„ DİJİTAL DEVRE MÜHENDİSLİĞİ ”
HARKOV 2006
Önsöz
1 DİJİTAL MİKRO DEVRE MÜHENDİSLİĞİNİN MANTIK VE DEVRE TEMELLERİ
1.2 Mantık öğeleri
2 KOMBİNASYON ŞEMALARI
2.1 Temel bilgiler
2.2 Kod Çözücüler
2.3 Karıştırıcılar
2.4 Demultiplexer'lar
2.5 Çoklayıcılar
2.6 Aritmetik birimler
3 TETİK CİHAZI
3.1 Temel kavramlar
3.2 Asenkron RS flip-flop
3.3 Senkron tetikleyiciler
4 KAYIT
4.2 Bellek kayıtları
4.3 Vardiya kayıtları
4.4 Tersinir kayıtlar
4.5 Evrensel kayıtlar
5 SAYAÇ
5.4 Yukarı/Aşağı sayaçları
ÖNSÖZ
Bu kılavuz, disiplinlerin incelenmesini sağlayan bilgileri içerir:
- Uzmanlık öğrencileri için "Dijital devre mühendisliği" 5.091504 (Bilgisayar ve akıllı sistem ve ağların bakımı);
- Uzmanlık öğrencileri için "Mikro devre" 5.090805 (Tasarım, üretim ve BakımÜrün:% s elektronik Mühendisliği);
- Uzmanlık öğrencileri için "Elektronik cihazlar ve mikro elektronik" 5.090704 (Radyo cihazlarının tasarımı, üretimi ve bakımı).
Bu çalışmada sunulan materyal, öğrencileri modern dijital mikro devrenin temelleri ile tanıştırmayı amaçlamaktadır ve ana türleri içerir. dijital cihazlar Hem küçük ve orta derecede entegrasyon mikro devreleri şeklinde bağımsız ürünler olarak hem de yüksek derecede entegrasyonun mikro devrelerinin bir parçası olarak yaygın olarak kullanılan : mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler.
Kılavuz beş bölümden oluşmaktadır:
Sayısal mikro devrelerin mantık ve devre temelleri,
kombinasyon şemaları,
tetikleme cihazları,
kayıtlar,
Sayaçlar.
Materyalin sunumu, dijital cihazların analizi ve sentezinin temel teorik ilkelerini tutarlı bir şekilde “basitten karmaşığa” sunacak şekilde yapılandırılmıştır. Her bölüm, incelenen cihazın sembolik grafik tanımı, çalışma tablosu, işlevsel veya devre şeması ve gerektiğinde işin zamanlama diyagramları hakkında bilgi sağlayan alt bölümleri içerir. Her şema verilir Detaylı Açıklamaçalışmasının mantığı, konunun her öğrencisinin iş analizi ilkelerine hakim olacağı şekilde dijital devreler ve gerekli becerileri kazandı. Yukarıdaki şemaların her biri için tipiktir bu cihaz. Bu, başka bir devre uygulamasını hariç tutmaz.
Konunun gelişimini daha rahat ve görsel hale getirmek için temel kavramlar, tanımlar, kurallar koyu renkle vurgulanmıştır.
Materyal sunumunun, incelenen dijital cihazların artan karmaşıklığına göre gerçekleştirildiği ve aynı zamanda, sonraki her konunun bir öncekinin materyaline dayandığı göz önüne alındığında, bu metodolojik kılavuzun ilgili bölümlerin yer aldığı sıra.
Bu kılavuz, yalnızca dijital mikro devrelerin teorik temellerinin incelenmesinde değil, aynı zamanda amacı, dijital cihazların montajında ve hatalarının ayıklanmasında bilgiyi derinleştirmek ve pratik beceriler kazanmak olan laboratuvar çalışmalarına hazırlanırken de faydalıdır. Kılavuz, kendi kendine çalışmanın yanı sıra kurs ve diploma tasarımı için de kullanılabilir.
1 MANTIK ve devre mühendisliği DİJİTAL MİKRO DEVRE MÜHENDİSLİĞİNİN TEMELLERİ
1.1 Mantık cebirinin temel kavramları
Mantık, yasaların ve düşünce biçimlerinin bilimidir.
Matematiksel mantık, mantıksal problemleri çözmek için matematiksel yöntemleri uygulama bilimidir.
Tüm dijital bilgi işlem aygıtları, belirli mantıksal işlemleri gerçekleştiren öğeler üzerine kuruludur. Bazı öğeler, dijital veya diğer bilgileri temsil eden ikili sembollerin işlenmesini sağlar, diğerleri - bilgilerin iletildiği kanalların değiştirilmesi ve son olarak, üçüncü - kontrol, çeşitli eylemlerin etkinleştirilmesi ve bunların uygulanması için koşulların gerçekleştirilmesi.
Bu elemanların giriş ve çıkışlarında hareket eden elektrik sinyalleri, kural olarak, iki farklı seviyeye sahiptir ve bu nedenle, örneğin 1 veya 0 gibi ikili sembollerle temsil edilebilir. Bir olayın tamamlandığını belirtmeyi kabul edelim (çünkü örneğin, yüksek bir voltaj seviyesinin varlığı - veya devrede bir nokta) sembolü ile 1 Bu sembole mantıksal birim denir. Herhangi bir olayın olmaması, mantıksal sıfır olarak adlandırılan 0 sembolü ile gösterilecektir.
Böylece, bir ikili elemanın girişindeki veya çıkışındaki her bir sinyal, yalnızca iki değer alabilen bir mantıksal değişkenle ilişkilendirilir: bir mantıksal birimin durumu (olay doğrudur) ve bir mantıksal sıfırın durumu (olay yanlıştır). ). Bu değişkenler, on dokuzuncu yüzyılda matematiksel mantığın temel ilkelerini geliştiren İngiliz matematikçi J. Boole'dan sonra boolean olarak adlandırılır. Boole değişkenini x olarak gösterelim.
Çeşitli boole değişkenleri, işlevsel bağımlılıklarla bağlanabilir. Örneğin, y \u003d f (x1, x2) ifadesi, y mantıksal değişkeninin, bağımsız değişkenler veya girdi değişkenleri olarak adlandırılan x1 ve x2 mantıksal değişkenlerine işlevsel bağımlılığını gösterir.
Herhangi bir mantıksal işlev, her zaman bir dizi basit mantıksal işlem olarak temsil edilebilir. Bu işlemler şunları içerir:
Olumsuzlama ("DEĞİL" işlemi);
Mantıksal çarpma (bağlaç, "VE" işlemi);
Mantıksal ekleme (ayrılma, "VEYA" işlemi).
Olumsuzlama (DEĞİL işlemi), girdi mantıksal değişkeni x ile çıktı mantıksal değişkeni y arasında, y'nin yalnızca x yanlış olduğunda doğru olduğu ve tersine, y'nin yalnızca x doğru olduğunda yanlış olduğu böyle bir mantıksal ilişkidir. Bu işlevsel bağımlılığı doğruluk tablosu olarak adlandırılan tablo 1.1 şeklinde gösterelim.
Doğruluk tablosu, ikili argüman değerlerinin olası tüm kombinasyonlarının mantıksal bir fonksiyonun değerlerine karşılık geldiğini gösteren bir tablodur.
Tablo 1.1 - "DEĞİL" işleminin doğruluk tablosu
| x | y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
y değişkeninin mantıksal DEĞİL işlevi y = olarak yazılır ve "y x değil" olarak okunur. Örneğin, x yüksek seviyeli (mantıksal) bir iddiaysa, y düşük seviyeli (mantıksal sıfır) bir iddiaya karşılık gelir.
Mantıksal çarpma (bağlaç, "VE" işlemi), yalnızca tüm çarpılan değişkenler aynı anda doğru olduğunda doğru olan bir fonksiyondur. Mantıksal çarpma işleminin doğruluk tablosu Tablo 1.2'ye karşılık gelmektedir.
Tablo 1.2 - Mantıksal çarpma işleminin doğruluk tablosu
| x2 | x1 | y |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
VE işlemi bir nokta ( ) ile gösterilir. Bazen bir nokta ima edilir. Örneğin, x1 ve x2 değişkenleri arasındaki VE işlemi y = x1 x2 olarak gösterilir.
Mantıksal toplama (ayrılma, “VEYA” işlemi), yalnızca değişkenlerin tüm terimleri aynı anda yanlış olduğunda yanlış olan bir fonksiyondur. Mantıksal toplama işleminin doğruluk tablosu Tablo 1.3'e karşılık gelmektedir. "VEYA" işlemi V işaretiyle gösterilir. Örneğin, y \u003d x1 V x2.
Tablo 1.3 - Mantıksal toplama işleminin doğruluk tablosu
| x2 | x1 | y |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
1.2 Mantık öğeleri
1.2.1 Mantık öğeleri hakkında genel bilgiler
Mantık elemanları, en basit mantık fonksiyonlarını uygulayan elektronik devrelerdir.
Mantıksal elemanlar, alanında bir sembolün gösterildiği, bu eleman tarafından gerçekleştirilen işlevi gösteren dikdörtgenler şeklinde şematik olarak temsil edilir. Örneğin, Şekil 1.1, NOT, AND, OR, AND-NOT, OR-NOT mantıksal işlevlerini uygulayan öğelerin sembollerini gösterir.
Şekil 1.1-Semboller mantıksal öğeler DEĞİL, VE, VEYA, VE-DEĞİL, VEYA-DEĞİL
Giriş değişkenlerini solda ve çıkış değişkenlerini sağda göstermek gelenekseldir. Bilgi aktarımının soldan sağa gerçekleştiğine inanılmaktadır.
Bazı elemanların çıkışları diğerlerinin girişlerine bağlanırsa, daha karmaşık bir işlevi uygulayan bir devre elde ederiz. Toplama çeşitli tipler herhangi bir mantıksal işlevi yeniden oluşturmak için yeterli olan öğelere mantıksal temel adı verilir. AND ve NOT öğeleri böyle bir mantıksal temeli temsil eder.
Mantıksal temel, yalnızca bir tür elemandan oluşabilir, örneğin şeması Şekil 2'de gösterilen AND-NOT tipi bir eleman. 1.2.
Şekil 1.2 - AND-NOT elemanı elde etme şeması
AND-NOT öğesinin çok yönlülüğü, dijital hesaplama için mantıksal aygıtların yaratılmasında geniş uygulamasını sağlamıştır.
En basit mantıksal işlevleri uygulayan bir dizi başka öğe vardır. Bunların arasında, örneğin, iki değişkenin eşdeğersizliği işlevini uygulayan toplama modulo iki (hariç VEYA) öğesi bulunur:
Doğruluk tablosu ve böyle bir elemanın sembolü, Şek. 1.3.
| x2 | X1 | saat |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Şekil 1.3 - XOR öğesinin doğruluk tablosu ve sembolü
Eşitsizlik işlevi, yalnızca xl ve x2 değişkenlerinin farklı değerlere sahip olması durumunda bire eşittir.
1.2.2 Mantık parametreleri
protozoa dijital elemanlar aşağıdaki parametrelerle karakterize edilir:
hız ts av,
Yük kapasitesi (çıkış bölme faktörü) n,
Giriş birleştirme faktörü (mantıksal eleman girişlerinin sayısı) t,
bağışıklık Birimi,
Güç tüketimi Рср,
Besleme gerilimi U,
sinyal seviyesi.
Hız bunlardan biridir en önemli parametreler, ortalama sinyal yayılım gecikme süresi ile karakterize edilir
devrenin açılma ve kapanma gecikmeleri nerede ve nelerdir (Şekil 1.4).
Şekil 1.4-Devreyi açma ve kapatma gecikmeleri
Yük kapasitesi, belirli bir mantıksal öğenin performansına zarar vermeden çıkışına aynı anda kaç mantıksal girişin bağlanabileceğini gösterir.
