总线收发器使用双向缓冲器的方法

收发器使用背对背三态缓冲器将不同设备连接到共享双向双向数据的公共通信总线。

    甲收发器可以用来提供双向的，输入或输出控制，无论是数字或模拟设备到公共共享数据总线。与缓冲区不同，收发器是双向设备，允许数据沿任一方向流经它们。

    因此，他们的名字“收发器”是从两个词的合并来混成词反-mitter和重新ceive（发射器/接收器）。收发器也被称为：发送/接收或驱动器/接收器设备。

    缓冲器不执行反转或决策功能，这与具有两个或多个输入的数字逻辑门不同，但产生的输出条件与输入的条件完全匹配。因此，一个缓冲器是一个“非反相”器件产生的布尔表达式：Q=甲。

    数字缓冲器

    A数字缓冲器像图示的一个，是一个单向设备，即该信号仅在一个方向通过它们，从输入端“甲”到输出为“Q“。

    因此，对于正逻辑器件（例如CMOS74HC4050），当输入A为逻辑“1”时，输出Q为逻辑“1”，而当输入A为逻辑“0”时，输出Q为逻辑“0”十六进制缓冲门。

    缓冲器可用于将其他门或电路级彼此隔离，以防止一个电路的阻抗或操作影响另一电路的阻抗或操作。同样，缓冲器也可以单独用作晶体管开关等高电流负载的驱动器，因为它们的输出驱动能力（扇出）通常远高于其输入信号要求。例如，TTL74LS07具有开放集电极，高压（30伏）输出的十六进制缓冲器/驱动器。

    TTL74LS07数字缓冲器

    如图所示，还可以使用备用逻辑AND或逻辑OR门或使用成对的NOT门（反相器）来实现数字同相缓冲器功能。

    等效缓冲设计

    单个输入数字缓冲器的缺点之一是Q处的输出将始终与输入处于相同的逻辑电平，这可能会影响连接到缓冲器输出端子的任何电路或设备。解决此问题的一种方法是将基本缓冲区转换为三态缓冲区（通常称为三态缓冲区）。

    “三态缓冲器”

    三态缓冲器是另一种类型的缓冲器电路，可用于控制逻辑信号从其输入到其输出的通过。三态缓冲器是一种组合设备，其输出可以通过外部“控制”或“启用”（EN）信号输入以电子方式“打开”或“关闭”，从而使其可以在面向总线的系统中使用。

    顾名思义，三态缓冲器的“Q”输出可以呈现三种可能的状态之一，即逻辑“0”，逻辑“1”和High-Z（高阻抗），即开路电路，而不是标准的“0”和“1”状态。

    缓冲器使能或控制信号可以是逻辑“0”或逻辑“1”电平信号，当数字信号通过时，其输出为反相和同相。两种最常用的三态缓冲器IC是TTL74LS125和TTL74LS126。

    因此，三态缓冲器需要两个输入。如图所示，一个是数据输入（A），另一个是控制或启用输入（EN）。

    三态缓冲开关等效

    三态缓冲器的符号与上面的标准缓冲器符号非常相似，但增加了代表启用/禁用控制功能的第二个输入。当使能（EN）输入处于逻辑电平“1”（对于正逻辑）时，它充当普通缓冲器，允许输入信号A直接传递给Q的输出。它是逻辑“0”还是逻辑“1”。

    当使能输入为逻辑“0”时，三态缓冲器被激活为第三状态，并禁用或关闭其输出，从而产生开路状态。第三个条件既不是逻辑“1”（高）也不是逻辑“0”（低），而是给出了处于非常高阻抗High-Z的输出状态，通常写为：Hi-Z。

    因此，三态缓冲器具有两个逻辑状态输入“0”或“1”，但可以产生三种不同的输出状态，即“0”，“1”或“Hi-Z”，这就是为什么将其称为“三态”的原因”或“三态”设备。注意，该第三状态不等于逻辑电平“0”或“1”，而是高阻抗状态，因为其输出被电断开。

