника и функционирование выхода с открытым коллектором (ОК, для КМОП-схем правильно говорить о выходе с ОС, но часто данный тип выхода по аналогии с ТТЛ-схемами называют ОК) аналогична однотактному выходу с той разницей, что внутренний (на кристалле микросхемы) нагрузочный резистор отсутствует, а подключается внешний резистор [55]. Схема представлена на рисунке ниже, условное обозначение выхода данного типа – см. рисунок ниже, б.

Рис. 106. Выход с открытым коллектором (стоком).

Особенностями выхода ОК являются:

1. Возможность подключать несколько выходов к одной шине (рис. выше, в). Эта схема включения может быть необходима для выполнения одной из двух функций:

Реализация «монтажной логики», в частности операции монтажное И для положительной логики: если хотя бы на одном из выходов будет установлен НИЗКИЙ уровень, это значит, что общая выходная шина будет замкнута на 0В через открытый транзистор этого выхода и, вне зависимости от уровней на остальных выходах, на общей шине будет установлен НИЗКИЙ уровень, т.е. логический «0». Таким образом будет реализована операция И без какого-либо специального элемента. Если использовать отрицательную логику, т.е. ИСТИНОЙ (логической «1») считать НИЗКИЙ уровень, то данная схема реализует функцию монтажного ИЛИ. Именно в такой интерпретации чаще всего используется данная схема включения. Например, сигналы прерывания от нескольких источников с выходом ОК объединены и подключены к одному входу запроса прерывания у микропроцессора. Если хоть один из них перейдет в активное НИЗКОЕ состояние, то выработается запрос прерывания и далее процессор путем опроса найдет источник этого прерывания. Другой пример – сканирование матричной клавиатуры.

Рис. 107. Подключение устройств по принципу монтажного И.

Простейший пример – сигнал готовности. Есть несколько подчиненных устройств одного типа, каждое из которых работает по своему алгоритму и, например, требует начальную инициализацию. Чтобы главный понял, что все остальные устройства закончили инициализацию и подготовились, он «слушает» линию связи. В качестве сигнала готовности подчиненное устройство отпускает линию. Когда каждое устройство пройдет инициализацию, то линия примет высокий уровень и это будет сигналом полной готовности всех устройств.

Подключение нескольких источников к общей шине. В данном случае активным является только один источник, а все неактивные обязаны установить на выходе ВЫСОКИЙ уровень. Далее, так как реализуется монтажное И (см. выше), то на шине присутствует только сигнал от одного – активного – источника. При этом, даже если одновременно активизируются два или более источников, выход не перегрузится и не «перегорит». Функция общей шины широко используется для периферийных интерфейсов микропроцессорных систем, например, в интерфейсах I2C, 1-Wire.

2. Возможность подключать нагрузку к напряжению большему или меньшему, чем напряжение питания микросхемы. Например, на рисунке (рис. выше, г) показан способ подключения обмотки реле с напряжением питания 12В. Аналогично можно подключать другие нагрузки: лампочки, линейки светодиодов, звукоизлучатели, двигатели постоянного тока и т.п. Использовать как большее, так и меньшее напряжение питания также может быть удобно для адаптеров логических уровней схем с различным напряжением питания. Например, при конверсии сигналов с ВЫСОКИМ уровнем, равным 5В, в сигналы с ВЫСОКИМ уровнем, равным 3,3В, и наоборот.