Giriş havuzlama faktörü, mümkün olan maksimum kapı girişi sayısını belirler. m'deki bir artış, VE-NOT, OR-NOT, vb. üzerinde daha fazla sayıda argümandan bir fonksiyon uygulayarak devrenin mantıksal yeteneklerini genişletir, ancak performans ve gürültü bağışıklığı bozulur.
Gürültü bağışıklığı, bir elemanın parazit varlığında doğru şekilde çalışma yeteneğini karakterize eder. Gürültü bağışıklığı, devrenin çalışmasını sağlayan izin verilen maksimum parazit voltajı ile belirlenir.
Güç tüketimi, ortalama bir değerle karakterize edilir
Рср = (Р0 + Р3)/ 2 ,
burada P0 ve P3, devrenin açık ve kapalı durumlarındaki güç tüketimidir. Cihazdaki devrelerin yaklaşık yarısının herhangi bir zamanda açık olduğu varsayılır. Bununla birlikte, karmaşık bir invertöre sahip cihazlarda güç tüketimi, anahtarlamalarının frekansına bağlıdır. Bu nedenle, burada, anahtarlama darbelerinin izin verilen maksimum tekrarlama hızında ve ikiye eşit bir görev döngüsünde ortalama güç tüketimini hesaba katmak gerekir. Bu gücü belirlerken, devrenin tüm anahtarlama süresi boyunca ortalama alınır.
Mantık elemanları ayrıca kullanılan güç kaynaklarının sayısı ve besleme voltajının değerleri ile giriş ve çıkış sinyallerinin polaritesi ve seviyesi ile de karakterize edilir.
1.2.3 Temel mantık devreleri
Dijital devrelerin tüm devre çeşitleri ve teknolojik yapısı arasında en yaygın olarak iki ana çeşit kullanılır: TTL ve MOS devreleri.
1.2.3.1 Temel TTL entegre devreleri
TTL elemanlarının ana özelliği, içlerinde "VE" işlevini uygulayan çoklu yayıcı transistörlerin (MET) kullanılmasıdır. Temel entegre TTL devreleri NAND işlevini uygular ve iki tür çıkışa sahiptir: çıkış transistörü VT4'ün (R3, VT3, VD) toplayıcısında bir yük ile ve bir açık toplayıcı ile. Her iki seçenek de şekil 1.5 ve 1.6'da gösterilmiştir.
Şekil 1.5-Çıkış transistörünün kollektöründe yük bulunan temel TTL entegre devresi
Şekil 1.6-Temel Açık Kollektör TTL Entegre Devresi
Şekil 1.5'teki devrede, "DEĞİL" işlemini gerçekleştiren VT2-VT4 transistörleri üzerinde karmaşık bir invertör uygulanır, bu da devrenin yüksek yük kapasitesi, yeterli hız ve gürültü bağışıklığının sağlanmasını mümkün kılar. Ek olarak, + 5V devresi boyunca çıkış devresinde R3 - VT3 - VD - VT4 - ortak bir kablo üzerinden geçiş akımı yoktur, çünkü herhangi bir durumda, VT3 veya VT4 transistörlerinden biri kapalıdır.
Şekil 1.6'daki açık kollektör devresi, devrenin yük kapasitesini artıran birçok paralel çıkışa izin verir.
Farklı giriş sinyalleri setlerine karşılık gelen iki durum için temel TTL devresinin çalışma prensibini (Şekil 1.5) düşünün.
Durum 1. MET VT1'in tüm girişlerine bir mantıksal birimin seviyesine karşılık gelen voltajlar uygulanırsa, VT1'in emitör bağlantıları kapatılır ve akım, transistörün tabanına bir açık kollektör bağlantısı olan direnç R1 üzerinden akar. VT2, açılıyor. Şimdi akım, direnç R2'den akar, VT2'yi açar ve ardından verici VT2'den gelen yükseltilmiş akım, çıkış çevirme transistörü VT4'ün tabanına girer, onu doygunluğa açar, böylece çıkışı ortak bir kabloya bağlar - ve voltaj Y çıkışı mantık sıfır seviyesine karşılık gelir. Bu durumda, transistör VT3 kapanacaktır, çünkü. tabanının potansiyeli 1V'u geçmeyecek, bu da VT3'ü açmak için yeterli değil.
Yok canım:
UbVT3 \u003d UbeVT4 + UkeVT2 \u003d 0,7 + 0,3 \u003d 1V;
UeVT3 \u003d UkeVT4 + UVD \u003d 0,3 + 0,7 \u003d 1V.
UbeVT3 = UbVT3 - UeVT3 = 1 - 1 = 0.
Durum 2. MET VT1'in en az bir girişi, mantık sıfır seviyesine karşılık gelen bir giriş voltajına sahipse, karşılık gelen baz emitör VT1 geçişi açılacak, MET doyma durumuna geçecek ve kollektörünün potansiyeli yakın olacaktır. sıfır.
Daha doğrusu, mantıksal sıfırın 0,3V'u geçmediğini ve voltaj düşüşünün açık geçit baz - emitör VT1 - 0.7V, daha sonra baz VT1'in potansiyeli 0,3 + 0,7 = 1V'den fazla olmayacaktır. Bu nedenle, VT2 kapanacak ve VT4 de kapanacaktır. bunları açmak için her biri 0,7V'ye ve ayrıca VT1 temel toplayıcı bağlantısını açmak için 0,7V'ye ihtiyacınız vardır. Bu nedenle, VT2 - VT4 zincirini açmak için, VT1 temelinde, ilk duruma karşılık gelen en az 0,7 + 0,7 + 0,7 = 2,1V olması gerekir.
Transistör VT3 açılacak sonraki sebep. Çünkü VT2 kapatılır, o zaman R2 üzerinden akım olmaz ve buna bağlı olarak üzerinde bir voltaj düşüşü olur, bu nedenle VT2 toplayıcısındaki ve dolayısıyla VT3'ün tabanındaki potansiyel 5V'a yükselecektir. Devrenin çıkışında, + 5V'dan açık VT3'ten gelen mantıksal bir birimin seviyesine karşılık gelen bir voltaj ayarlanacaktır.
Dikkate alınan TTL devrelerine ek olarak, ana hatlarla ortak çalışmayı sağlamak için üç durumlu devreler mevcuttur (Şekil 1.7).
Şekil 1.7 - Temel üç durumlu TTL entegre devresi
Bu devrelerin adları yanıltıcı olabilir, çünkü bunlar aslında üç voltaj seviyeli mantık kapıları değildir. Bunlar, üçüncü bir çıkış durumuna sahip olan en yaygın mantık devreleridir - "kırılma". Yük devresindeki bir dirençle elemanların tüm avantajlarını ve açık kollektör devresinin sahip olduğu ortak bir veriyolu üzerinde çalışma yeteneğini birleştirir. Üç durumlu devrelerin ayrı bir kilitleme girişi C vardır (genellikle CS (Çip Seçimi - kristal seçimi) olarak gösterilir), bununla (ona bir mantık sıfır uygulandığında), hangi sinyallerin etki ettiğine bakılmaksızın üçüncü duruma ayarlanabilirler. mantık girişleri Üçüncü durum, hem VT3 hem de VT4 transistörlerinin kapalı olması ve çıkışın + 5V'a veya ortak bir kabloya bağlı olmaması ile karakterize edilir.
Geliştirilmiş performansları nedeniyle, genellikle açık kollektör devreleri yerine otobüs sürücüleri olarak kullanılırlar. Bu durumda bir yük direnci kurmak gerekli değildir.
1.2.3.2 MOSFET mantık devreleri
Şu anda, birkaç çeşit MOS transistör mantık devresi üretilmektedir. MOS yapılarına dayanan IC'lerin bir özelliği, bu devrelerde direnç olmaması ve doğrusal olmayan dirençlerin rolünün uygun şekilde bağlanmış transistörler tarafından yerine getirilmesidir. Yüksek yük kapasitesine ve gürültü bağışıklığına sahiptirler ve kristal yüzeyinde küçük bir alan kaplarlar, teknolojik olarak gelişmiş ve ucuzdurlar. MOSFET'ler, akımdan ziyade voltajla kontrol edilmeleri bakımından vakum tüplerine benzer.
MOS transistör devreleri, yeniden şarj etmek için belirli bir süre gerektiren MOSFET'in kapısı, kaynağı, tahliyesi ve substratı arasında oluşan oldukça önemli kapasitanslar nedeniyle bipolar transistör devrelerinden hala daha yavaştır.
En yaygın olanı, hem n-kanal hem de p-kanal transistörlerinin birlikte kullanıldığı CMOS devreleridir (tamamlayıcı MOS devreleri).
CMOS transistörlere dayalı devrelerin avantajları, düşük güç tüketimi, yüksek hız ve artırılmış gürültü bağışıklığıdır. Hepsinin kalbinde mantık CMOS devreleri bir CMOS invertörü bulunur (Şekil 1.8).
Şekil 1.8 - CMOS invertör
Şekil 3'te alt transistör n-tipi kanallı, üstteki transistör p-tipi kanallıdır. Her iki transistörün kapıları birleştirilir, bir kontrol voltajı ile beslenirler. Substratlar kaynaklara bağlanır. Girişe yüksek seviyeli bir voltaj (mantıksal birim) uygulandığında, n tipi kanallı (alt) bir transistör açılır ve p tipi kanallı (üst) bir transistör kapanır. Çıkış, bir mantık sıfır sinyalidir.
Aksine, girişe mantık sıfır seviyesine karşılık gelen bir voltaj uygulandığında, üst transistör açılır ve alt transistör kapanır. Çıkış, bir mantıksal birim sinyalidir.
VEYA-DEĞİL işlevini uygulayan devre Şekil 1.9'da gösterilmiştir.
Şekil 1.9 - Devre OR-NOT CMOS
A girişi, mantıksal bir birimin seviyesine karşılık gelen bir voltaj aldığında, transistör VT4 açılır ve VT1 kapanır, bunun sonucunda çıkış voltajı mantıksal sıfır seviyesine karşılık gelir. A ve B girişlerine mantık sıfır seviyesine karşılık gelen bir voltaj uygulandığında, transistörler VT3 ve VT4 kapanır ve VT1 ve VT2 açılır. Bu durumda, çıkış voltajı mantıksal bir birimin düzeyine karşılık gelecektir (yani, E voltajına yakın).
NAND fonksiyonunu uygulayan devre Şekil 1.10'da gösterilmiştir.
Şekil 1.10 - NAND CMOS Şeması
CMOS teknolojisinin dezavantajları arasında, transistörlerin bir miktar fazlalığı nedeniyle MOS teknolojisiyle aynı yüksek paketleme yoğunluğunu elde etmenin imkansız olduğu gerçeği yer alır. Ancak, CMOS devrelerinde sabit bir akım akışı yoktur, bu da statik modda güç tüketimini büyük ölçüde azaltır. Dinamik modda, transistörlerin elektrotlar arası kapasitanslarının yeniden şarj edilmesi ve tüm transistörlerin anahtarlama anında aynı anda açılması nedeniyle güç tüketimi artar, yani bu tür devrelerin güç tüketimi, anahtarlama frekansındaki artışla artar.
1.3 Mantık cebirinin temel yasaları
Mantık cebirinde aşağıdaki temel yasalar kabul edilir:
Değişmeli (değişmeliliğin özellikleri)
x1V x2 = x2V x1
x1 x2 = x2 x1
İlişkisel (çağrışımsallık özellikleri)
x1 V (x2 V x 3) = (x1 V x2) V x 3
x1 (x2 x 3) = (x1 x2) x 3
Dağıtıcı (dağılımın özellikleri)
x1 V x2 x 3 = (x1 V x2) (x1 V x3)
x1 (x2 V x 3) = x1 x2 V x1 x3
İnversiyon yasası (de Morgan kuralı)
bağlama kanunu
Değişmeli ve birleştirici yasalar sıradan cebirde bulunur ve şüpheye yer bırakmaz.