    然后，我们可以正确声明一个积极启用的三态缓冲区：

    如果启用信号为逻辑高电平“1”，则缓冲门的输入信号将直接传递到其输出。

    如果使能信号为LOW（逻辑“0”），则缓冲门的输出就像开路一样，即高阻抗（Hi-Z）。

    我们可以将三态缓冲区的真值表显示为：

    有源“HIGH”三态缓冲器

    三态缓冲器以集成形式提供，如四，十六进制或八进制缓冲器/驱动器，例如TTL74LS244，如图所示。

    74LS244八进制三态缓冲器

    注意，八个缓冲区被配置为两组，每组四个，其中第一组（A1至A4）由启用输入CA控制，第二组（A5至A8）由启用输入CB控制。如果需要切换晶体管负载，74LS244具有非常高的灌电流和灌电流能力。

    三态缓冲器控制

    那么我们可以使用三态或三态缓冲器做什么呢。三态缓冲器可以通过使任何一个时刻只有一个三态器件驱动导线总线而所有其他缓冲器保持其Hi-Z状态来允许多个设备共享一条公共输出线或总线。考虑下面的电路。

    单个总线上有多个三态缓冲器

    每个三态缓冲器的输出连接到公共线总线，但其使能输入连接到二进制解码器。解码器由于其使能信号而保证在任何时候只有一个三态缓冲器处于活动状态。这允许活动缓冲区的数据直接传递到公共总线上，而其他未使能缓冲区的输出则有效断开并处于高阻抗状态。因此，哪个缓冲器连接到公共线将取决于解码器的二进制值选择输入。

    因此，在任何给定时间，最多只能有一个三态缓冲器处于“活动状态”。您可能已经注意到，连接到上方一条输出线上的不同数据输入的可能组合类似于4对1线路多路复用器的组合，并且您可能会正确地使用三态缓冲器轻松构建多路复用器电路。

    通过简单地将其使能（EN）输入直接连接到+Vcc或地，即可轻松将任何三态缓冲器元件转换为普通数字缓冲器，具体取决于所使用的三态缓冲器。因此，输出将永久启用，因此出现在“A”处的任何输入信号将直接通过缓冲器到达“Q”处的输出。

    到目前为止，我们已经看到，我们可以使用三态缓冲区以单向方式将信息发送到公共电线或总线上。但是，我们如何使用它们在两个方向上发送数据，即也发送数据并从公共有线总线接收数据。

    双向缓冲区控制

    也可以将三态缓冲器“背对背”（反向并联）连接，以产生所谓的双向缓冲器或收发器电路。如图所示，通过使用附加的反相器，一个三态缓冲器用作“高电平有效缓冲器”，而另一个三态缓冲器用作“低电平有效缓冲器”。

    单个总线上有多个三态缓冲器

    在这里，两个三态缓冲器与使能控制输入端并联但从“A”反向连接到“B”，EN的作用更像是方向控制信号，因此允许“从”读取数据并“向”发送数据到“同一数据终端”。

    因此，在这个简单的示例中，当使能输入为高电平时，（EN等于逻辑“1”）数据被允许通过缓冲器1从A传递到B，而当使能输入为低电平时，（EN等于逻辑“0”）数据通过缓冲区2从B传递到A。

    因此，使能输入“EN”用作方向控制，根据该控制输入的逻辑状态，允许数据沿任一方向流动。在这种类型的应用中，可以使用具有双向切换功能的三态缓冲器（例如TTL74LS245或反相CMOS74ALS620）来产生所谓的总线收发器。

    总线收发器

    总线收发器是三态双向设备，它允许两点之间的数据流，使其与面向总线的系统或接口电路的双向（输入或输出）控制兼容。总线收发器可以是TTL74LS242的反相设备，也可以是TTL74LS243的同相设备。

    因此，我们可以使用8线八进制收发器将任何输入/输出设备连接到8位数据总线，其中最常见的总线收发器IC用于发送和接收数据，即下面的TTL74LS245。

    74LS245总线收发器

    TTL74LS245是一个八路总线收发器（发送器/接收器），设计用于两个数据总线或输入/输出设备之间的异步双向通信。收发器允许根据方向控制（DIR）输入（引脚1）上的逻辑电平将数据从端子A传输到端子B或反向传输。

    因此，例如，如果方向控制输入为逻辑电平“1”为高电平，则数据将从端子A传递至端子B。如果方向控制输入为逻辑电平“0”，则数据将低电平输入。当保持逻辑电平“1”为高电平时，输出芯片使能（CE）输入（引脚19）可用于禁用设备，从而使端子以及因此连接的所有端子有效。数据总线彼此有效隔离。