Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Основни определения. Цифрови електроника все повече заместват традиционното аналогово момента

Основи на цифровата електроника

ТЕМА 1

Въведение

Лекция 1.

Цифрови електроника все повече заместват традиционното аналогово момента. Водещи фирми, произвеждащи най-различни електронни устройства са все по-често декларират пълния преход към цифрова технология. Това важи както за битова техника (аудио, видео, комуникации), и до професионална техника (измерване, оборудване за контрол). Вече познатите персонални компютри са също напълно изпълнени въз основа на цифрови технологии. Очевидно, напълно аналогови устройства, които се използват в близко бъдеще само в онези редки случаи, когато това се изисква, за да получите стойностите за запис на определени параметри на електронни устройства (например, скорост).

Това ръководство е посветена на основите на цифрова схема дизайн, неговата азбука, неговите основни методи, подходи и техники. Разликата е, че тя може да даде представа за цифрова схема, дори и тези студенти, които имат малка представа за електроника на всички. Материалът в тази работа е необходимия минимум от знания, които трябва да бъдат и който трябва да бъде свободно и активно се наслаждават на всеки професионален разработчик на цифрова техника.


Сигнал - е всяко физическо количество (например, температура, атмосферно налягане, интензитет на светлината, ток и т.н.), се променя с течение на времето. Именно чрез това време на промяна на сигнала може да носи някаква информация.

Електрическият сигнал - електрически количество (например напрежение, ток, мощност), промяна във времето. Всички електроника са основно работи с електрически сигнали, въпреки че през последните години все по-често се използват светлинни сигнали, които са време-различна интензивност на светлината.

Аналогов сигнал - сигнал, който може да поема никаква стойност в определен диапазон (например, напрежението може да се променя плавно в диапазона от нула до десет волта). Устройства, работещи само с аналогови сигнали се наричат ​​аналогови устройства.

Digital сигнал - това е сигнал, че може да поеме само две стойности (понякога - три стойности). Освен това позволи на някои отклонения от тези стойности (. Виж фигура 1.1) Например, напрежението може да отнеме две стойности: 0 до 0.5 V (нивото на земята), или от 2,5 до 5 (ниво единица). Устройствата, които работят изключително с цифрови сигнали, наречени цифрови устройства.

В природата почти всички аналогови сигнали, че е, те се променят непрекъснато в рамките на определени граници, поради което първите електронни устройства са аналогови. Те са трансформира физическото количество A пропорционална на напрежението, или те гон, извършена върху тях всяка операция, и след това се прави обратната трансформация във физически количества. Например, човешкият глас (въздушни вълни) с микрофона се превръща в електрически трептения, тези електрически сигнали се усилват от електронен усилвател и използва високоговорителя отново се превръща в вибрации на въздуха, по-силен звук.



Фиг. 1.1. Електрически сигнали: аналогов (L) и цифрови (вдясно).

Аналогови сигнали и работи с аналогова електроника имат големи недостатъци, свързани с нея, е характерът на аналогови сигнали. Аналоговите сигнали са чувствителни към всички видове фалшиви сигнали - шум, прослушване, смущения. Шум - хаотична вътрешни слаби сигнали всяко електронно устройство (микрофон, транзистор, резистор, и т.н ...). Смущения и шум - са сигнали, идващи от външната страна на електронната система и да наруши желания сигнал (например, електромагнитно излъчване от радиопредаватели или трансформатори).

Всички операции, извършвани на сигналите на електронни устройства, могат да бъдат разделени в три големи групи:

• обработка (или преобразуване);

• предаване;

• съхранение.

Във всички случаи, полезните сигнали са изкривени от паразитни сигнали - шум, смущения, бучене. При обработка на сигнали (например, усилване, филтриране) е изкривен техните форми поради несъвършенството, несъвършенството на електронни устройства. A предаване на дълги разстояния и по време на сигнали за съхранение са отслабени до същото.

Фиг. 1.2. Изкривяване и шумови смущения аналогов сигнал (вляво) и цифрови сигнали (вдясно).

В случай на аналогови сигнали, всичко това оказва значително влияние върху полезния сигнал, тъй като всички си допустима стойност (фиг. 1.2). Затова всяка трансформация, всяко междинно съхранение, всяко предаване чрез кабел или ефира аналогов сигнал се влошава, понякога до пълното им отстраняване. Ние също трябва да се има предвид, че целия шум, смущения и прослушване по същество не се поддават на точно изчисление, така че точно описва поведението на всички аналогови устройства е абсолютно невъзможно. В допълнение, с течение на времето, на параметрите на всички аналогови устройства са се променили поради застаряването на компоненти, така че характеристиките на тези устройства не остават постоянни.

За разлика от аналоговите сигнали за данни, които имат само две позволени стойности, са защитени от действието на шума, прослушване и намеса е много по-добре. Малки отклонения от допустимите стойности не изкривяват цифровия сигнал, тъй като там винаги съществува зони толерантност (фиг. 1.2). Ето защо цифрови сигнали дават възможност за много по-сложен и многоетапен процес, много по-продължително съхранение без загуба и много по-добро предаване от аналогов. В допълнение, поведението на цифрови устройства, винаги е възможно да се изчисли точно и се предскаже. Цифрови устройства са много по-малко податливи на стареене, тъй като малка промяна в параметрите им и няма ефект върху тяхната работа. Цифрови устройства по-лесно да се проектира и отстраняване на грешки. Всички тези предимства гарантират бързото развитие на цифровата електроника.

В цифровия сигнал има недостатъка. Фактът, че на всеки един от нейните разрешени цифрови нива на сигнала трябва да остане поне за някакъв минимален интервал от време, в противен случай тя не може да бъде разпознат. И аналогов сигнал може да приеме всяка стойност на безкрайно своето време. И в противен случай може да се каже: аналогов сигнал се определя в непрекъснато време (т.е. по всяко време) и цифров - дискретна време (т.е. само избрани точки във времето). Следователно, максималната постижима скорост аналогови устройства същество винаги по-голяма от цифрови устройства. Аналогови устройства могат да работят с един бързо променящ се сигнали от цифров. Скорост на обработка и предаване на информация за аналогово устройство винаги може да се направи по-висока от скоростта на обработка и предаване на цифрови устройства.

В допълнение, на цифровия сигнал предава информация само две нива и се променя нивото си един на друг, и предава аналогов информация и всеки има стойност на сегашното си ниво, което означава, че е по-обемен отношение на предаване на информация. Следователно, за да предава полезен обем информация, която се съдържа в един аналогов сигнал, често трябва да се използват няколко цифрови сигнали (обикновено 4-16).