Sıradan cebirde çarpma için bir dağıtım yasası ve ters çevirme yasası yoktur. Bu kanunların ispatı, şu veya bu kanunu açıklayan denklemlerin sağ ve sol tarafları için doğruluk tabloları derlenerek yapılabilir.
Tersine çevirme yasası, ayrılmadan birleşmeye gitmek için kullanılabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Yani, örneğin, ters çevirme yasasını yansıtan ifadelerin sol ve sağ kısımlarına ters çevirme uygularsak, 
, ve ilerisi 
. NAND bazına geçiş için bir mantıksal devre tasarlarken böyle bir dönüşüme ihtiyaç duyulabilir.
Yapıştırma yasasında, birleşik temel ürünlerin her bir çifti, ilk ürüne olumsuzlama olmadan ve ikinci ürüne olumsuzlama ile giren yalnızca bir değişken (x2) ile farklılık gösterir. Bu tür temel ürünlere komşu ürünler denir. Yapıştırma yasası komşu ürünler için geçerlidir, bunun sonucunda toplanabilir ürün sayısı azalır ve değişken sayısı bir azalır. Geriye kalan tek değişken değişmeden kalandır.
1.4 Ayrık normal formlar
Aynı mantık cebir fonksiyonunu yazmak için birçok farklı form kullanılabilir. Temel ürünlerin toplamlarını temsil eden formlara ayrık normal formlar (DNF'ler) denir.
Temel bir ürün, faktörlerin yalnızca bireysel değişkenler veya bunların olumsuzlamaları olduğu bir üründür.
Açıkçası, aynı işlev birçok farklı DNF ile temsil edilebilir. Ancak, işlevin benzersiz bir şekilde yazılabileceği DNF türleri vardır. Bu formlara mükemmel ayırıcı normal formlar (PDNF) denir. SDNF, tüm değişkenlerin olumsuzlamalı veya olumsuzlamasız olduğu temel ürünlerin toplamı olarak tanımlanır.
Doğruluk tablosuna göre bir SDNF işlevi yazma kuralı:
Fonksiyonu bire dönüştüren tüm girdi değişkenleri kombinasyonları için, bu kombinasyondaki değişkenleri sıfıra eşitleyerek temel ürünleri yazın ve elde edilen tüm temel ürünleri mantıksal toplama işaretleriyle birleştirin.
Bir örnek düşünün. Fonksiyonun doğruluk tablosu tarafından verilmesine izin verin (Tablo 1.4). Bir fonksiyonun SDNF'sini doğruluk tablosuna göre yazmak gerekir.
Tablo 1.4 - Doğruluk tablosu
| x2 | x1 | x0 | F(x2, x1, x0) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
böyle bir fonksiyonun doğruluk tablosu, fonksiyonun bire eşit olduğu üç satır içerir. Bu satırların her biri, belirli bir girdi değişkeni kombinasyonuna karşılık gelir: 001, 100 ve 101.
Tablo 1.4'te sunulan fonksiyona SDNF notasyon kuralını uygulayalım ve giriş kombinasyonlarına karşılık gelen üç temel ürün elde edelim. Bu ürünleri mantıksal toplama işaretleri ile bağlayarak SDNF'ye ulaşırız:
F(x2, x1, x0) = .
1.5 Mantık fonksiyonlarının minimizasyonu
SDNF her zaman en basit fonksiyon ifadesi değildir. özdeş dönüşümler, mantıksal işlevlerin ifadelerini önemli ölçüde basitleştirmeyi (en aza indirmeyi) mümkün kılar. Her mantık işlevi kullanılarak uygulanır belirli küme cihazlar. Nasıl daha az ürün bir ifade içerir daha basit devre, ilgili mantıksal işlevi uygular. Bu nedenle, mantıksal işlevleri en aza indirgemek için yöntemleri düşünmek oldukça ilgi çekicidir.
Analitik ve tablosal minimizasyon yöntemleri vardır.
1.5.1 Analitik yöntemler
En yaygın olanı, doğrudan özdeş dönüşümler yöntemidir. Bu yöntem, mantık cebirinin özdeş dönüşümlerinin yasalarının ve kurallarının bazı formüllerine art arda uygulanmasından oluşur.
doğrudan dönüşümler yöntemi, açık algoritmalaştırmaya uygun değildir. Bu yöntemin uygulanmasında kullanılan eylemler, ilk dönüştürülen ifadenin türüne, icracının niteliklerine ve diğer öznel faktörlere göre belirlenir. Bu tür bir algoritmalaştırmanın olmaması, hata olasılığını ve tam olarak en aza indirilmiş bir formül elde etme olasılığını önemli ölçüde artırır.
Doğrudan dönüşüm yöntemi, basit formüller için en uygun olanıdır, dönüşümlerin sırası sanatçı için açık olduğunda. Çoğu zaman, bu yöntem, diğer yöntemlerle minimizasyonundan sonra elde edilen ifadelerin son minimizasyonu için kullanılır.
Komşu temel ürünleri aramayı algoritmalaştırma arzusu, mantıksal işlevleri en aza indirmek için tablo yöntemlerinin geliştirilmesine yol açtı. Bunlardan biri Karnot haritalarının kullanımına dayalı bir yöntemdir.
1.5.2 Carnot Grafiklerini Kullanma
Carnot'un haritası Grafik sunum mantıksal fonksiyonların doğruluk tabloları.
2n dikdörtgen hücre içeren bir tablodur, burada n mantıksal değişkenlerin sayısıdır. Örneğin, dört değişkenli bir fonksiyon için bir Karnaugh haritası 24 = 16 hücreye sahiptir. İki ve üç değişkenli fonksiyonlar için Karnaugh haritalarının yapısı aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 1.11 - İki değişkenli bir fonksiyon için doğruluk tablosu (a) ve Carnot çizelgelerinin yapısı (b)
Şekil 1.12 - Üç değişkenli bir fonksiyon için doğruluk tablosu (a) ve Carnot çizelgelerinin (b) yapısı
Harita, giriş değişkenlerinin değerlerine karşılık gelen bir koordinat sistemi ile işaretlenir. Örneğin, üç değişkenli bir fonksiyon için haritanın üst satırı x1'in sıfır değerine, alt satır ise birim değerine karşılık gelir. Bu haritanın her sütunu, iki değişkenin değerleri ile karakterize edilir: x2 ve x3. Her sütunu işaretleyen sayıların kombinasyonu, bu sütunun hücrelerine yerleştirilen fonksiyonun x2 ve x3 değişkenlerinin hangi değerleri için hesaplandığını gösterir.
Belirtilen değişkenler kümesinde bir fonksiyon bire eşitse, SDNF'si mutlaka bu kümedeki birim değeri alan bir temel ürün içerir. Böylece, bir işlevi temsil eden Carnot haritasının hücreleri, SDNF'sinde temel ürünler olduğu kadar çok birim içerir ve her birim, temel ürünlerden birine karşılık gelir.
Karnot haritasındaki satır ve sütunların koordinatlarının ikili kodların doğal artan sırasına göre değil, 00, 01, 11, 10 sırasına göre takip ettiğine dikkat edelim. kümeler, komşu kümeler komşu olacak şekilde yapılır, yani . sadece bir değişkenin değerinde farklılık gösterir. Fonksiyonun bire eşit değerler aldığı hücreler birlerle doldurulur. Hücrelerin geri kalanı sıfırlarla doldurulur.
Şekil 1.13'te gösterilen örneği kullanarak minimizasyon sürecini düşünün.
İlk olarak, her biri 2k hücre içeren dikdörtgenler oluşturuyoruz, burada k bir tam sayıdır. Komşu temel ürünlere karşılık gelen komşu hücreler, dikdörtgenler halinde birleştirilir.
Şekil 1.13-Doğruluk tablosu (a) ve Karnot haritası (b)
Örneğin Şekil 1.13b'de koordinatları 001 ve 101 olan hücreler birleştirilir.Bu hücreler birleştirildiğinde x1 değişkeninin değerini değiştirdiği bir dikdörtgen oluşur. Sonuç olarak, karşılık gelen temel ürünler birbirine yapıştırıldığında kaybolacak ve sadece x2 ve x3 kalacak ve x2 değişkenini ters biçimde alıyoruz, çünkü 0'a eşittir.
İlk sıradaki hücreler (Şekil 1.13, b) birimleri içerir ve bitişiktir. Bu nedenle, hepsi 22 = 4 hücre içeren bir dikdörtgende birleştirilir.
Dikdörtgen içindeki x2 ve x3 değişkenleri değerlerini değiştirir; bu nedenle, ortaya çıkan temel üründen kaybolacaklar. x1 değişkeni değişmeden kalır ve sıfıra eşittir. Böylece, Şekil 1.13.6'nın ilk satırındaki hücrelerin birleştirilmesi sonucunda elde edilen temel ürün, ters biçimde aldığımız sadece bir x1 içerir, çünkü 0'a eşittir. Bu, özellikle, ilk satırın dört hücresinin dört temel ürünün toplamına karşılık gelmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır:
Şekil 1.6'ya karşılık gelen fonksiyon:
Tüm birimleri kapsayan dikdörtgenler kümesine örtü denir. Aynı hücrenin (örneğin, 001 koordinatlarındaki hücre) iki veya daha fazla kez kapsanabileceğini unutmayın.
Dolayısıyla, aşağıdaki sonuçları çıkarabiliriz:
1. Bir mantıksal fonksiyonun Karnaugh haritaları kullanılarak minimizasyonundan elde edilen formül, kapsamadaki dikdörtgenler kadar çok sayıda temel ürünün toplamını içerir.
2. Bir dikdörtgende ne kadar çok hücre varsa, karşılık gelen temel üründe o kadar az değişken bulunur.
Örneğin, Şekil 1.14'te gösterilen Carnot haritası için, a, dört hücre içeren bir dikdörtgen, iki değişkenli bir temel ürüne karşılık gelir ve yalnızca bir hücreden oluşan bir kare, dört değişkenin tümünü içeren bir temel ürüne karşılık gelir.
Şekil 1.14-Dört değişkenli fonksiyonlar için Carnot haritaları
Şekil 1.14, a'da gösterilen kapsama karşılık gelen fonksiyon şu şekildedir:
Karnaugh haritalarının bir düzlem üzerinde çizilmesine rağmen, karelerin komşuluğu bir simit yüzeyinde kurulur. Karnaugh haritasının üst ve alt sınırları adeta "birbirine yapıştırılmıştır" ve bir silindirin yüzeyini oluşturur. Yan sınırları yapıştırırken toroidal bir yüzey elde edilir. Yukarıdaki akıl yürütmeyi takiben, Şekil 1.14, b'de gösterilen 1011 ve 0011 koordinatlarına sahip hücrelerin bitişik olduğunu ve bir dikdörtgende birleştirildiğini tespit ediyoruz. Gerçekten de, belirtilen hücreler, temel ürünlerin toplamına karşılık gelir.
Diğer dört birim hücre de benzer şekilde birleştirilir. Kombinasyonlarının bir sonucu olarak, temel ürünü elde ederiz. Son olarak, Şekil 1.14, b'de gösterilen kapsama karşılık gelen fonksiyon şu şekildedir:
Şekil 1.7c'de gösterilen Karnaugh haritası, köşelerde bulunan tek hücreler içerir. Dört hücrenin tümü bitişiktir ve birleştirildikten sonra temel bir ürün verecektir.
Yukarıda ele alınan örnekler, aşağıdakileri formüle etmemize izin verir:
Karnaugh haritalarını kullanarak mantıksal işlevleri en aza indirme sırası
1. n değişken için bir tablo görüntülenir ve kenarları işaretlenir.
2. Tablonun fonksiyonu bire çeviren değişken kümelerine karşılık gelen hücreleri bir, kalan hücreler sıfırlarla doldurulur.
