先进的 TTL 逻辑探头。方案、说明

先进的 TTL 逻辑探头。无线电电子电气工程百科全书

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多年的数字设备经验使作者能够改进 1990 年《无线电》杂志中描述的探头。经过修改，特别是可以计数和指示最多 20 个脉冲，使用探头测量听觉频率控制和扩展简单频率计的工作频率范围。在 TTL 芯片上设置各种电子设备时，该探头将非常有用。

在[1]中，描述了一种探针，用于确定逻辑电路的状态并计算脉冲数。它还提供了从音频到 10 MHz 范围内对到达其输入的振动频率进行听觉控制的能力。在最终确定该设备时，对其进行了一些更改，以简化探头的工作。

首先，改变了现有的TTL逻辑电平阈值：0,4V-log。 0 和 2,4 V - 对数。 1.这些电压值对应于标准TTL输出逻辑电平，可以让我们作为信号源来判断微电路的运行情况。通常更重要的是了解逻辑电路中的某些级别如何感知后续芯片的输入。在此基础上，根据输入选择阈值电压值：0,8 V 和 2 V [3]。输入开关电压固定为1,5V，仅适用于新系列的TTL微电路，例如K(R)1533和KR1531，而对于旧系列的K155、K555和KR531，它在一定范围内变化。因此，如果我们只记住有希望的一系列微电路，那么实际上不需要未定义状态的指示 - 我们可以假设日志。 0 是低于 1,5 V 的电压，并且对数。 1 - 相应地，高于 1,5 V。但是由于旧系列的微电路将工作很多年，因此该探针中留下了未定义状态的指示。

其次，在源设备中，不方便感知的是，存在在输入处接收到的逻辑脉冲的数量的指示（以二进制代码）。有多少人能够快速将二进制码表示的脉冲数转换为十进制？耳机收听输入脉冲频率分频系数的选择也不方便。

考虑到这些意见，探头电路必须稍作改变。现在它包含五个微电路和一个七段指示器（见图）。

（点击放大）

带有三个 LED 的探头显示输入的逻辑状态：零、不确定指示器状态和一。短脉冲的显示时间被延长，以便能够直观地对其进行评估。如果禁用脉冲展宽，则可以使用 LED 的相对亮度来判断输入信号的占空比和方波度。

为了确定输入端接收到的脉冲数，探头配备了计数器和数字指示器，可显示从 0 到 9 的数字。小数点的包含用于指示传输到最高有效数字的单位。因此，最多二十个脉冲的序列是固定的。如有必要，可以重置计数器，以便进一步计数。

该探头还允许您“用耳朵”判断信号的频率，通过根据“较高 - 较低”原则比较频率，并经过一些训练后 - 大致确定进入输入的信号的频率。为此，其中安装了压电陶瓷发声器HA1，通过2针连接到分压器的输出。 12 DD3（频率为 100 Hz ... 30 kHz）。通过附加分频器对频率高达 10 MHz 的脉冲序列进行控制，将其降低为声音。

现在更多关于探头电路。在晶体管 VT0 和 VT1 上的输入端安装了两个中继器（分别用于 log.1 和 2）。当输入电压超过 1 ... 0 V 时，电阻器 R5 保护它们免受电流过载。电阻器 R2 和 R3 为中继器产生负载，并为微电路的输入产生偏置。元件DD1.1和DD2.2形成后续块的逻辑电平阈值，因此，使用K1533系列微电路——它们具有固定的输入阈值。元件 DD1.2 生成输入的不确定状态的信号。

从这三个元件的输出，生成的信号（有效电平 - 低）被馈送到元件 DD2.1、DD2.3 和 DD2.4 上的三个单个振动器的输入，这些振动器控制 LED 以指示逻辑状态。单稳态的第二个输入通过电阻器 R14 - R16 连接到微动开关 SB1，微动开关控制该探头的所有功能。在图中所示的开关位置，单振子会拉伸到达它们的脉冲，以实现可靠的检测。在 SB1 的另一个位置，脉冲不会延长，因为单稳态器上部输入处的反馈信号未达到开关阈值。结果，通过比较LED HL1和HL3的发光亮度以及发光HL2的亮度的矩形度，可以“通过肉眼”估计输入信号的周期序列的占空比。它越亮，脉冲的上升和下降就越平坦；如果它们几乎是矩形，则 HL2 不会发光。

十进制计数器DD3（其输入C1连接到元件DD1.1的输出）对输入信号中接收到的正变化进行计数。（如果该输入连接到 DD2.2 输出，则会对负滴进行计数）。将输出 DD3 连接到转换器代码 DD4 指示器 HG1，以十进制形式显示接收到的脉冲数。计数器在开关S×1的触点切换期间复位，因为仅在此时计数器DD0的两个输入R3上都有记录。 1.由于根据该方案，开关S×1的下部位置用于分析高频脉冲组，因此在该位置，对数被施加到代码转换器的输入DE。 0 关闭指示灯，降低功耗。

计数器 DD8 的输出 3 连接到 64 分频器 (DD5)。脉冲从DD1的输出3和DD2微电路的第二计数器的输出5馈送到NAND元件DD1.4和DD1.3，其其它输入连接到开关S×1。在图中所示的位置 SB1 中，元件 DD1.3 关闭，而 DD1.4 开启 - 信号通过 HA1，其频率比探头输入处的频率低 2 倍。当按下SB1按钮时，输入信号在降低1.3倍频率后通过NA1上的DD640元件。