В природата, всички аналогови сигнали, че е, да ги преобразуват в цифрови сигнали, и за обратната трансформация изисква използването на специално оборудване (аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели). Таксата за предимствата на цифровите устройства, понякога може да бъде неприемливо голям.

1.2. Модели и нива на представяне на цифрови устройства

Всички цифрови устройства са изградени от логически схеми, всяка от които има по необходимост се направят следните изводи (или, както ги наричат ​​в общ език, краката) (Фигура 1.3.):

• изводи за цялостното предлагане (или "земята") и захранващо напрежение (обикновено 5 V или 3.3 V), които обикновено не се показват на диаграми;

• терминали за входни сигнали (или "входове"), които са получили външни цифрови сигнали;

• терминали за изходните сигнали (или "изхода"), които издават цифрови сигнали от самия чип.

Фигура 1.3. Digital чип.

Всеки чип превръща един или друг начин поредица от входни сигнали в последователност на изходни сигнали. Методът най-често се описва чрез трансформация или маса (т.нар истина таблицата) и или форма на вълната, която е в зависимост от времето диаграми на сигнали.

Всички цифрови схеми работят с логически сигнали, имащи нива на напрежение на двете разрешени. Един от тези слоеве се нарича логика-едно ниво (или едно ниво), а другият - на ниво на логика-нула (или нула ниво). Най-честата логическа нула съответства на ниско ниво на напрежението, а логическа единица - високо ниво на напрежение. В този случай, каза, че приемането на "положителна логика". Понякога логическата нула е кодиран от положително ниво на напрежение (DC), и логическа единица - отрицателно ниво на напрежение (DC), или обратното. В този случай говорим за "Отрицателна логика". Има по-сложни методи за кодиране на логически единици и нули. Но най-вече да го използва положителна логика.

За да се опише работата на цифрови устройства използват разнообразни модели, различаващи сложност, точност, повече или по-малко, като се вземат под внимание на фините физични ефекти, като цяло, тези модели се използват цифрови схеми с компютърни изчисления. В момента там са компютърни програми, които не са готови само да очакваме схемата, нито способен, и да проектира нови схеми формализирани описания на функции, които това устройство трябва да изпълняват. това доста удобно, но нито една програма не може да бъде в сравнение с мъжа. А наистина ефективно, оптимизирани в зависимост от броя на хардуерни модули се използват, най-накрая, красиви вериги могат да се развият само човек, който винаги идва с креативен дизайн и използва оригинални идеи.

Разработчикът на цифрова техника също използва оригиналния модел, или как иначе мога да кажа, различните равнища на представителство на цифрови схеми. Но за разлика от компютър човек може гъвкаво да избере най-подходящия модел, той трябва само да погледнете графиката, за да видите, където сравнително прост модел, и да изискват по-сложна. Това означава, че хората никога няма да правят ненужни, прекомерно работа и затова няма да допринесат допълнителните грешки, присъщи на всеки, дори най-сложните модели. Въпреки това, лекотата на цифрови устройства в сравнение с аналогови устройства обикновено не позволяват твърде тежки грешки.

В повечето случаи, разработчиците на цифрови схеми, използвайки три модела, три нива представителство на цифрово устройство.

1) Логически модел.

2) модел с време закъснения.

3) модел, базиран на електрически въздействия (или електрически модел).

Опитът показва, че първото, прост модел е достатъчно в приблизително 20% от всички случаи. Той е приложим за всички цифрови схеми, работещи при ниска скорост, при които скоростта не е от значение. Участие на втория модел, като се вземат предвид логика елемент забавяне отговор, може да покрие около 80% от всички възможни схеми. Употребата му трябва да се бърза за всички устройства в случай на едновременни промени в множество входове. И накрая, добавянето на третия модел, който взема предвид входния и изходния ток, вход и изход съпротивление и капацитет елементи, позволява проектирането на почти 100% от цифрови схеми. На първо място това трети модел трябва да се използва, когато се комбинират множество входове и изходи за предаване на сигнали на големи разстояния и при включване неконвенционални логически елементи (с тяхното прехвърляне към аналогов в линейни режим).

Таблица 1.1. Таблица инвертор истина

вход изход

За да илюстрираме как тези модели работят, разгледа много проста логика порта - инвертор. Промените инвертора (инверсия) логическа входния сигнал към друг нивото на изходния сигнал, или, както се казва, промените логика сигнал полярност Таблица инвертор истината за (таблица 1.1.) Elementary проста, тъй като може да има само две ситуации: нула на входа или на входа на блок , Фиг. 1.4 показва как ще изглежда инвертор изход чрез своите три модела (три нива на представянето му). Такива графики се наричат ​​логически времето сигнал диаграми, те могат да разберат по-добре работата на цифрови схеми.

Фиг. 1.4. Три нива на представяне на цифрови устройства.

Фигурата показва, че първият логически модел, елементът се активира веднага, всяка промяна в нивото на входния веднага, без никакво забавяне води до промяна в изходното ниво. Във втория модел на изходния сигнал се променя с известно закъснение спрямо входа. И накрая, третият модел, на изходния сигнал се не забави само в сравнение с входа, но това се променя, не е мигновено променят нивата на сигналите на процеса (или, както се казва, ръба на сигнала) Тя е с ограничен срок на действие. В допълнение, на третия модел се вземат предвид промените в нивата на логически сигнали.

На практика, разработчикът обикновено в началото на дизайн използва само първият модел, и след това за някои възли използва втори модел или (рядко) дори трети модел. Този първи модел не изисква каквато и цифрови изчисления, за достатъчно просто да я познаване на таблиците във верността или алгоритмите на функциониране чипове. Вторият модел включва изчисляването (в действителност, сумата) елементи времезакъснение по пътя на сигнала (фиг. 1.5). В резултат на това изчисление може да се узнае, че в схемата трябва да направите промени.

Фиг. 1.5. Сумиране на елементите на закъснение

Изчисленията на третия модел могат да бъдат различни, включително и доста сложна, но в повечето случаи те все още се свеждат само до сумиране на входа и на изхода течения на логически елементи (фиг. 1.6) В резултат на тези изчисления, може да откриете, че искате да използвате чипове с по-мощен изход, или включването на допълнителни елементи.

Фиг. 1.6. Сумиране на входните токове на елементи.