3. Seçin en iyi kapsama konturlarla daire içine aldığımız düzenli dikdörtgenlere sahip tablolar. Her dikdörtgen 2n hücre içermelidir.
4. Birimleri olan aynı hücreler farklı konturlara dahil edilebilir.
5. Dikdörtgenlerin sayısı minimum, dikdörtgenlerin alanı maksimum olmalıdır.
6. Her dikdörtgen için sadece değerini değiştirmeyen değişkenlerin çarpımını yazarız. Bu değişken sıfıra eşitse, ters biçimde yazılır.
7. Ortaya çıkan ürünleri mantıksal bir ekleme işaretiyle bağlarız.
İkili kodlu ondalık kodlar kullanırken Ondalık basamak dört ikili basamak ile temsil edilir. Tüm olası 16 kod kombinasyonundan sadece 10'u kullanılır ve geri kalan kombinasyonlar yasaktır ve asla gerçekleşemez. Herhangi bir fonksiyonun değişken kümeleri yasaklanmışsa, belirtilen kümelerdeki değerleri tanımlanmaz ve doğruluk tablosunda X ile işaretlenir.
Tüm giriş değişkenleri için değerleri tanımlanmayan ikili fonksiyonlara eksik tanımlı denir.
Eksik tanımlanmış bir işlevi en aza indirirken, daha fazla tanımlanmalıdır, yani Carnot haritasının hücrelerinin tanımsız değerleri keyfi olarak birler veya sıfırlarla değiştirilmelidir. Küçültülmüş işlevin formülünün en basit olacağı seçeneği seçmeniz önerilir.
1.6 Birleşimsel mantık devrelerinin sentezi
Sentez, belirli bir mantıksal işlevi yerine getiren işlevsel bir devre elde etme sürecidir.
Mantık devreleri geliştirme süreci, aşağıdaki eylem dizisini içerir:
1) Doğruluk tablosundan Karnot haritasına gidin
2) Küçültmeyi gerçekleştiririz ve küçültülmüş bir mantıksal ifade elde ederiz. verilen fonksiyon(bkz. 1.5.2)
3) Ortaya çıkan mantıksal ifadeyi, ters çevirme yasasını kullanarak VE-DEĞİL temeline dönüştürüyoruz.
Bir örnek düşünün. Mantıksal bir yapı oluşturun tablo tarafından verilenŞekil 1.15'te gösterilen gerçek a.
Şekil 1. 15-Doğruluk tablosu (a) ve Carnot haritası (b)
1) Karnot haritasına gidin ve Şekil 1'de gösterildiği gibi dikdörtgen konturlu birimlerle bitişik hücrelerin ana hatlarını çizin. 15 b.
2) Carnot haritasında gösterilen konturları kullanarak aşağıdaki mantıksal ifadeyi elde ederiz.
3) Ortaya çıkan mantıksal ifadeyi AND-NOT tabanına dönüştürün
4) Mantıksal bir yapı kurarız
Şekil 1.16 - Şekil 1.15'te doğruluk tablosu tarafından belirtilen işlevi uygulayan mantıksal yapı
2 KOMBİNASYON ŞEMALARI
2.1 Temel bilgiler
Mantıksal elemanları bağlarken, devreleri mantıksal olarak adlandırılan cihazlar oluşur. Birleşimsel ve sıralı şemalar vardır.
Kombinasyon devreleri, değerleri içinde olan fonksiyonları uygular. şu an zaman, aynı anda yalnızca giriş değişkenlerinin değer kümesi tarafından belirlenir ve giriş değişkenlerinin önceki değerlerine bağlı değildir.
Bu tür devreler hakkında hafıza özelliğine sahip olmadıklarını söylemek gelenekseldir (tarih öncesi, dönüşümün sonucunu etkilemez). Her gerçek mantıksal öğenin girişe göre çıkış sinyalini değiştirmede bir miktar gecikmesi olduğuna dikkat edin. En önemli kombinasyon devreleri aşağıdaki cihazları içerir:
kod çözücüler,
Enkoderler,
çoğullama çözücüler,
çoklayıcılar,
Toplayıcılar.
2.2 Kod Çözücüler
Bir kod çözücü (kod çözücü), n - bitlik bir konumsal kodu bir m - bitlik üniter koda dönüştüren bir cihazdır, yani. yalnızca bir birim veya sıfır içeren.
Kod çözücünün n girişi ve m (m ≤ 2n) çıkışı vardır. Geleneksel grafik sembollerinde kod çözücüler DC olarak gösterilir (İngilizce kod çözücüden).
Şekil 2.1 koşullu bir grafik atama(UGO) ve iki girişli bir kod çözücünün (2: 4) çalışma tablosu.
| girişler | çıktılar | ||||
| x1 | x0 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Şekil 2.1-İki girişli bir kod çözücünün koşullu grafik gösterimi ve çalışma tablosu (2: 4).
İki girişli kod çözücünün çalışma tablosundan, üzerinde bir birimin bulunduğu aktif çıkışın sayısının, ondalık bir sayı olarak gösteriliyorsa, girişlerdeki ikili kodla çakıştığını takip eder. Örneğin, 012 = 110 , 102 = 210 , 112 = 310 .
Doğruluk tablosunu ve SDNF notasyon kuralını kullanarak her bir çıkışın fonksiyonlarını yazdığımız iki girişli bir kod çözücü devresi oluşturalım (bkz. 1.4): Çıkış 0 - , Çıkış 1 - , Çıkış 2 - , Çıkış 3 - . Elde edilen mantıksal ifadelere dayanarak Şekil 2.2'de gösterilen devreyi elde ederiz.
Şekil 2.2-İki girişli bir kod çözücünün şeması (2: 4)
2.3 Karıştırıcılar
Kodlayıcı, m giriş ve n çıkışa (m ≤ 2n) sahip olan ve m bitlik bir üniter kodu n bitlik bir konum koduna dönüştüren bir cihazdır.
Geleneksel grafik sembollerinde kodlayıcılar CD olarak belirtilir.
Kodlayıcıların amacı, tek giriş sinyallerini, giriş sinyallerini kodlamanın uygun yöntemiyle belirlenen çıkışlarda karşılık gelen kod kombinasyonlarına dönüştürmektir. Her bir tek kodlayıcı girişi, olası çıkış değişkenleri setlerinden yalnızca birine karşılık gelir. Karşılık gelen kod kombinasyonu, ancak ve ancak o zaman, girişinde verilen çıkış kombinasyonu ile ilişkili olan tek bir sinyal göründüğünde kodlayıcı çıkışlarında görünür.
i-th girişinde tek bir sinyalin görünümünün, ikili sistemde yazılan i sayısı olan bir çıkış kümesinin görünümüne yol açtığı, kodlayıcı girişlerinin bu tür numaralandırılması kullanılır. Şekil 2.3, sekiz giriş için kodlayıcının işlevsel şemasını ve doğruluk tablosunu gösterir.
| girişler | çıktılar | |||||||||
| X0 | X1 | x2 | X3 | X4 | X5 | X6 | X7 | U2 | U1 | U0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Şekil 2.3 - Sekiz giriş için enkoderin fonksiyonel diyagramı ve doğruluk tablosu.
2.4 Demultiplexer'lar
Demultiplexer, bir bilgi girişinden gelen sinyallerin istenen sırayla birkaç çıkışa dağıtıldığı bir cihazdır.
Demultiplexers, grafik sembollerinde DMX ile gösterilir. Şekil 2.3 demultiplexer işleminin grafik sembolünü ve tablosunu göstermektedir.
| adres | çıktılar | ||||
| A1 | A0 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 0 | 0 | x | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | x | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | x | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | x |
Şekil 2.4-UGO ve 1:4 demultiplexer işlem tablosu
Burada x girişi bir bilgi girişidir, A0 A1 girişleri adreslenebilir, çıkışlardan hangisinin x'i tekrarlayan sinyaller üreteceğini belirleyen kod. Çıkış numarasını adres kombinasyonu ile belirleme ilkesi, kod çözücününkiyle aynıdır. Adreslenebilir m giriş ile, çoğullayıcı, tasarımına bağlı olarak 2 m'ye kadar çıkışa sahip olabilir.
1:4 demultiplexer, x bilgi girişinde potansiyel U1'i (mantıksal birim) korursa, girişleri A0 ve A1 olacak olan 2:4 kod çözücü olarak çalışacaktır. Bu nedenle, kod çözücü ile çoğullama çözücü arasında temel bir fark yoktur ve fark x girişindeki sinyallerin türüne bağlıdır: zamanla değişirlerse, bu bir çoğullama çözücüdür, değilse bir kod çözücüdür. Kod çözücüler için bu giriş genellikle yoktur ve aktif çıkıştaki çıkış sinyallerinin önceden bilinen bir değeri vardır. Yukarıdakiler, Şekil 2.5'te gösterilen çoğullayıcı devre tarafından onaylanır.
Şekil 2.5- 1:4 demultiplexer şeması
Gerçekten de, eğer x = 1 ise, o zaman tüm kapılar & açıktır ve çıkış sinyalleri, çoğullama çözücünün bir parçası olan kod çözücünün sinyallerini tam olarak tekrarlar. X sinyalinin keyfi bir değeri ile, kod çözücünün çıkışından A0 ve A1 girişlerinde kod tarafından belirtilen "1" sinyali tarafından açılan AND kapısının çıkışında görünecektir.
2.5 Çoklayıcılar
Bir çoklayıcı, bilgi girişlerinden birinden gelen sinyallerin istenen sırayla tek bir çıkışa ulaştığı bir cihazdır.
Geleneksel grafik tanımlamalarında, çoklayıcılar MUX'u belirtir. Şekil 2.6, 4:1 çoklayıcının grafik sembolünü ve çalışma tablosunu gösterir.
| adres | Çıktı | |
| A1 | A0 | F |
| 0 | 0 | 0 girişi |
| 0 | 1 | Giriş 1 |
| 1 | 0 | Giriş 2 |
| 1 | 1 | giriş 3 |
Şekil 2.6- 4:1 çoklayıcının koşullu grafik gösterimi ve çalışma tablosu
Burada 0,1,2,3 girişleri bilgi girişleridir, A0 ve A1 adrestir, F çıkışına iletilmek üzere giriş sinyallerinin hangisinden alınacağını belirleyen koddur. Adrese göre giriş numarasını belirleme prensibi kombinasyon, kod çözücü ve çoğullama çözücününkiyle aynıdır. m adreslenebilir giriş ile, çoklayıcı, tasarımına bağlı olarak 2m'ye kadar girişe sahip olabilir. Dört girişli çoklayıcı (4:1) diyagramı Şekil 2.7'de gösterilmiştir.
Şekil 2.7 - 4:1 Çoklayıcı Şeması
Diyagramdan, giriş sinyallerinden birinin, A0 ve A1 girişlerinde kodla belirtilen dekoder çıkışından “1” sinyali ile açılan AND geçidinden geçtiği izlenir. Kalan elemanların çıkışlarında VE şu anda, seçilen girişten OR elemanı üzerinden çıkışa bilgi geçişini engellemeyen "0" sinyalleri vardır.
m adreslenebilir girişi olan bir çoklayıcı, m argümanın keyfi bir mantık fonksiyonunu uygulamak için kullanılabilir.
Gerekli işlevin uygulanması, doğruluk tablosu temelinde gerçekleştirilir. Argüman kümelerinin değerleri adres girişlerinde verilmiştir. Ve bilgi girişleri, "0" ve "1" sinyal kaynaklarına, her bir giriş setindeki çıkışa bağlanan giriş, doğruluk tablosuna karşılık gelen bir sinyal değerine sahip olacak şekilde bağlanır. Örnek olarak, Şekil 2.8, doğruluk tablosunda gösterilen işlevi uygulamak için bir çoklayıcının bağlantı şemasını göstermektedir.
