Раздел 2 Полупроводниковые логические элементы

Введение

 

Приступав к изучению дисциплины, необходимо обратить внимание на понятия "схемотехника", "микропроцессор" и "микропроцессорные устройства". Под схемотехникой будем понимать техническую реализацию преобразований информации, математических преобразований и соотношений в виде электрических и электронных схем, реализованных на базе той или иной электронной технологии.

Под микропроцессором понимается устройство, представляющее собой одну или несколько больших интегральных схем (БИС) или сверхбольших интегральных схем (СБИС), вьшолняющих функции процессора ЭВМ.

Под микропроцессорными устройствами понимаются функционально законченные, программно управляемые вычислительные устройства.

После внимательного изучения классификации логических элементов и микропроцессоров, основных методов и принципов построения микропроцессорных устройств можно сформулировать основные проблемы, возникающие при использовании логических элементов и микропроцессоров, и задачи,                                                                                                                  решаемые

микропроцессорными устройствами в технических системах и средствах авиапредприятий. При этом следует отметить, что основой схемотехники и микропроцессорных устройств является алгебра логики (алгебра Буля), и для успешного построения микропроцессорных устройств необходимо изучить основные понятия алгебры логики.

 

Раздел 1. Основы алгебры логики

В цифровой технике сигналы обычно передаются в дискретной форме. Каждое значение дискретного сигнала представляется числом. Такой процесс в цифровой технике

называется кодированием, а совокупность полученных чисел - кодом сигнала. Важно понять, что дискретное сообщение состоит из набора чисел и символов. Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой     счисления. В цифровой технике используются позиционные системы счисления: двоичная, восьмиричная, шестнадцатеричная.

При изучении процессов преобразования информации в цифровой технике необходимо освоить основные понятия позиционных систем счисления, правила выполнения арифметических операций в них, правила перевода чисел из одной системы счисления в другую, понятая о числах с    фиксированной  и плавающей запятой.

Анализ и синтез логических устройств производится на основе математического аппарата алгебры логики (алгебры Буля). Поэтому после изучения позиционных систем кодирования следует глубоко понять и четко усвоить основные определения и законы алгебры логики.

В булевой алгебре переменные могут принимать только два значения: 0 и 1. Над переменными могут производиться три основных действия: логическое сложение, логическое умножение, логическое отрицание. Исходя из этих основных действий выводятся другие логические функции, основные законы алгебры Буля. При этом следует усвоить, что любая логическая функция представляет собой комбинацию простейших: функций: дизъюнкции, конъюнкции, отрицания т.е. комбинации этих простейших функций образуют функционально полную систему логических элементов.

Наконец, нужно рассмотреть задачи логического проектирования цифровых узлов и их классификацию. Основными задачами логического проектирования цифровых узлов (микросхем) являются обработка, преобразование и хранение цифровой информации. Они классифицируются по функциональному признаку, конструктивно-технологическому исполнению, напряжению питания, типу базовых логических операций и параметрам. При этом следует обратить внимание, что цифровые микросхемы выпускаются сериями. Внутри серии микросхемы совместимы, поэтому при изучении классификации микросхем следует рассмотреть примеры наиболее употребляемых серий микросхем.

 

Раздел 2 Полупроводниковые логические элементы

Под деляческими элементами понимаются электронные устройства, реализующие одну из логических функций.

Системой ЭВМ элементов называется функционально полный набор логических элементов, использующих одинаковый способ представления информации и одинаковый способ межэлементных связей и предназначенный для построения цифровых устройств. Система элементов чаще всего избыточна по своему функциональному составу, для того чтобы обеспечивалась простота схем синтезируемых цифровых устройств.

Рассмотрение логических элементов следует начинать с их классификации и основных характеристик.

Логические элементы классифицируются по нескольким основным признакам:                   по способу представления цифровой информации в элементах и способу связи между ними; по функциональному назначению; но использованию физических явлений и компонентов; по конструктивно-технологическому выполнению элементов.

При расчете и сравнении логических элементов используется совокупность основных характеристик. Основными характеристиками логических элементов являются быстродействие, потребляемая мощность и напряжение питания, коэффициент объединения по входу, коэффициент разветвления но выходу, устойчивость против внешних воздействий, степень интеграции, надежность, стоимость.

После изучения классификации логических элементов по основным признакам и определений их основных характеристик следует рассмотреть логические элементы по виду электрических сигналов. По виду электрических сигналов логические элементы делятся на потенциальные, потенциально-импульсные и импульсные. Наиболее употребляемыми типами логических элементов, классифицируемых по виду электрических сигналов, являются:

- потенциальные элементы диодной логики;

- потенциальные элементы резисторно-транзисторной логики;

- потенциальные элементы резисторно-конденсаторной транзисторной логики;

- потенциальные элементы диодно-тразисторной логики;

- потенциальные элементы транзисторно-транзисторной логики;

- потенциальные элементы транзисторной логики с эмигтерныш связями;

- эмитгерно-связные логические элементы;

- логические элементы на полевых транзисторах;

- логические элементы с инжекционным питанием.

При изучении типов логических элементов необходимо разобраться в принципах их схемной реализации и работы, в основных свойствах, знать основные значения характеристик.

Раздел 3. Триггеры

 

Триггеры - это логические устройства с памятью. Они составляют основу функциональных узлов последовательного типа. От функциональных возможностей триггеров и режимов управления их работой зависят характеристики счетчиков, делителей, регистров и других узлов. В современных сериях триггеры представлены широко и разнообразно и классифицируются следующим образом;                  одноступенчатые и двухступенчатые, асинхронные  с записью по одному и по двум входам, со счетным  входом и универсальные по применению, со статическим и динамическим управлением.

Трштерами с одним управляющим входом являются D-триггеры и Т-триггеры.

К триггерам с двумя убавляющими входами относятся RS - триггеры, RST-триггеры,  DV-триггеры, DF-триггеры, Ж- триггеры.

Рассмотрение раздела триггеров следует начинать с изучения определения триггера, типов.триггеров согласно их классификации.

Затем нужно рассмотреть RS-триггеры, так как они являются основой построения других триггеров.

Наконец, рассмотреть D-триггёры, DV-триггеры, DF-триггеры. В завершение изучения триггеров следует рассмотреть Ж- триггеры.

При изучении триггеров следует четко понять принципы их  построения и работы, технические характеристики, достоинства и недостатки.