По този начин, проектиране на цифрови устройства е коренно различна от дизайна на аналогови устройства. където сложните изчисления са абсолютно неизбежни. Разработчикът на цифрови устройства, трябва да се справя само с логика, с логически сигнали и цифрови микросхеми алгоритми работа. И какво се случва вътре в тези чипове, почти не е от значение за него.

Референтните данни за цифрови чипове обикновено съдържат голям набор от параметри, всеки от които може да се дължи на една от следните три нива на представяне, един от трите модела.

Например, вериги истина маса (ICS за прости) или описание на действието му алгоритъм (при по-сложни чипове) се отнася до първото ниво логика. Ето защо, за да ги знам наизуст, всеки разработчик е необходимо във всеки случай.

Забавянето на логически сигнали между входове и изходи, свързани с представителството на второ ниво. Типични стойности забавяне варират от няколко наносекунди (1 NS = 10 -9 и) на десетки наносекунди. Закъсненията за различните чипове могат да бъдат различни, така че водачите винаги определят максималната стойност закъснение. Също така трябва да се помни, че забавянето на преминаването на изходния сигнал на устройството на нула PHL) обикновено е различна от забавянето на преминаването на изходния сигнал от нула до един Пи Ел Ейч). Например, за един и същи чип т Пи Ел Ейч <11 и т PHL <8 НЧ. Има един английски писмо P Размножаване (спред), L означава Low (ниско ниво на сигнала нула), и H - висока (High Voltage Unit). Броят на забавяне стойности, определени за референтния контур може да варира от два до няколко десетки.

Нивата на входните и изходните токове, както и нивата на входните и изходните напрежения са на трето ниво на представяне.

Входен ток чипове на пристигане на входа на логиката нула (I IL), обикновено са различни от входния ток при пристигане на входа на логическа единица (I IH). Например, аз IL = - 0,1 mA, и аз Ш = 20 mA (смята се, че положителната настоящите потоци ве вход верига, и отрицателен - произтича от него). Аналогично, на изходния ток веригата при издаването логика нула (I OL) може да бъде различен (и обикновено е различно) от издаването на изходния ток логически единици (I ОН) - Например, в същия чип I ОН <- 0,4 тА. а аз OL <8 mA (ако приемем, че един положителен ток се влива в изходната верига, и отрицателен - изтича). Трябва също да се отбележи, че входовете и изходите равни на същия чип могат да имат различни входящи и изходящи потоци.

Дължина на изходното напрежение логика нула (U OL) и една единица (U OH) в препратките обикновено са определени гранични стойности за дадена стойност на изходния ток. Всъщност, колкото по-голям изходен ток, по-малките логиката един напрежение и високо напрежение логика нула. Например, U OH> 2,5 V (с I ОН <- 0,4 mA), а U OL <0,5 V (при I OL <8 mA).

Не наръчници също допустимите нива на входни напрежения, че чипът все още се възприема като правилни логически нива нула и единица. Например, Uih> 2,0 В, Уил, <0,8 V. Като правило, логически сигнали на входното напрежение не трябва да надхвърлят границите на напрежение.

На напрежения и токове с буквата I е Input (вход) са маркирани, на буквата О показва Output (изход), L - Low (нула), и H - висока (единица).

Третото ниво на представителство включва и стойността на вътрешните входове чип капацитет (обикновено от няколко до десетки PF) и допустимата стойност на контейнера, които могат да бъдат свързани към изхода на чипа, което означава, че натоварването на капацитета C L, (около 100 PF). Имайте предвид, че 1pF = 10 -12 F. В същото ниво на представяне на определен максимално допустимата стойност на продължителността на положителен ръб LH) и падащ борд HL) на входния сигнал, като например т HL <1,0 мс, (т LH) < 1.0 микросекунди. Това е, когато вече продължителността на прехода на входния сигнал единица на нула и от нула до един чип може да бъде нестабилна, грешна, извън кутията.

Третият е също такива параметри включват нивото на представителство е допустимо напрежение електрически вериги (UCC) и максимална консумация на ток чип (I вв). Например, може да се определи:

В същото време консумацията на ток I CC зависи от изходното ниво чип текущата аз ол и I ОН. Тези параметри трябва да се вземат предвид при избора на захранване за проектиран устройството, както и в производството на печатни платки в избора на ширината на провеждане на пътеките.

Накрая, на трето ниво включва редица параметри, които често се споменават в литературата, но не винаги са в таблиците с поглед нагоре:

Праг - нивото на входното напрежение над която сигналът се възприема като едно цяло и по-долу - нула. За най-честите TTL чипове е приблизително равна на 1.3 ... 1.4 V.

Имунитетът • - параметър, характеризиращ входния интерференция на сигнала величината се наслагва върху входния сигнал, който не може допълнително да се промени състоянието на изходните сигнали. Имунитетът се определя от разликата между напрежението U IH и минималния праг (това е шумоустойчивост на едно ниво), както и разликата между праговото и U на IL (това е имунитетът на шум нулево ниво).

съотношениеразклонения - броя на записите, които могат Той е свързан с този изход, без да пречи на работата. Този параметър се определя от съотношението на изходния ток на входа. Standard разклоняване коефициент стойност при използване на чипове от същия тип (един комплект) е равен на 10.

Товароносимост - изходен параметър, който характеризира стойност на изходния ток, който може да бъде изведен на товара този изход, без да пречи на работата. Най-често, капацитетът на натоварване е пряко свързана с разклоняване съотношение.

По този начин, повечето от параметрите на модели чипове принадлежат към третото ниво на представителство (на модела на базата на електрически ефекти), така че в повечето случаи (80%) знаят, не се изисква точните им стойности от сърце. Достатъчно, за да знаете приблизителната стойност на параметрите на модела за тази серия от чипове,

1.3. На входовете и изходите на цифрови интегрални схеми

Характеристики и параметры входов и выходов цифровых микросхем определяются прежде всего технологией и схемотехникой внутреннего строения микросхем. Но для разработчика цифровых устройств любая микросхема представляет собой всего лишь «черный ящик», внутренности которого знать не обязательно. Ему важно только четко представлять себе, как поведет себя та или иная микросхема в данном конкретном включении, будет ли она правильно выполнять требуемую от нее функцию.

Наибольшее распространение получили две технологии цифровых микросхем:

• TTL (TTL) и STTL (TTLS) - биполярен транзистор-транзисторна логика и TTL с Шотки диоди;


• CMOS (CMOS) - допълнителни транзистори със структурата на "метал-оксид-полупроводник".