Şekil 2.8 - Belirli bir mantıksal işlevi uygulamak için bir çoklayıcı kullanma
Ortalama bir entegrasyon derecesine sahip mikro devreler olarak tasarlanan kod çözücüler ve çoğullayıcı çözücüler, bilgi ve ölçüm teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çoklayıcılar gibi, genellikle sayaçlar ve kayıtlarla birlikte kullanılırlar. Rastgele erişim ve kalıcı bellek cihazlarında veri çoğullamanın çözülmesi ve adres mantığının düzenlenmesi için bilgi sinyallerinin ve saat darbelerinin anahtar dağıtıcıları olarak ve ayrıca görüntüleme ve yazdırmayı kontrol etmek için ikili ondalık bir kodu ondalık koda dönüştürmek için hizmet ederler. cihazlar. Çıkışların sayısı ve bunlara sinyallerin dağılımı, beklenen yükün doğasına göre belirlenir.
Gaz deşarj gösterge lambalarıyla çalışmak için kod çözücüler, "onda bir" çıkışların çıkışında ve organizasyonunda yüksek voltajlı transistörlere sahiptir. Yedi segmentli göstergelerle (yarı iletken, akkor, vakum) çalışan mikro devrelerin yedi çıkışı ve her bir giriş sinyali kombinasyonu için bunlara uygun sinyal dağılımı vardır.
Demultiplexers-decoder'larda bağımsız ürünler olarak 4 adet; 8 veya 16 çıkış. Gerekli sayıda çıkış, bir mikro devrenin yeteneklerini aşarsa, sisteme çoğullama çözücüler (kod çözücüler) eklenir. Bu bağlamda, çoklayıcılarla temel bir fark yoktur.
Örneğin, iki adet dört girişli çoklayıcı içeren K561KP1 IC'yi düşünün. Mikro devre, her iki çoklayıcı için ortak olan iki adres girişi 1 ve 2'ye sahiptir. genel giriş geçitleme S , birinci çoklayıcının X0 - HZ bilgi girişleri, ikinci çoklayıcının Y0 - US girişleri. KP1 görüntüsü için iki seçenek Şekil 2.9'da gösterilmiştir.
.
Şekil 2.9 - K561KP1 mikro devresinin işlevsel şeması ve sembolik grafik gösterimi
Adresin ikili kodunun adres girişleri 1 ve 2'ye ve "0" sinyalinin S girişine uygulandığında, çoğullayıcıların çıkışları, sayıları ondalık eşdeğerine karşılık gelen girişlere bağlanır. adres kodu. S girişinde “1” sinyali varsa, çoklayıcıların çıkışları girişlerden ayrılır ve yüksek empedans (üçüncü) durumuna geçer. Girişlerin bağlanması Çoklayıcı aracılığıyla iletilen sinyal analog veya dijital olabilir, hem girişlerden çıkışa (mikro devre çoklayıcı modunda çalışır) hem de girişlere dağıtılan çıkıştan (çoğullama çözücü modu) iletilebilir.
K155IDZ demultiplekser-dekoderinin mikro devresi (Şekil 2.10) dört adres girişine 1, 2, 4, 8, AND ile birleştirilmiş iki ters kapı girişine S ve 0-15 16 çıkışa sahiptir. Her iki kapı girişinin de bir günlüğü varsa. 0, sayısı giriş kodunun ondalık eşdeğerine karşılık gelen çıkışların üzerinde (giriş 1 - düşük sıra, giriş 8 - yüksek), bir günlük olacaktır. 0, diğer çıkışlarda - günlük. 1. Kapılardan en az biri S logunu girerse. 1, daha sonra girişlerin durumlarından bağımsız olarak, mikro devrenin tüm çıkışlarında bir günlük oluşturulur. 1.
Şekil 2.10 - K155IDZ çoğullama çözücü-kod çözücünün geleneksel grafik tanımı
İki flaş girişinin varlığı, mikro devrelerin kullanım olanaklarını önemli ölçüde genişletir. Bir inverter tarafından desteklenen iki IDZ mikro devresinden 32 çıkış için bir dekoder monte etmek mümkündür (Şekil 2.11).
Şekil 2.11 - K155IDZ çipine dayalı 32 çıkış için kod çözücü
2.6 Aritmetik birimler
2.6.1 Genel bilgiler
Şimdiye kadar ele alınan kombinasyon cihazları mantıksal işlevleri yerine getirir. Davranışlarını tanımlamak için mantık cebiri aygıtı kullanılır. Yüksek ve düşük giriş ve çıkış sinyalleri sırasıyla mantık 1 ve mantık 0 olarak değerlendirilir.
Ayrık teknoloji, amacı ikili sayılarla aritmetik işlemler gerçekleştirmek olan başka bir aygıt sınıfıyla da çalışır: toplama, çıkarma, çarpma, bölme. Aritmetik aygıtlar ayrıca, verilen sayıların paritesini belirleme (eşliği belirleme) ve iki sayıyı karşılaştırma gibi özel aritmetik işlemleri gerçekleştiren düğümleri de içerir.
Aritmetik cihazların bir özelliği, sinyallere mantıksal değil, 1 ve 0 aritmetik değerleri atanması ve bunlar üzerindeki işlemlerin ikili aritmetik yasalarına uymasıdır. Aritmetik birimler sayısal değerler üzerinde çalışsa da, işlemlerini açıklamak için doğruluk tablolarını kullanmak da uygundur. Aritmetik cihazlar, dijital bilgisayarlarda ve oldukça sık olarak bilgi ölçüm cihazlarında çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
Aritmetik işlemlerin en önemlisi toplamadır (toplama). Doğrudan atamaya ek olarak, diğer işlemlerde de kullanılır: çıkarma, çıkarmanın tersten veya tersten eklendiği bir toplamadır. ek kod, çarpma ve bölme ardışık toplama ve çıkarmadır.
Toplayıcı, sayıların aritmetik toplama işlemini gerçekleştiren işlevsel bir birimdir.
Ayrık teknoloji cihazlarında, toplama ikili veya daha nadiren ikili-ondalık kodda gerçekleştirilir. Eylemin doğasına göre, toplayıcılar iki kategoriye ayrılır: - birleşimsel - bellek öğelerine sahip olmayan, önceden düşünülen tüm düğümler gibi; - kümülatif - hesaplamaların sonuçlarını kaydetme.
Buna karşılık, sayıları işleme yöntemine bağlı olarak çok basamaklı terimlerle çalışan toplayıcıların her biri bir seri veya paralel türe atanabilir.
Hem seri hem de paralel toplayıcılar, tek bitlik toplama devrelerine dayanır. Ardışık toplayıcılarda sayıların eklenmesi, zaman içinde sırayla, azar azar gerçekleştirilir. Paralel eylem toplayıcılarda, çok basamaklı sayıların tüm basamaklarının eklenmesi aynı anda gerçekleşir.
Bundan sonra, sadece birleşimsel toplayıcılar tartışılacaktır.
2.6.2 Yarım toplayıcı
En basit toplama elemanı yarım toplayıcıdır. Bu terimin kökeni, sergi sırasında açıklığa kavuşacaktır. En basit toplama araçlarından biri, UGO ve doğruluk tablosu Şekil 2.12'de gösterilen bir yarım toplayıcıdır.
| girişler | çıktılar | ||
| FAKAT | İÇİNDE | r | S |
Şekil 2.12-UGO ve yarı toplayıcı doğruluk tablosu
Yarım toplayıcının tanımı HS harfleridir (yarım toplam - yarım toplam). Yarım toplayıcının iki terim için iki A ve B girişi ve iki çıkışı vardır: S (toplam) ve P (aktarım).
Yarı toplayıcının mantıksal yapısı, yarı toplayıcının çalışmasının aşağıdaki denklemlerle açıklandığı doğruluk tablosuna dayanmaktadır:
Doğruluk tablosunun S sütununun yanı sıra S çıktısının ifadesi, XOR geçidinin doğruluk tablosuyla tamamen aynıdır. Bu durum XOR işleminin neden modulo 2 toplama olarak adlandırıldığını açıklamaktadır.Yarım toplayıcının genel ve genişletilmiş mantıksal yapısı Şekil 2.13'te gösterilmiştir.
Şekil 2.13 - Genel ve genişletilmiş biçimde yarım toplayıcının mantıksal yapısı
2.6.3 Tam toplayıcı
İki n-bitlik ikili sayı ekleme prosedürü aşağıdaki gibi gösterilebilir (Şekil 2.14).
Şekil 2.14-İki n bitlik sayının eklenmesi
En az anlamlı bitin A1 ve B1 rakamlarının eklenmesi, toplam bit S1'i ve taşıma biti P1'i verir. Sonraki (ikinci) basamakta, S2 toplamını ve P2 transferini oluşturan P1, A2 ve B2 sayıları eklenir. İşlem, tüm basamaklardaki her bir basamak çifti eklenene kadar sürer, toplamanın sonucu, bit düzeyinde toplamanın bir sonucu olarak elde edilen, Pi ve Si 1 veya 0'ı temsil eden S=Pn Sn ... S1 sayısıdır. Yarım toplayıcının iki girişi vardır ve bu nedenle yalnızca en az anlamlı bitte kullanım için uygundur.
İki çok basamaklı sayıyı toplamak için cihaz, ikinci basamaktan başlayarak üç girişe sahip olmalıdır: iki giriş Ai ve Bi terimleri için ve bir önceki basamaktan Pi-1 transfer sinyali için. Bu düğüme tam toplayıcı denir, UGO ve doğruluk tablosu Şekil 2.15'te gösterilmiştir.
| girişler | çıktılar | |||
| pi-1 | FAKAT | İÇİNDE | Pi | S |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Şekil 2.15-UGO ve tam toplayıcı doğruluk tablosu
Doğruluk tablosunu kullanarak, çıktı fonksiyonları için aşağıdaki ifadeler elde edilebilir. Bu ifadeler, Şekil 2.16'da gösterilen tam toplayıcının mantıksal yapısını oluşturmayı mümkün kılar.
Şekil 2.16 - Tam toplayıcının mantıksal yapısı
2.6.4 Çok bitli toplayıcı
Çok bitli bir toplayıcı oluşturmak için, yukarıda tartışılan yarım toplayıcı ve tam tek bit toplayıcı kullanılır. Şekil 2.17'de gösterilen bağlantılar Şekil 2'de gösterilen algoritmaya göre yapılmıştır.
Şekil 2.17-Çok haneli (üç haneli) toplayıcı
3 TETİK CİHAZI
3.1 Temel kavramlar
Kombinasyon cihazlarının yanı sıra hafızalı elemanlar da vardır. Bunların en basiti tetikleyicilerdir.
Tetikleyici, iki kararlı durumdan birinde olabilen mantıksal bir öğedir: 0 veya 1.
Sonraki her duruma geçiş, genellikle yalnızca giriş sinyallerinin mevcut değerlerine değil, aynı zamanda tetikleyicinin önceki durumuna da bağlıdır. Tetikleyicinin çıkışlarından gelen önceki durumla ilgili bilgiler, harici sinyallerle birlikte çalışmasını kontrol eder. Bu nedenle, parmak arası terlikler mantıksal geri besleme cihazlarıdır.
Tetikleyicinin belirtilen kontrol sinyallerine maruz kaldığında mevcut durumdan geçtiği durumun bağımlılığını belirleyen mantıksal işleve tetik geçiş işlevi denir. Geçiş işlevleri, mantıksal formüllerle veya tablolar biçiminde belirtilir.
Çalışma mantığına bağlı olarak parmak arası terlikler aşağıdaki ana tipler RS, D, T ve JK'ya ayrılır.