从DD8微电路的输出3，还向外部连接器输出，用于连接频率计探头，因此该探头也可以用作有源输入探头，用于测量数字信号的频率（在这种情况下，频率计读数乘以 10)。这里需要除以 10，以便当频率高达 10 MHz 的脉冲施加到输入时，频率不高于 1 MHz 的信号到达频率计的外部连接器。这允许使用相对便宜的频率计数器。

来自输出5的计数器DD1通过晶体管VT3控制指示器上小数点的发光，它显示传输到最高有效位的单位（发光点表示指示器读数应加10）。

关于探头设计的一些信息。它的主体是一个塑料圆珠笔盒，尺寸为 149x21x15 毫米。外壳末端安装有一根钢针作为探针（方便刺穿无线电元件和印刷电路板端子上的保护漆），另一侧有一个小三通的插座部分- 针连接器（用于头戴式立体声电话）。将电线焊接到连接器的引脚部分（引脚直径 3,5 mm），通过该引脚提供电源（通常来自被测设备），并传输输出信号。电线末端配有鳄鱼夹。探头也可以由自主电源供电，但在这种情况下，探头的公共线和被测微电路应连接在一起。

外壳侧面开有孔，用于放置电路板上的 LED，显示逻辑电平和脉冲计数器的七段指示器。另外，微动开关按钮的头部位于方便用食指或拇指按压的地方。

探头的所有部件均安装在单面印刷电路板上；大多数连接是用印刷导体制成的，其余的则是用细线绝缘层制成的。图中未指示的微电路的引脚未连接到任何东西。微电路上方放置电容器C1-C3，还放置信号装置HA1的压电元件，其对面的壳体上开有几个小孔，用于声音的通过。

探头中的微电路DD1 - DD3可以用K(KM)555、K155、KR1531甚至KR531系列的类似微电路替换，但这会导致电流消耗增加和工作稳定性下降（会大大降低）。最好使用 KR3 系列的 DD1533）。 K561IE10芯片可以替换为564系列的同一款芯片，并且可以使用K(P)4ID514等代替DD1，同时将DD6替换为共阴极指示器和相应的工作电流（以在这种情况下，不需要电阻器 R6 - R12）。当使用其他解码器和指示器时，可以按照[2]中的描述进行匹配。应根据适当的尺寸、熟悉的大小和发光的亮度（最好是红色）来选择指示器。

LED HL1、HL3 - 任何尺寸合适的低功率 LED。它们应该取相同的颜色，否则很难通过亮度确定脉冲的占空比。

该器件可以使用基极电流传输系数至少为 100 的任何适当结构的高频低功耗硅晶体管。电阻器 - MLT 0,125 (R1 - 0,25 W)，电容器 C5 - C7 - K50-16、K50- 35或类似。按钮开关SB1 - 任何带有一个开关触点、无需固定的小型开关。为了保持探头的小尺寸，放置在其中的HA1压电元件从ZP-3声音发射器的主体上移除，但最好使用一些小尺寸的，例如用于电子手表的压电元件。

为了防止错误的电源连接，最简单的方法是在正极电源线的间隙中安装一个 D310 型锗二极管（具有最小的直接压降），就像[1]中所做的那样，但在这种情况下，电源电压将下降约 0,2 V。对于探头来说，最好的选择是在探头电源轨之间连接一个齐纳二极管，以获得约 5,5 ... 6 V 的电压，并用 250 mA 代替锗二极管保险丝可以承受探头的正常供电电流，但如果超过供电电压或极性改变，电流会增加，保险丝将被烧毁。这种保护的缺点是需要更换保险丝（但是，如果被测设计的电源能够承受增加的电流）。其他保护装置也是可能的。

探头最大消耗电流约为200mA，微电路仅消耗40mA左右，其余由指示电路消耗。您可以通过将电阻器 R6 - R13 和 R20 - R22 的电阻加倍来减少指示灯（和亮度）消耗的功耗。

总之，应该说一下调整探测阈值。如果需要，可以更改它们，包括在 A - E 点的不连续处使用低功率锗二极管。在 A 点和 B 点引入二极管会增加不确定状态和对数状态之间的阈值。 1（但数量不同），并且在 G 点，它们略有减少。 B、D 和 E 点处的二极管降低了未定义状态和对数之间的阈值。 0. 如果需要达到类似于[1]中所示的逻辑阈值，则应在 B 点和 D 点的间隙中包含一个低功耗硅二极管。能够控制超过 2,5 V 的电平（相当于 CMOS 微电路的阈值），并且探头的低输入电流使其能够控制基于 K561、K176 系列微电路的器件，电源电压为5V。

文学

Yuditsky Yu. 具有先进功能的探头。 - 广播，1990 年，第 3 期，第 61 页62、XNUMX。
Yakovlev E. 打开强大的七段 LED 指示灯。 - 广播，1990 年，第 2 期，第 43 页XNUMX.
Shilo VV 流行的数字电路。目录。 - 车里雅宾斯克：冶金学，1988 年，第 20 页XNUMX.

作者：罗斯托夫州沙赫蒂市 V. Kirichenko

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