Фиг. 1.7. Входни и изходни етапи STTL чипове.

Фиг. 1.8. Вход и изход етап CMOS чипове.

Те се различават по вида на транзистори, използвани в инженерни решения и вътрешни Cascade чипове. Имайте предвид също, че чиповете CMOS консумират много по-малко ток от електрическата мрежа в сравнение със същия чип TTL (или STTL), но само в статичен режим или в малки работни честоти. Фиг. 1.7 и 1.8 показват примери на схеми вход и изход етапи на чипове, направени с помощта на тези технологии. Ясно е, че точна документация за всички: на последиците от тях вериги включващи множество транзистори, диоди и резистори, е изключително трудно, но обикновено не се нуждаят от цифров дизайнер верига.

Помислете входовете на чип.

На първото ниво на представителство (логически модел) и на второ ниво на представителство (модел с закъснения време) на чиповете не е нужно да се знае нищо входове. Влез разглежда като безкрайно голяма устойчивост, не се отразява на резултатите, свързани с него. Въпреки това, броят на входове, свързани към един изход засяга времето за размножаване, но обикновено леко, така че този ефект се счита рядко.

Дори па представителство трето ниво (електрически модел), в повечето случаи не е необходимо да знаете за вътрешната структура на чипа на входовете на верига дизайн. Достатъчно е да се предположи, че когато се прилага към входния сигнал е логическа нула от този вход настоящите потоци, не повече от I IL, и когато сигналът е логиката един от входните настоящите потоци, не повече от I IH. За правилното функциониране на логически схеми достатъчно ниво на напрежение към логиката нула входния сигнал е по-малко Уил, логика един вход на ниво на сигнала на напрежението е по-голямо U IH.

Специален случай е ситуацията, когато някои вход не е свързан с някой от изходите, или към земята или към линията на захранването (т.нар висящи вход). Понякога Възможности чипове не са напълно усвоени, а някои входни сигнали не са. Въпреки това, чипът не може да работи или ненормално поведение, тъй като включването му дава право на всички нива входове логика, дори и постоянен. Затова се препоръчва да се прилага за неизползвани входове напрежение доставка Ucc чип, или да ги свържете към GND (земя), в зависимост от това дали логическото ниво е необходимо на този вход. Но по някаква серия от чипове, направени от TTL технологии (например, K155 или KR531), неизползваните входове трябва да бъдат свързани към шината за захранване не е пряко, а само чрез стойността на резистор от около 1 ома (само един резистор 20 входа).

На несвързани входове TTL чипове генерират напрежение от около 1.5-1.6 V, което понякога се нарича висящ капацитет. Обикновено, това се възприема като сигнал чип логика един, но се надявам, че не си струва. Потенциалът, генерирани при входовете несвързани CMOS чипове могат да се разглеждат като чип и логика нула и логика edinitsa- Във всеки случай, всички входове трябва да бъдат някъде да бъдат свързани. Несвързани позволено само да напуснат тези входове (TTL, не KMOG1), състоянието на които включването на чипа не е от значение,

Чипът изходи са коренно различни от входовете, които включват техните функции дори необходимо в първото и второто ниво на производителност.

Има три вида на изходните етапи, се различават значително по своите характеристики, както и за приложения:

* Стандартна изходна, или изход с две държави (означен 2С, 2S, или, по-рядко, TTL, TTL);

* С отворен изход колектор (означен с (OK, OS);

* Output три състояние, или (което е същото) може да бъде изключен (посочена от АП, 3S).

Стандартен изход 2С има само две държави; логика нула и логика един, и двете от тези условия са активни, т.е. изходните токове и в двете държави (I ол. и аз OH) може да достигне значителни стойности. В нерв и второто ниво на представяне на тази мощност може да се счита, че се състои от две ключове, които се затварят по време (фигура 1.9) и затворена горна ключ съответства на логическа единица продукция, и затворен отдолу - логическа нула.

Отворен колектор изход ОК също има две възможни състояния, но само един от тях. (Логика нула състояние) е активен, че се предвижда голяма мивка ток I ол. Вторият държавата се намалява, в действителност, за да се гарантира, че продукцията е напълно изключена от входовете, свързани с тях. Това състояние може да се използва като логично едно, но това между изход и захранващото напрежение OK, трябва да свържете ограничаващ резистор R на (така. Наречен гостилница) от порядъка на стотици ома. Първата и втората нива на представянето на тази продукция могат да се считат, състояща се от odnoyu превключвате, което съответства на затвореното състояние, логично нула, и открито (Фигура 1.9.) - инвалиди, пасивно състояние. Въпреки това, големината на резистор R зависи от изхода на превключване нула до един, който влияе на забавяне т LH, но обикновено се използват номинални стойности на резистори не е много важно.

Фиг. 1.9. Три варианта на цифровите изходи на чипове,

И накрая, на изхода на трите състояния на AP е много подобен на стандартния изход, но се добавят двете държави, а третият - на пасивни, в които изходът може да се счита изключен от последващо веригата. Първото и второто ниво на представяне на такъв разтвор може да се разглеждат като състоящи се от два превключватели (Фигура 1.9), които могат да бъдат затворени в даден момент, като логическа нула или логическа единица, но може по отваря едновременно. Този трети състояние се нарича също високо съпротивление или Z-състояние, да се прехвърлят на изхода на третия Z-държава, специален контрол върху въвеждането на определен OE (Output Enable - Output резолюция) Go EZ (Активиране на Z-състояние - одобрение Z-членка или от трета държава) ,

Защо допълнение към стандартния изход (2С) бяха предложени два вида изходи (OC и AP)? Фактът, че добивите, в допълнение към налага активно състояние и пасивно състояние дори много удобно да ги комбинирате заедно. Например. ако един и същи вход е необходимо от своя страна да даде сигнали към двата изхода (фиг. 1.10), изходите 2С не са подходящи за тази цел, но изходите OK и AP е удобно.

Фиг. 1.10. Комбинирането на цифрови изхода чип,

При комбиниране на две или повече обекти 2С е възможно ситуация, в която един стреми да се получи изходен сигнал е един логика, а другият - сигнал на логиката нула. Тя лесно се вижда, че в този случай през горния изход в ключов издаване единица, и през долния изход в ключови издаващи нулеви неприемливо ще високи ток на късо съединение I RS , Тази извънредна ситуация, в която изход логическото ниво на приетия сигнал не е точно определен, може да се види и последвано от нула вход, и като едно цяло. Противоречиви резултати дори и да не успеят, да наруши функционирането на чипа и веригата като цяло.