Bilgi kaydetme yöntemine bağlı olarak, tetikleyiciler asenkron ve senkronize olarak ayrılır. Asenkron tetikleyiciler, kontrol sinyalleri uygulandıktan hemen sonra yeni bir duruma girerken, senkron tetikleyiciler, senkronizasyon girişi C'ye de bir senkronizasyon sinyalinin uygulanmasını gerektirir.
3.2 Asenkron RS flip-flop
Asenkron bir RS flip-flop, herhangi bir flip-flop türünde ana bellek elemanı olarak hizmet eder. Hem AND-NOT hem de OR-NOT öğeleri üzerine inşa edilebilir. Her iki yöntem ve bunların geleneksel grafik sembolleri de Şekil 3.1'de gösterilmiştir.
Şekil 3.1 - AND-NOT ve OR-NOT öğeleri ve bunların geleneksel grafik sembolleri üzerinde bir asenkron RS tetikleyicisinin uygulanması
RS flip-flop'un iki girişi vardır: bir kurulum S (İngilizce Set: kurulumdan) ve bir reset girişi R (İngilizce Reset'ten: reset).
Çıkış sinyalleri Q ve , flip-flop'un durumunu belirler.
Q = 0 ise, flip-flop sıfır durumundadır, Q = 1 ise, o zaman tekli durumdadır.
Şekil 3.2, sırasıyla AND-NOT ve OR-NOT öğelerinde RS-flip-flop'un çalışma sırasını yansıtan geçiş tablolarını içerir.
| Qn | Qn+1 | Çalışma modu | ||
| 0 | 0 | 0 | x | yasaklı |
| 0 | 0 | 1 | x | yasaklı |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Kurulum |
| 0 | 1 | 1 | 1 | Kurulum |
| 1 | 0 | 0 | 0 | Sıfırla |
| 1 | 0 | 1 | 0 | Sıfırla |
| 1 | 1 | 0 | 0 | Depolamak |
| 1 | 1 | 1 | 1 | Depolamak |
| S | r | Q | Qn+1 | Çalışma modu |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Depolamak |
| 0 | 0 | 1 | 1 | Depolamak |
| 0 | 1 | 0 | 0 | Sıfırla |
| 0 | 1 | 1 | 0 | Sıfırla |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Kurulum |
| 1 | 0 | 1 | 1 | Kurulum |
| 1 | 1 | 0 | x | yasaklı |
| 1 | 1 | 1 | x | yasaklı |
Şekil 3.2-VE-NOT (sol) ve OR-NOT öğelerinde RS flip-flop geçişlerinin tabloları
Tablolarda aşağıdaki gösterimler kabul edilir: Qn başlangıç durumudur, Qn+1 tetikleyicinin yeni durumudur, x belirsiz durumdur.
OR-NOT öğelerindeki tetik, girişlerinden birine gelen tek sinyallerle kontrol edilir. R girişine tek bir sinyal uygulandığında, flip-flop sıfır durumuna ayarlanır (Qn+1 = 0 - "sıfırlama" modu) ve S girişinde aynı sinyal alındığında, tek bir sinyale ayarlanır. durumu (Qn+1 = 1).
Her iki girişe aynı anda tek sinyallerin verilmesi yasaktır, çünkü flip-flop'un geçtiği Qn+1 durumu tanımlanmamıştır - Q çıkışlarında ve sinyallerin sıfır mantıksal değerleri ayarlanır. R S = 1 yasak bir kombinasyondur.
Tetikleyicinin her iki girişi de sıfır mantık seviyesi sinyalleri aldığında, durumu değişmeden kalır (Qn+1= Qn).
AND-NOT öğelerindeki tetik, sembolüne ters girişler şeklinde yansıtılan sıfır sinyalleriyle kontrol edilir. Devre dışı bırakılmış durum, her iki girişine de sıfır mantıksal sinyal verildiği durumdur.
3.3 Senkron tetikleyiciler
3.3.1 RS parmak arası terlik
Dijital cihazlarda en önemli rol, senkronizasyon (saat) ve bilgi (programlama) girişlerine sahip tetikleyiciler tarafından oynanır. Eşzamanlı bir RS flip-flop'un koşullu grafik görüntüsü ve işlevsel diyagramı Şekil 3.3'te gösterilmektedir.
Şekil 3.3 - Senkron bir RS flip-flop'un UGO ve işlevsel diyagramı
Tetikleyicinin durumundaki bir değişiklik yalnızca, C senkronizasyon girişinde tek bir sinyal varsa mümkündür. C sinyalinin değeri sıfır olduğunda, R ve S kontrol girişlerindeki bilgiler algılanmaz ve tetikleyici korunur. onun önceki devlet R ve S kontrol girişlerindeki sinyallerin herhangi bir değeri için. Yasak kombinasyon R S C = 1'dir.
Senkronize RS parmak arası terliklere ek olarak, üç tür parmak arası terlik daha kullanılır: D-, T- ve JK-tipleri.
3.3.2 D parmak arası terlik
D-flip-flop'un geleneksel grafik gösterimi ve fonksiyonel diyagramı Şekil 3.4'te gösterilmiştir.
Şekil 3.4-D-flip-flop'un geleneksel grafik gösterimi ve fonksiyonel diyagramı
D-flip-flop'un mantığı: bir sonraki senkronizasyon darbesinin bitiminden sonra, tetik, D bilgi girişindeki sinyalin durumunu alır. Bu nedenle, D-flip-flop'a gecikme tetikleyicisi denir ( İngilizce Gecikme - gecikme).
3.3.3 T tetikleyici
T-flip-flop'un yalnızca bir saat girişi vardır ve veri girişi yoktur. T-flip-flop'un geleneksel grafik gösterimi Şekil 3.5'te gösterilmektedir.
Şekil 3.5 - T-flip-flop'un koşullu grafik gösterimi
T-flip-flop'un mantığı: Her saat darbesiyle, durumunu tersine değiştirir.
Ayrı olarak mevcut olmamasına rağmen, frekans bölücülerin ana unsurudur. Bununla birlikte, bu flip-flop, Şekil 3.6'da gösterildiği gibi, D flip-flop'a dayalı olarak uygulanması kolaydır.
Şekil 3.6 - Bir D-flip-flop'a dayalı bir T-flip-flop'un uygulanması
3.3.4 JK parmak arası terlik
JK flip-flop'un geleneksel grafik gösterimi Şekil 3.7'de gösterilmektedir.
Şekil 3.7 - JK flip-flop'un geleneksel grafik gösterimi
JK flip-flop'un çalışması, Şekil 3.2'de gösterilen doğrudan girişli RS flip-flop'un geçiş tablosu ile gösterilmektedir. Ayrıca, S girişi J girişine ve R girişi K girişine karşılık gelir.
Tablodan, J = K = 0 ise, bir saat darbesine maruz kaldığında JK flip-flop'un durumunu değiştirmediği çıkar. -flop durumunu tersine değiştirmek için, yani . tetik, bir T-tetiği gibi çalışır.
J = 1 ve K = 0 ise, saat darbesi tetiği tek duruma (Qn+1=1) ve J = 0 ve K = 1 - sıfır durumuna (Qn+1= 0) ayarlar. Saat sinyali C = 0 ise tetik durumunu değiştirmez.
Bir T flip-flop, Şekil 3.8'de gösterildiği gibi, J ve K kontrol girişlerini birleştirerek bir JK flip-flop'tan kolaylıkla uygulanabilir. JK parmak arası terlik çok yönlüdür çünkü kolayca RS ve T parmak arası terlikler yapar.
Şekil 3.8-T-tetik modunda JK tetikleyiciyi açma şeması
3.3.5 İki aşamalı senkron tetikleyiciler
3.3.5.1 Push-pull R-S flip-flop M-S tipi
Daha önce dikkate alınan tetikleyicilerin bir özelliği, bir saat darbesinin çalışması sırasında, senkron bir tetikleyicinin bilgi girişlerinde kısa süreli bir sinyal değişikliği bile meydana gelirse, tetik durumunda bir değişikliğe yol açarsa, bu hemen olacaktır. çıktısını etkiler. İki aşamalı eşzamanlı tetikleyiciler, MS tetikleyicileri olarak adlandırılan (İngilizce Master - Slave: Master - Slave'den) biraz farklı çalışır. Bu parmak arası terlikler, örneğin Şekil 3.9'da gösterildiği gibi bağlanmış iki bellek elemanından oluşur. Bu tetikleyicinin iki saat girişi C1 ve C2 vardır. Kayıt, önce C1 girişine ve sonra C2'ye olmak üzere iki senkronizasyon sinyalinin sıralı olarak uygulanmasıyla gerçekleştirilir. Bu nedenle, böyle bir tetikleyiciye iki zamanlı denir.
Şekil 3.9 -İki zamanlı R-S M-S tipi tetik
Bununla birlikte, bir itme-çekme tetiğinin kontrolü, kontrol devresinin karmaşıklığını gerektirir. Bu nedenle, ikinci flip-flop'un geçişini geciktirmek için çeşitli devre teknikleri kullanılarak oluşturulan iki aşamalı tek döngülü parmak arası terlikler kullanılır.
3.3.5.2 Tek seferlik iki aşamalı parmak arası terlikler
İki aşamalı tetik yapısı, Şekil 3.10'da gösterildiği gibi sembol üzerinde iki harf T şeklinde görüntülenir.
Şekil 3.10 - İki aşamalı tetikleyicilerin sembolik grafik gösterimi
İki aşamalı parmak arası terliklerin de dürtü odaklı olduğu söylenir. Gerçekten de, iki aşamalı bir tetikleyicinin tam bir çalışma döngüsü için, iki damla senkronizasyon sinyali gereklidir.
Şekil 3.11, engelleme bağlantılarına sahip bir RS flip-flop'u gösterir ve Şekil 3.12 bir invertörü gösterir.
Şekil 3.11 - Bağlantıları engelleyen tek çevrimli M-S tipi RS flip-flop
Şekil 3.12 - İnverterli tek uçlu MS tipi R-S flip-flop
mantık devresi flip-flop kaydı
Saat darbesinin ön kenarı, tetikleyicinin bilgi girişlerindeki sinyal seviyesi tarafından belirlenen bilgileri, kontrol (M) adı verilen birinci bellek elemanına kaydeder. Saat darbesinin düşmesi, bilgilerin kontrol elemanından kontrol edilen elemana (S) yeniden yazılmasına neden olur. Saat darbesinin bitiminden sonra, kontrol tetikleyicisinin R ve S girişlerindeki bilgilerdeki değişiklikler algılanmaz. Kayıt işlemi Şekil 3.13'te gösterilmektedir.
Şekil 3.13 - Tek döngülü bir R-S flip-flop M-S tipine yazma sürecinin zaman diyagramı
Şekil 3.11 ve 3.12'deki noktalı çizgiler, zamanlama diyagramları Şekil 3.14'te gösterilen RS-iki duraklıyı bir T-iki duraklıya dönüştüren geri beslemeyi göstermektedir.
Şekil 3.14 - T-flip-flop'un zamanlama diyagramları
İki aşamalı senkron parmak arası terlikler ayrı IC'ler olarak mevcuttur. Şekil 3.15, 155TM2 ve 155TV1 IC tiplerinin geleneksel grafik gösterimlerini göstermektedir.
155TM2 155TV1
Şekil 3.15 - 155TM2 ve 155TV1 türlerinin IC'leri için semboller
IC 155TM2, saat darbesinin ön kenarı tarafından kontrol edilen iki senkronize D-flip-flop içerir. Parmak arası terlikler, saat sinyallerinden bağımsız olarak çalışan dahili kontrol R ve S girişlerine sahiptir.
Şekil 3.15'te gösterilen senkron JK flip-flop 155TV1, ayrıca S ve R girişleri üzerinde bağımsız kontrole sahiptir. Tetik, darbenin azalmasıyla saatlenir ve her biri J ve K üç bilgi girişine sahiptir. Aynı adı taşıyan girişler birleştirilir. VE devresine göre içinde.
Tipik olarak, ticari olarak temin edilebilen bir dizi IC'de, D parmak arası terlikler kenar anahtarlıdır ve JK terlikler darbe anahtarlıdır.
İki aşamalı senkron parmak arası terliklerin, saat darbelerinin eylemi sırasında bilgi sinyallerindeki değişikliklere yanıt verdiğine dikkat edin. Saat darbesinin gelmesinden önce, bilgi girişleri iki duraklının durumunu değiştirmemesi gereken bir duruma sahipse ve saat darbesinin çalışması sırasında bilgi girişleri, durumda bir değişikliğe yol açan sinyalleri algılayacaktır. Tetikleyicinin kısa bir süre için bile olsa, o zaman bu değişiklik mutlaka gerçekleşecektir. Bu nedenle, dikkate alınan tetikleyiciler, yalnızca senkronizasyon darbesinin eylemi sırasında bilgi sinyallerini değiştirme olasılığının dışlandığı durumlarda kullanılmalıdır.
İki aşamalı senkron tetikleyiciler, darbenin önü veya düşüşü ile değiştirilerek biraz farklı çalışır. Bu tür tetikleyiciler, yalnızca aktif cephenin eylemi veya saat darbesinin düşüşü sırasında bilgi girişlerinde mevcut olan sinyallere yanıt verir. Diğer zamanlarda tetikleyicinin bilgi girişleri bloke olur ve üzerlerindeki sinyaller algılanmaz. Bu nedenle, kenar anahtarlamalı veya düşen anahtarlamalı parmak arası terlikler, darbe anahtarlamalı parmak arası terliklere kıyasla daha yüksek gürültü bağışıklığına sahiptir.
4 KAYIT
4.1 Kayıtlar hakkında genel bilgiler
Kayıtlar, ikili kodlar biçiminde sunulan bilgileri kaydetmek, depolamak, yayınlamak ve dönüştürmek için tasarlanmış cihazlardır.
Uygulamalar: bellek cihazları, gecikme elemanları, seriden paralele dönüştürücüler ve tam tersi, halka sinyali dağıtıcıları, vb. İşlevsel özelliklere ve devre uygulamasına bağlı olarak, bunlar ayrılır:
Bellek kayıtları;
vardiya kayıtları;
evrensel kayıtlar
4.2 Bellek kayıtları
Bellek kayıtlarının amacı, ikili kodu belirli bir süre boyunca saklamaktır. Her biri bir kod biti depolayan bir dizi tetikleyiciden oluşurlar. Bu nedenle, n bitlik bir ikili kodu depolamak için kayıt defterinde n adet flip-flop olmalıdır. Böyle bir tetikleyicinin yapısı ve çalışması Şekil 4.1'deki şemada gösterilmektedir.
Şekil 4.1 - Bellek kayıt yapısı
İkili kod, X0, X1, X2 girişlerine paralel biçimde sağlanır, ardından ilgili tetikleyiciye yazmak için kullanılan C girişine bir zamanlama darbesi uygulanır.
4.3 Vardiya kayıtları
Bir kaydırma yazmacı, her bir flip-flop'tan gelen bilgilerin bir sonraki flip-flop'a aktarılabilmesi ve kayıtta yazılan kodun kaydırılabilmesi için birleştirilmiş bir flip-flop grubudur. Vardiya yönüne bağlı olarak, kayıtlar ayırt edilir:
Sağa kaydırma ile (alt rakamlara doğru),
Sola kaydırma ile (daha yüksek rakamlara doğru),
Tersinir (hem sağa hem de sola kaydırma).
Sağa kaydırma yazmacının geleneksel grafik gösterimi Şekil 4.2'de gösterilmektedir. Burada ok, kaymanın yönünü gösterir.
Şekil 4.2-Shift register'ın koşullu grafik gösterimi
Şekil 4.3, seri bağlı D parmak arası terliklerden oluşan bir kaydırma kaydını gösterir ve Şekil 4.4, RS parmak arası terliklere dayalı bir kaydırma yazmacının işlevsel bir diyagramını gösterir. Önemli bir özellik shift registers, onların flip-floplar üzerinde sadece iki-aşamalı MS-yapısı üzerinde yürütülmesidir.
Şekil 4.3 - D-flip-flop'lara dayalı bir kaydırma yazmacının işlevsel şeması
Şekil 4.4 - RS parmak arası terliklere dayalı bir kaydırma yazmacının işlevsel şeması
Senkronizasyon darbesi C'nin ön kenarında, girişten gelen bilgiler birinci tetikleyicinin M-kısmına ve birincinin çıkışından ikincinin M-kısmına, ikinciden üçüncüye yazılır ve yakın zamanda. Senkronizasyon darbesi C'nin bozulmasına göre, bilgi M-kısmından S-kısmına yeniden yazılır. Böylece, bilgi her saat darbesinden sonra bir bit kaydırılır.
Böyle bir kayıt, kodları bir yöne kaydırır. Herhangi bir döngü sırasında girişte alınan bilgi, n döngüden sonra kaydırma yazmacının Qn çıkışında görünecektir.
Dikkate alınan kayıtta, bilgi girişte sıralı bir kodla (basamak basamak) kaydedilir.
4.4 Tersinir kayıtlar
Verileri her iki yöne kaydırabilen kayıtlar vardır. Bu tür kayıtlara tersinir denir. Tersinir yazmaçlar oluşturma ilkesi, Şekil 4.5'te gösterilen şemada gösterilmiştir.
Şekil 4.5 - D-flip-flop'lara dayalı bir ters kaydın işlevsel diyagramı
Kaydırmanın yönü, V girişine uygulanan sinyal tarafından belirlenir. V=1 ise, kontrol girişleri "1" sinyalini alan alt kapılar ve 2I-OR elemanları açılır ve hakkı oluşur. V=0 ise, üst kapılar ve 2I-OR elemanları açıktır, çünkü kontrol sinyali, invertör aracılığıyla onlara beslenir; sola kayma var.
4.5 Evrensel kayıtlar
Genellikle daha karmaşık kayıtlar gereklidir: paralel senkronize bilgi kaydı ile, ters çevrilebilir, paralel-seri senkronize kayıt ile. Bu tür kayıtlara evrensel denir.
Evrensel bir kayıt örneği, geleneksel grafik tanımı Şekil 4.6'da gösterilen K155IR1 tipi bir IC'dir.
Şekil 4.6-K155IR1 evrensel kayıt tipinin koşullu grafik gösterimi
Bu, seri ve paralel bilgi kaydı olasılığı olan dört bitlik bir kaydırma kaydıdır. Fonksiyonel diyagramı Şekil 4.7'de gösterilmiştir.
Kayıt, dört RS-flip-flop üzerinde yapılır ve iki CI, C2 saat girişi ve kayıt çalışma modunu kontrol eden bir V2 girişi vardır. Bilgi girişi V1 seri kodda veri girmek için ve D1-D4 - girişleri paralel kodda veri girmek için kullanılır.
Kayıt, aşağıdakilerin gerçekleştirildiği dört farklı modda çalışabilir: sağa kod kaydırma, sola kod kaydırma, paralel veri girişi, bilgi depolama. Bunlardan birinin veya diğerinin seçimi, V2 kontrol girişine karşılık gelen bir mantıksal sinyal seviyesi uygulanarak gerçekleştirilir. V2 = O olduğunda, kodlar daha yüksek rakamlara kaydırılır. V2 = 1 ise, D1-D4 girişlerinde paralel bir bilgi girişi vardır.
Şekil 4.7-K155IR1 üniversal kayıt tipinin fonksiyon şeması
Kayıt, daha yüksek rakamlara (V2 = 0) doğru bir kayma ile seri-paralel dönüştürme modundayken, D1-D4 paralel yazma girişleri devre dışı bırakılır, seri kodda V1 girişindeki kayda veri girilebilir ve saat sinyalleri, C1 girişinden geçer ve ayrıca her düşük sıralı bitin çıkışı ile bir sonraki yüksek sıralı bitin girişi arasında bağlantılar kurulur. C1 girişinde saat darbesinin her düşüşünde bir bit sağa kaydırma gerçekleştirilir. Giriş darbesinin dört döngüsünden sonra Q1, Q2, Q3, Q4 çıkışlarında dört bitlik paralel kod biçimindeki bilgiler görünecektir.
Paralel veri girişi, V2=1 kontrol sinyalinin varlığında D1-D4 girişleri aracılığıyla, darbenin C2 girişinde azalmasıyla gerçekleşir. Bu durumda, V1 seri girişinin girişi ve C1 saat sinyallerinin girişi kapatılır.
Kodların alt basamaklara kaydırılması düzenlenirken, Şekil 4.8'de gösterilen harici bağlantıların yapılması gerekir.
Şekil 4.8-Düşük rakamlara geçiş için harici bağlantı şeması
Kayda sıralı yazma, V2=1 kontrol sinyali ile D4 girişinde gerçekleştirilir. Kodların sola kayması, C2 saat darbesinin her düşüşünde gerçekleştirilir. Kodlar sola kaydırıldığında paralel kayıt mümkün değildir, çünkü paralel kayıt kanalları düşük mertebeli bitlerden yüksek mertebeli bitlere veri aktarmak için kullanılır. Şekil 4.8'de gösterilen bağlantılarda sadece paralel veri girişinin mümkün olmadığına dikkat ediniz. Kodların daha yüksek rakamlara kaydırılması mümkündür ve daha önce olduğu gibi, V2=0'da C1 girişine zamanlama sinyalleri uygulanarak gerçekleştirilir. Bu nedenle, Şekil 4.8'de gösterilen kaydırma yazmacı tersine çevrilebilir.
5 SAYAÇ
5.1 Sayaçlar hakkında genel bilgiler
Sayaçlar, darbe sayısını sayan cihazlardır.
Sayaçlar sadece saymak için değil, aynı zamanda darbeleri saymaya indirgenebilecek diğer işlemleri gerçekleştirmek için de kullanılır, yani: darbe sayısını belirli bir koda dönüştürmek, frekansı bölmek, sinyal sayısını toplamak veya çıkarmak, sinyal dağıtımı vb. .
Sayacın ana parametresi, Ксч hesabının katsayısıdır (modülü).
Sayma faktörü, sayacın farklı durumlarının sayısına eşittir. Sayacın orijinal durumuna dönmesi için bu kadar darbeye ihtiyaç vardır. Sayaç bir frekans bölücü olarak kullanıldığında, çıkış darbelerinin tekrarlama oranı, giriş darbelerinin frekansından bir Kf faktörü kadar düşüktür. Azami sayı xc'den bir tane daha küçük bir sayaç görüntüleyebilen . Sayaçların ana unsuru T-tetikleyicidir. Uygulamada, T parmak arası terlik, D veya JK parmak arası terliklerden türetilir.
Hesabın yönüne bağlı olarak toplama, çıkarma ve ters çevirme sayaçları vardır.
Toplama sayacında her sayma sinyali sayaca yazılan sayıyı bir artırır (doğrudan sayma), çıkarma sayacında her sayma sinyali sayacın içeriğini birer azaltır (aşağı sayma). Tersinir sayaç - hem doğrudan hem de ters sayma yapabilir.
Tablo 5.1 ve 5.2, sırasıyla toplama ve çıkarma sayaçlarında değişen kodların sırasını göstermektedir.
Tablo 5.1 - Toplama sayacının durum kodları
| sinyal numarası | Deşarjlar | Sayaçtaki numara | ||
| Q2 | Q1 | Q0 | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 3 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 5 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 6 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Tablo 5.2 - Çıkarma sayacının durum kodları
| sinyal numarası | Deşarjlar | Sayaçtaki numara | ||
| Q2 | Q1 | Q0 | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 2 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 3 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 6 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 7 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Çıkarma sayacının başlangıç durumunu seçersek ondalık sayı 7 (ikili kod 111), ardından giriş darbelerinin dizisi sayacın içeriğini 000'e kadar azaltır, ardından bir taşma meydana gelir, yani başlangıç durumuna 111 geri dönüş.