Но в случай на комбиниране на двата изхода OK такъв конфликт не може да се случи по принцип. Дори ако превключвател освобождаване е затворен и други отворени, не аварийно случи, тъй като неприемливо голям ток няма, тъй като в съставния изходния сигнал е логическа нула. И когато два аварийни изхода AP че е възможно (ако двата изхода са едновременно в активно състояние), но това може лесно да бъде избегнато чрез организиране на схема, така че в активно състояние винаги ще бъде само един от комбинираните резултати от AP.

Комбинирайте цифрови изхода чип абсолютно необходимо също така, когато гумата (или, както се казва, на багажника) Комуникацията между цифрови устройства. използват шина организационни връзки, например, в компютри и други микропроцесорни системи. Същността му е, както следва.

Фиг. 1.11. Класически отношения организация

В класическите организационни връзки (фиг. 1.11), всички сигнали, предавани между устройства в техните индивидуални лилии (проводници). Всяко устройство предава своите сигнали за всички други устройства, независимо от други устройства, в този случай обикновено се оказва много различни линии на същите правила на обмена на сигнали по тези линии (или протоколи obmela) са изключително разнообразни.

Фиг. 1.12. Автобусни връзки организация.

Когато връзките автобусна компания (фиг. 1.12), всички сигнали, предавани между устройства на същите линии (проводници), но в различни моменти от време (наречен с разделяне по време мултиплекс), В резултат на това броят на комуникационни трасета се рязко намаляват, както и правилата за обмен на сигнали значително опростени , линии група (сигнали), използвани множество устройства, просто наречен автобус. Ясно е, че комбинацията от изхода в този случай е абсолютно задължително, защото всяко устройство трябва да може да издава сигнал за обща линия. Недостатъците на автобусна компания се отнася особено ниски (в сравнение с класическата структура на облигациите) скоростта на обмен на сигнали, автобус предприятие може да бъде излишно с проста комуникация структура.

Но да се върнем към вида на цифров изход чипове.

На трето ниво на представителство (електрически модел), вече трябва да се вземе предвид, че ключовете изход (фиг. 1.9) не са прости превключвате ключове (като в първите две нива на представяне), и транзисторни ключове с конкретни параметри. Въпреки това, в повечето случаи е достатъчно да се знае кои ток може да даде това, достъп до логическите нулеви членки (I OL) и логически единици (I OH). Стойностите на тези течения не трябва да надвишава сумата от токовете на всички входове, свързани към този изход (или аз IL, и аз Ш). Брой на суровини, които могат да бъдат свързани един изход, определя разклоняване съотношение или товароносимост на чипа. Има конвенционален чип товароподемност, и с повишена товароносимост (повече от обичайното два пъти или повече). AP изходи, като правило, имат по-висок капацитет на натоварване (т.е. осигури големи изходни токове). Изходи QA и 2С може да бъде както нормално и с висока товароносимост.

На трето ниво на представителство (електрически модел), вие също трябва да се вземе предвид заключението, издаден от големината на изходното напрежение U OL чип и U О,. ОК изходи могат да бъдат изчислени в нормално напрежение на изхода на логическа единица (U OH UCC = 5 V), и на логическа единица подсилен напрежение (30 V). В последния случай, този външен резистор е изход (виж. Фиг. 1.9) е свързан с високо източник на напрежение.

Само в сложни случаи, например когато логика елемент в режим на линейно поради обратна връзка, е необходимо да се даде възможност за други параметри на входните и изходните етапи. Но в онези редки случаи, много по-лесно и по-безопасно да не приемем нищо, и се използва стандартен чип позволи вериги или изберете режима и ценности лицето на външни компоненти (резистори, кондензатори) директно върху оформлението на проектирано устройство. За разлика от изчисляването на такъв подход ще даде пълна гаранция за изпълнение на избраните решения.

1.4. Basic нотация на схеми

За изображения на електронни устройства и техните компоненти, използвани три основни вида схеми:

• концепцията;

• блокова схема;

• функционална схема.

Разграничаване между тези три вида схеми за назначаването му и, най-важното е, че нивото на детайлност, преобразувател на изображението,

Концепцията - това е най-подробна схема. Това със сигурност показва всички елементи, използвани в устройството и всички връзки между тях. Ако схемата се основава на чипа, номерата трябва да бъдат показани резултатите от всички входове и изходи на тези схеми. Концепцията е да се позволи пълно разгръщане устройство. Наименования концепция най-строго стандартизирани, отклонение от стандартите не се препоръчва,

Блок схема - това е най-малко подробна схема. Той е предназначен за показване на структурата обшивам устройство, което е, нейните основни звена, възли, детайли, както и основните връзки между тях. От диаграмата на блок трябва да е ясно защо се нуждаете от тази на продукта и това, което прави в основните режими на работа, тъй като взаимодействието на нейните части. Символи на блок-схемата могат да бъдат доста произволни, въпреки че някои стандартни правила все още са по-ефективни.

Функционална схема е хибрид структура и концепции. Някои от прости блокове, компоненти, части на устройството са показани на него като блок схема, а другите - както в концепцията. Функционална схема ни позволява да разберем цялата логика на устройството и всички нейни разлики от други подобни устройства, но не може да се възпроизведе това устройство без допълнително самостоятелна работа. По отношение на наименованията, използвани в функционални схеми, частта показана като структурата, те не са стандартизирани и в частта, показана като електрическа схема, са стандартизирани.

Техническата документация е задължително структурна или функционална блокова схема, както и задължително концепция. Помислете основната нотация, използвана в диаграмите.

Тегловни единици, възли, части, компоненти, електрически вериги са показани като кутии със съответните надписи. Цялата комуникация между всички предавани сигнали са показани като линии, свързващи тези правоъгълници. Входове и I / O трябва да са разположени от лявата страна на правоъгълника, изходи - от дясната страна, но това правило често се нарушават, когато това е необходимо, за да се опрости схемата на веригата. Заключения мощност и комуникация обикновено не се показват, освен ако не се използва нестандартно включване на елементи на схемата. Това са общи правила за всички схеми.

Преди да се обърнат към по-общите правила, е необходимо DAT някои дефиниции.



Положителен сигнал (положително полярност) - това е сигнал, който е активното ниво - логическа единица, която е: нула - е липсата на единица сигнал - сигнал дойде (Фигура 1.13.).

Отрицателен сигнал (отрицателна полярност) - това е сигнал, който е активен ниво - логическа нула, че е: единица - е липсата на сигнал нула - сигнал дойде (Фигура 1.13.).

активното ниво на сигнала - ниво, съответстващо на пристигането на сигнала, т.е. прилагането на този сигнал, съответстващ на функцията му.

Пасивното ниво на сигнала - ниво, при което сигналът няма функция.

Обръщане или инверсия сигнал - той се променя своята полярност.

Инверсия изход - е изходния сигнал издаване обратна полярност по отношение на входния сигнал.

Директен достъп - е изход, издаване на полярността на сигнала, който е на входния сигнал.

Положителен сигнал край - е преходът на сигнала от нула до един.

Негативен сигнал ръб (капка) - преход сигнал за единство на нула.

Предният фронт на сигнала - преход на сигнала от пасивен ниво на активното ниво.

Задния край на сигнала - сигнал на прехода от активното ниво на пасивна ниво.

Clock (или Строб), - управляващ сигнал, който определя кога елемент или възел, изпълняващо функциите си.

Автобусът - група от сигнали (и съответните физически линии за пренос на тези сигнали), обединени от някакъв принцип. Например, в автобуса се нарича сигналите, съответстващи на всички битове на двоичен код.

За да се позове на полярността на вериги сигнал чрез едно просто правило: ако сигналът е отрицателен, преди името му се поставя знак минус, например, WR или корекция, или (по-рядко) на името на сигнала се сложи черта. Ако няма такива признаци, след това се счита за сигнал да бъде положителен. писма обикновено се използват за имена на сигнала, което представлява намаление на английски думи. Например, WR - сигнал за запис (Write - пиша).

Инверсия на сигнала е посочено от един кръг в мястото на влизане или излизане. Има обърната входове и изходи са обърнати (фиг. 1.14).

Ако някой чип функционира до вход отпред, при влизането на място се поставя наклонена черта (при 45 °), където наклонът на дясно или на ляво се определя от предната - положителни или отрицателни - се използва в този случай (Фигура 1.14). ,

Фиг. 1.14. Определяне на входовете и изходите.

IC Output Type е маркиран със специална икона: Exit AP - прекоси диамант и OK изход - подчертаната ромб (Фигура 1.14.). Стандартен изход (2С) няма да бъдат маркирани.

И накрая, ако чипа е необходимо да се покаже на не-информационни терминали, т.е. терминали, които не са нито логически входа или логически изход, подобно заключение се отбелязва с кръстче (две перпендикулярни линии под ъгъл от 45 °). Това може да бъде, например, терминали за външни компоненти (съпротивления, кондензатори) или електрически щифтове (фиг. 1.15).

Схемата предвижда и специално предназначение за гуми (фиг. 1.16). На структурните и функционални схеми на гуми, означени с дебели линии или двойна стрелка, както и броят на сигнали в автобуса, показани в непосредствена близост до автобуса на наклонена черта пресичане. От концепцията на гумата също е обозначено с дебела линия, и включени в автобуса и сигналите, идващи от гумите са показани като перпендикулярна на фини линии автобусни с техните номера или имена (фиг. 1.16). При предаване на автобуса двоичен номериране започва с малко цифра на кода.

Фиг. 1.15. Основни заключения от не-информация.

Фиг. 1.16. Определяне на гуми.


Когато изображението на чипове, използвани съкратените имена на входните и изходните сигнали, отразяващи тяхната функция. Тези имена са поставени в картината до щифт. Също така е посочено върху образа на чипове изпълнява функция (обикновено топ центъра). чип Изображение понякога са разделени на три вертикални полета. Тя се отнася до левите поле входните сигнали, както и право - да изходните сигнали. В централната областта сложи името на чипа и символите на това, което предлага. терминали Non-данни могат да бъдат посочени като лявото и дясното поле, понякога те са показани в горната или долната страна на правоъгълника, чип за обработване на изображения.

Таблица. 1.2 показва някои общи обозначаване сигнали и чипсета функции. Устройството като цяло е обозначена с ДД на писмо схеми (от английски Digital - Digital) със съответния номер, например DD1, DD20.1, DD38.2 (след точка показва номера на елемент или единица в рамките на чип).

Таблица 1.2. Някои се отнасят до сигнали и чипс

назначение име уговорена среща
и И елемент
= 1 изключителни или Изключителна или
или ИЛИ порта
A адрес адресни битове
BF буфер буфер
C часовник Сигналът за часовник (Строб)
CE Clock Enable Резолюцията на часовник сигнал
CT брояч брояч
CS Chip Select Изборът чипове
D данни Бита данни, данни
DC Decoder декодер
EZ Активиране на Z-държавна Резолюция на трета държава
G генератор генератор
аз вход вход
IO Input / Output Input / Output
OE Output Enable Резолюция изход
MS мултиплексор мултиплексор
Q Quit изход
R Reset Reset (нулира)
RG Регистрирайте се регистър
S Определете Монтаж на единица
SUM суматор усойница
T тригер тригер
TS Terminal Count Завършва сметки
Z Z-държавна Състоянието на третия изход


1.5. Серия от цифрови интегрални схеми

В момента на разположение огромно разнообразие от цифрови чипове от най-простите до най-сложните елементи на логически процесори, микроконтролери и специализиран LSI (мащабни интегрирани чипове). Освободете цифрови микросхеми участват много компании, както в нашата страна и в чужбина. Ето защо, дори и класификацията на тези чипове е доста трудна задача.

Въпреки това, като основа в цифровата схема обикновено се счита за класически чипсет интеграцията на малък и среден мащаб, която се основава на TTL серия семейство на 74, произведени от няколко десетилетия редица фирми, като например американската фирма Texas Instruments (TA). Тези серии включват функционално пълен набор от чипове, които могат да бъдат създадени с помощта на различни цифрови устройства. Дори и с модерен компютърен дизайн сложни чипове с програмируеми логически (FPGA) използва най-простият модел на тази серия чипсет семейството на 74. В този случай, разработчикът равенства на компютъра в основата на обичайното елемент на схема за екрана си, а след това създава FPGA фърмуера, която изпълнява желаната функция.

Всеки чип серия семейство на 74 разполага със собствена наименование, и системата на националните символи серия е значително по-различна от тази, приета в чужбина.

Фиг. 1.17. От Texas Instruments нотация.

Като пример, помислете система от Texas Instruments нотация (фиг. 1.17). Пълното наименование се състои от шест елемента:

1. SN компания ID (за серия AC и ACT отсъства).

2. Температурен диапазон (семеен тип):

• 74 - търговски чип (температура на околната среда за биполярни интегрални схеми - 0 ... 70 ° C, за CMOS чип 40 ... + 85 ° C)

• 54 - военна чип (температура на околната среда 55 ... + 125 ° С).

3. Серията код (до три знака):

• Не - стандартно TTL серия.

• LS (ниска мощност Шотки) - ниска консумация на енергия серия STTL.

• S (Шотки) - STTL серия.

• ALS (Advanced Шотки) - подобрена серия STTL,

• F (FAST) - бърза серия.

• HC (High Speed ​​CMOS) - високоскоростен CMOS серия.

• HCT (Висока скорост CMOS с TTL входове) - NA серия, съвместими с TTL вход.

• AC (Advanced CMOS) - подобрен CMOS серия.

• ACT (Advanced CMOS с TTL входове) - AC серия, съвместим с TTL вход.

• БКТ (BiCMOS Technology) - серия с BiCMOS технология.

• AVT (Advanced BiCMOS Technology) - подобрена серия с BiCMOS технология.

• LVT (Voltage Technology Low) - поредица от ниско напрежение електрозахранване.

4. специален идентификатор тип (характер 2) - може да се пропусне.

5. вида на чип (от два до шест цифри). Списък на някои видове чипс е даден в допълнение.

6. Кодът за вид жилища (един до два знака) - може да се пропусне. Например, N - пластмасов корпус DIL (DIP), J - керамично тяло ДИЛ (DIC), T - плосък метален корпус.

Примери за нотация: SN74ALS373, SN74ACT7801, SN7400.

Вътрешен системни чипове нотация се различава от това счита доста значително (фиг. 1.18). Ключови елементи на следните наименования:

1. писмо K е широкото използване на чипове за военна употреба писмо не чипове.

2. Тип на корпуса на чип (един символ) - не може да присъства. Например, P - пластмасов корпус, M - керамични случай, B - без тяло чип.

3. Брой серия чипсет (от три до четири цифри).

4. Функцията чип (две букви).

5. брой чип (от една до три цифри). таблични функции и номера на чипа и таблица на съответствието им с чуждестранни аналози са дадени в приложението.

Фиг. 1.18. Наименованията за домашни микрочипове.

Примеры обозначений: КР1533ЛАЗ, КМ531ИЕ17, КР1554ИР47.

Основното предимство на вътрешния нотация е, че чипът маркировка може лесно да разбере неговата функция. Но Texas Instruments символи на система видими тип серия с това, което предлага.

Това, което отличава една от друга серия?

На първото ниво на представителство (логически модел) серия не се различават по нищо. Това означава, че една и съща серия от различни чипове работи при същата истина таблици, съгласно същия алгоритъм. Въпреки това, ние трябва да помним, че някои от чиповете са достъпни само в една от сериите, а някои не разполагате с няколко епизода.

На второто ниво на представителство (на модела, като се вземат предвид закъснението) стойността на поредица от различни забавяне разпространение на сигнала. Это различие может быть довольно существенным. Поэтому в тех схемах, где величина задержки принципиальна, надо использовать микросхемы более быстрых серий (табл. 1.3).

На третьем уровне представления (электрическая модель) серии различаются величинами входных и выходных токов и напряжений, а также, что не менее важно, токами потребления (табл. 1.3). Поэтому в тех устройствах, где эти параметры принципиальны, надо применять микросхемы, обеспечивающие, например, низкие входные токи, высокие выходные токи и малое потребление.

Серия К155 (SN74) — это наиболее старая серия, Она отличается не слишком хорошими параметрами по сравнению с другими сериями. С этой классической серией принято сравнивать все остальные.Серия К555 (SN74LS) отличается от серии К155 малыми входными токами и меньшей потребляемой мощностью (ток потребления почти втрое меньше, чем у К155). По быстродействию (по временам задержек) она близка к серии К155.

Серия КР531 (SN74S) отличается высоким быстродействием (задержки примерно в 3—4 раза меньше, чем у серии К155), но большими входными токами (на 25% больше, чем у К155) и большой потребляемой мощностью (ток потребления больше в полтора раза по сравнению с серией К155).

KR1533 Series (SN74ALS) се характеризира с повишено около два пъти в сравнение с производителността K155 и ниска консумация на енергия (по-малко от четири пъти от тази на K155). Входные токи еще меньше, чем у серии К555.

Серия КР1531 (SN74F) отличается высоким быстродействием (на уровне КР531), но малой потребляемой мощностью. Входные токи и ток потребления примерно вдвое меньше, чем у серии К155.

KR1554 Series (SN74AC) се различава от всички предишни такива с това, че се извършва в CMOS технология. Поэтому она характеризуется сверхмалыми входными токами и сверхмалым потреблением при малых рабочих частотах. Задержки примерно вдвое меньше, чем у серии К155.

Наибольшим разнообразием имеющихся микросхем отличаются серии К155 и КР1533, наименьшим — серии КР1531 и КР1554.

Следует отметить, что приведенные здесь соотношения по быстродействию стандартных серий довольно приблизительны и выполняются не для всех разновидностей микросхем, имеющихся в разных сериях. Точные значения задержек необходимо находить в справочниках, причем желательно использовать фирменные справочные материалы.

Чипове на различни серии обикновено са лесно интегрирани един с друг, което означава, че сигнали от изходите на серия от чипове могат безопасно да се подава към входовете на друга серия от чипове. Одно из исключений — соединение выходов ТТЛ, микросхем со входами КМОП микросхем серии КР1554 (74АС). При таком соединении необходимо применение резистора номиналом 560 Ом между линиями сигнала и напряжения питания (рис. 1.19).

Фиг. 1.19. Сопряжение микросхем ТТЛ и КР1554 (КМОП).

Когато изберете конкретен серия чипове също трябва да се има в предвид, че чип-мощен и бърз серия KR531 създаде висока степен на намеса върху релсите на снабдяване, и ниска консумация на енергия чипове К555 серия са много чувствителни към такива смущения. Поэтому серию КР531 рекомендуется использовать только в крайних случаях, когда необходимо получить очень высокое быстродействие. Не рекомендуется также применять в одном и том же устройстве мощные быстродействующие и маломощные микросхемы.

1.6. Корпуса цифровых микросхем

Большинство микросхем имеют корпус, то есть прямоугольный контейнер (пластмассовый, керамический, металлокерамиче-ский) с металлическими выводами (ножками). Предложено множество различных типов корпусов, но наибольшее распространение получили два основных типа:

• Корпус с двухрядным вертикальным расположением выводов, например: DIP (Dual In Line Package, Plastic) — пластмассовый корпус, DIC (Dual In Line Package, Ceramic) — керамический корпус. Общее название для таких корпусов — DIL (рис. 1.20). Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма (2,54 мм). Расстояние между рядами выводов зависит от количества выводов.

• Корпус с двухрядным плоскостным расположением выводов, например: FP (Flat-Package, Plastic) — пластмассовый плоский корпус, FPC (Flat-Package, Ceramic) — керамический плоский корпус. Общее название для таких корпусов — Flat (рис. 1.20). Расстояние между выводами составляет 0,05 дюйма (1,27 мм) или 0,025 дюйма (0,0628 мм).

DIL Flat

Фиг. 1.20. Примеры корпусов DIL и Flat

Номера выводов всех корпусов считаются начиная с вывода, помеченного ключом, по направлению против часовой стрелки (если смотреть на микросхему сверху). Ключом может служить вырез на одной из сторон корпуса микросхемы, точка около первого вывода или утолщение первого вывода (рис. 1.20). Первый вывод может находиться в левом нижнем углу или в правом верхнем углу (в зависимости от того, как повернут корпус). Микросхемы обычно имеют стандартное число выводов из ряда: 4, 8, 14, 16, 20, 24, 28,... Для микросхем стандартных цифровых серий используются корпуса с количеством выводов начиная с 14.

Назначение каждого из выводов микросхемы приводится в справочниках по микросхемам, которых сейчас имеется множество. Правда, лучше ориентироваться на справочники, издаваемые непосредственно фирмами-изготовителями. В данной книге назначение выводов микросхем не приводится.

Отечественные микросхемы выпускаются в корпусах, очень похожих на DIL и Flat, но расстояния между их выводами вычисляются по метрической шкале и поэтому чуть-чуть отличаются от принятых за рубежом. Например, 2,5 мм вместо 2,54 мм, 1,25 мм вместо 1,27 мм и т. д. Для корпусов с малым числом выводов (до 20) это не слишком существенно, но для больших корпусов расхождение в расстоянии может стать существенным. В результате на плату, рассчитанную на зарубежные микросхемы, нельзя поставить отечественные микросхемы и наоборот.

1.7. Функции цифровых устройств

Любое цифровое устройство от самого простейшего до самого сложного всегда действует по одному и тому же принципу (рис. 1.23). Оно принимает входные сигналы, выполняет их обработку, передачу, хранение и выдает выходные сигналы. При этом совсем не обязательно любое изменение входных сигналов приводит к немедленному и однозначному изменению выходных сигналов. Реакция устройства может быть очень сложной, отложенной по времени, неочевидной, но суть от этого не меняется.


Фиг. 1.23. Включение цифрового устройства.

В качестве входных сигналов нашего устройства могут выступать сигналы с выходов других цифровых устройств, с тумблеров и клавиш или с датчиков физических величин. Причем в последнем случае, как правило, необходимо осуществлять преобразование выходных аналоговых сигналов датчиков в потоки цифровых кодов (рис. 1.24) с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Например, в случае персонального компьютера входными сигналами являются сигналы с клавиатуры, с датчиков перемещения мыши, с микрофона (давление воздуха, то есть звук, преобразуется в аналоговый электрический сигнал, а затем — в цифровые коды), из кабеля локальной сети и т. д.

Фиг. 1.24. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование.

Выходные сигналы цифрового устройства могут предназначаться для подачи на другие цифровые устройства, для индикации (на экране монитора, на цифровом индикаторе и т. д.), а также для формирования физических величин. Причем в последнем случае необходимо преобразовывать потоки кодов с цифрового устройства в непрерывные (аналоговые) сигналы (рис. 1.24) с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и в физические величины. Например, в случае персонального компьютера выходными сигналами будут сигналы, подаваемые компьютером на принтер, сигналы, идущие на видеомонитор (аналоговые или цифровые), звук, воспроизводимый динамиками компьютера (потоки кодов с компьютера преобразуются в аналоговый электрический сигнал, который затем преобразуется в давление воздуха — звук).

Одно цифровое устройство может состоять из нескольких более простых цифровых устройств. Часто эти составные элементы называют блоками, модулями, узлами, частями. Если объединяется несколько сложных цифровых устройств, то говорят уже о цифровых системах, комплексах, установках. Мы в основном будем использовать термин «устройство» как занимающий промежуточное положение.

Связь между входными и выходными сигналами может быть жесткой, неизменной или гибко изменяемой (то есть программируемой). То есть цифровое устройство может работать по жесткому, раз и навсегда установленному алгоритму или по программируемому алгоритму. Как правило, при этом выполняется один очень простой принцип: чем больше возможностей для изменения связи входных и выходных сигналов, чем больше возможностей изменения алгоритма работы, тем медленнее будет цифровое устройство. Речь в данном случае, конечно же, идет о предельно достижимом быстродействии.

Иначе говоря, простые устройства с жесткой логикой работы всегда могут быть сделаны быстрее программируемых, гибких устройств со сложным алгоритмом работы. Жесткая логика также обеспечивает малый объем аппаратуры (малые аппаратурные затраты) для реализации простых функций. Зато программируемые, интеллектуальные устройства обеспечивают более высокую гибкость и меньшую стоимость при необходимости сложной обработки информации. А для реализации простых функций они часто оказываются избыточно сложными. Так что выбор между двумя этими типами цифровых устройств зависит от конкретной решаемой задачи.

Значительное число задач может быть решено как чисто аппаратным путем (с помощью устройств на жесткой логике), так и программно-аппаратным путем (с помощью программируемых устройств). В таких случаях надо смотреть, какие характеристики устройства являются самыми важными: скорость работы, стоимость, гибкость, простота проектирования и т. д., и в зависимости от этого выбирать то или иное решение, так или иначе перераспределять функции между программным обеспечением и аппаратурой.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Основни определения. Цифрови електроника все повече заместват традиционното аналогово момента

; Дата: 01.07.2014; ; Прегледи: 268; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.24
Page генерирана за: 0.155 сек.