Sayacın başlangıç durumu olarak 000 sayısı alınırsa, sayaç tetikleyicilerinin çıkışlarının durumları, ek kodda sunulan negatif sayılan darbe sayısını görüntüler.
Transfer zincirleri oluşturma yöntemine bağlı olarak, seri ve paralel transferli sayaçlar ayırt edilir.
5.2 Taşıma sayaçları
5.2.1 Sıralı toplayıcı
Tablo 5.1'den aşağıdaki gibi, en az anlamlı bit Q0 her sayma darbesiyle durumunu değiştirir, sonraki her bitin durumu, öncekinin birden sıfıra gitmesi durumunda değişir. Şekil 5.1'de gösterildiği gibi bağlı T-flip-flop'ları kullanırsak, tetikleyicilerin durumlarını değiştiren böyle bir dizi elde ederiz.
Şekil 5.1 - Sıralı toplama sayacı
Şekil 5.2, toplayıcının zamanlama diyagramlarını gösterir.
Şekil 5.2 - Toplama sayacının çalışmasının zamanlama şemaları
Bu tür parmak arası terliklerin n kademeli bağlantısı, sayma faktörü Ксч = 2n olan bir sayaç oluşturur. Aynı zamanda her tetikleyicinin Kf = 2 olduğu ve seri bağlandıklarında sayma katsayılarının çarpıldığı unutulmamalıdır. Şekil 2, her tetiklemeden sonraki darbe tekrarlama süresinin iki katına çıktığını ve sonuncudan sonra giriş darbelerinin süresini Kf kat aştığını göstermektedir. Buna göre, frekans aynı sayıda azalır, yani. Xch'e eşit bir sayıya bölünebilir. Bu özellik, sayaçların frekans bölücü olarak kullanılmasının temelini oluşturur.
5.2.2 Sıralı çıkarma sayacı
Girişleri, Şekil 5.3'te gösterildiği gibi önceki tetikleyicilerin ters çıkışlarına bağlandığında, seri olarak anahtarlama tetikleyicilerinin başka bir çeşidi de vardır. Durum değişikliği tablo 5.2'de gösterilen ikili çıkarma sayacı bu şekilde elde edilir.
Şekil 5.3 - Sıralı çıkarma sayacı
Şekil 5.4, çıkarma sayacının zamanlama diyagramlarını göstermektedir.
Şekil 5.4 - Çıkarma sayacının çalışmasının zamanlama diyagramları
Şekil 5.1 ve 5.3, ikili sıralı sayaçların diyagramlarını gösterir, yani belirli bir tetikleyicinin durumu değiştiğinde, bir sonraki tetikleyicinin tetiklendiği ve tetikleyicilerin durumlarını sırayla değiştirdiği bu tür sayaçlar.
Bu durumda n tetikleyicinin durumlarını değiştirmesi gerekiyorsa, bu işlemi tamamlamak için her bir tetikleyicinin durum değişikliği zamanına karşılık gelen n zaman aralığı gerekecektir. İşlemin bu sıralı doğası, seri sayacın iki dezavantajının nedenidir:
Paralel sayıcılara göre daha yavaş sayma hızı,
Devrenin çıkışında yanlış sinyal olasılığı.
Her iki tipteki sayaçlarda izin verilen sayma hızı, bir flip-flop'un maksimum anahtarlama hızı ile belirlenir.
Bir seri sayıcının maksimum sayma hızı belirlenirken, tüm m parmak arası terliklerin durumundaki en elverişsiz değişiklik durumu dikkate alınmalıdır. Geçici sürecin toplam süresi, gecikme sürelerinin toplamı olarak tanımlanabilir. bireysel elemanlar, tetikleyicileri bağlama ve tüm tetikleyicilerin yanıt süreleri. Bu şekilde bulunan bir durumdan diğerine karşı geçişin maksimum süresi limit olarak kabul edilmelidir. Genellikle, geçişin gerçek zamanı sınırdan daha azdır, çünkü seri olarak bağlanmış bir dizi tetikleyicide, bu tetik, onu heyecanlandıran öğedeki geçici sürecin bitiminden önce bile bir durumdan diğerine geçişi başlatır.
Sayaç tetik geçişlerinin sıralı doğası, çıkışlarında bir yanlış sinyal kaynağıdır. Örneğin, "ağırlıkları" 8421 olan dört basamaklı bir ikili kodda sayan bir sayaçta, 710 = 01112 sayısından 810 = 10002 sayısına giderken, çıkışta aşağıdaki sinyal dizisi görünecektir: 0111 - 0110 - 0100 - 0000 - 1000. Bu, durum 7'den durum 8'e geçişte, sayaç çıkışlarında kısa bir süre için durum 6'nın görüneceği anlamına gelir; 4; 0. Bu ek durumlar, diğer cihazların arızalanmasına neden olabilir.
5.3 Paralel aktarımlı sayaçlar
Paralel sayaçlarda, senkronizasyon sinyalleri tüm tetikleyicilere aynı anda uygulanır, bu da geçici olayların süresini azaltır. Bu durumda paralel bir sayaç elde ederiz. Bir toplama sayacı devresi örneği Şekil 5.5'te gösterilmiştir.
Şekil 5.5 - TV tetikleyicilerinde paralel toplama sayacı
Burada, sayma darbeleri, tüm flip-flopların senkronizasyon girişlerine T eşzamanlı olarak beslenir ve etkinleştirme girişleri V, belirli bir giriş darbesinde durumlarını değiştiren özel flip-flop'ları belirleyen sinyalleri alır. V=1 ise tetik her zamanki gibi çalışır, V=0 ise depolama modundadır. Sayacın çalışma prensibi tablodan izlenir.1: önceki tüm tetikleyiciler bir mantıksal birim durumundaysa, bir sonraki senkronizasyon darbesi geldiğinde tetik durumunu değiştirir.
Bir T-flip-flop olarak, örneğin IC K155TV1 gibi evrensel bir JK tetikleyici kullanabilirsiniz. JK parmak arası terliklere dayalı bir paralel toplama sayacı Şekil 5.6'da gösterilmektedir.
Şekil 5.6 - JK parmak arası terliklerde paralel toplama sayacı
Burada, her tetik yalnızca iki modda olabilir: sayma (T-tetikleme modu) ve depolama. Birinci durumda J=K=1, ikinci durumda J=K=0. Çalışma mantığı, Şekil 5.5'te gösterilen devrenin açıklamasıyla tamamen tutarlıdır.
5.4 Yukarı/Aşağı sayaçları
Bazen hem ileri hem de geri saymaya izin veren sayaçlar gerekir, yani. tersine çevrilebilir. Yapılarının prensibi, çalışma modunun değiştirilmesini organize etmeyi mümkün kılan valf elemanlarının kullanımına dayanmaktadır. TV parmak arası terliklerde tersinir bir paralel sayaç için seçeneklerden biri Şekil 5.7'de gösterilmiştir.
Şekil 5.7 - TV tetikleyicilerinde paralel yukarı/aşağı sayacı
Sayma yönünün değiştirilmesi, kontrol girişlerinden birine mantıksal birim sinyali "1" uygulanarak elde edilir. “+1” girişine “1” uygulanırsa toplama modu, giriş “-1” ise çıkarma modu. İlk durumda üst AND kapıları açılacak, dolayısıyla transfer sinyalleri tetikleyicilerin doğrudan çıkışlarından alınacak, ikinci durumda alt kapılar açılacak ve transfer sinyalleri ters tetikleyiciden geçecektir. çıktılar.
5.5 2n dışında rastgele sayma faktörüne sahip sayaçlar
Bazı uygulamalar, 2n'den farklı bir sayma faktörüne veya değişken bir sayma faktörüne sahip sayaçlar gerektirir. Bunu değiştirmenin olası yollarından biri, sayma faktörünün kontrol sinyallerine bağlı olarak devrenin mantıksal yapısını değiştirmektir. Değişikliğin anlamı, sayacın durum sayısını değiştirmektir, çünkü Ksch bu sayıya eşittir.
Modulo 5'i sayan paralel bir sayaç geliştirmek istediğinizi varsayalım. 5'lik bir sayma faktörü sağlayan minimum parmak arası terlik sayısı üçtür. Aslında, üç parmak arası terlik içeren bir sayaç, sekiz durumdan birinde olabilir (sıfır durumu 000 dahil). Ancak Ксч =5 elde etmek için durum sayısını 8-5=3 azaltmak gerekir. Sayacın üç durumu devre dışı bırakılmalıdır.
Durum sayısını azaltmanın aşağıdaki ana yolları mümkündür:
İlk kod kurulumu,
Sayma sürecinde zorla,
Zorla sıfırlama.
Altında ilk kurulum kod, fazlalık durumların sayısına eşit bir sayıyı saymaya başlamadan önce sayaca ön giriş olarak anlaşılır (Kc = 5 için bunlardan 3 tane vardır). Böylece sayacın başlangıç durumuna geçmeden önce saydığı darbe sayısı girilen sayı kadar azalacaktır.
Zorlama, sayaç devresine ek elemanların eklenmesini gerektirir ve belirli bir anda fazlalık durumların sayısına eşit bir sayının sayaca girilmesini sağlar. Bu prensibe göre bir sayaç oluşturmaya bir örnek, Şekil 5.8'de gösterilen Ксч=10 olan bir sayaçtır.
Şekil 5.8 - Ksc=10 ile zorunlu sayma ile sayaç
İlk sekiz darbe sırasında, sayaç durumları Tablo 5.3'te gösterildiği gibi olağan sırada değişir.
Tablo 5.3 - Ksch=10 ile zorunlu sayma ile sayacın durum kodları
| sinyal numarası | Sıralar (ağırlık) | Sayaçtaki numara | |||
| Q3(8) | S2(4) | Q1(2) | Q0(1) | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 9a | 1 | 1 | 1 | 0 | 14 |
| 9b | 1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
| 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Dokuzuncu darbenin (satır 9a) gelmesiyle, AND mantık elemanının girişlerinde ve 4 ve 2 ağırlıklarına sahip S girişlerinde Q2 ve Q1 tetikleyicilerini ayarlayan "0" çıkışında üç tane belirir, sırasıyla. Bu, sayaca 6 rakamını girmekle eşdeğerdir - Ксч=10'da tam olarak çok fazla fazlalık durumu. Dokuzuncu darbenin (satır 9b) bitiminden sonra Q0 tek bir duruma geçer ve sonuç olarak sayaç 9 rakamı yerine 15 rakamını içerir. Onuncu darbe ile sayaç ilk sıfır durumuna geçer.
Zorlanmış sıfırlama ilkesi, 16 içinde Kf değişkeni olan dört bitlik bir seri ikili sayaç olan K155IE5 IC'de uygulanmaktadır. K155IE5 sayacının geleneksel grafik gösterimi Şekil 5.9'da gösterilmektedir.
Şekil 5.9 - Zorla sıfırlamalı sayaç K155IE5
K155IE5 sayacının yapısı Şekil 5.10'da gösterilmektedir.
Şekil 5.10 - K155IE5 zorunlu sıfırlamalı sayacın yapısı
K155IE5 sayacı, JK parmak arası terliklere dayalı dört sayma parmak arası terlikten oluşur ve Ksch=2 (giriş C1 ve çıktı Q1) ve Ksch=8 (giriş C2 ve çıkışlar Q2, Q3, Q4) olan iki bağımsız parça içerir. . Q1 ile C2 harici bağlantıları yardımıyla Kc=2×8=16 ile seri sayıcı alabilirsiniz. R1 ve R2 girişleri, R1 = R2 = 1 olduğunda meydana gelecek olan sayacı sıfırlamaya (sıfırlamaya) hizmet eder.
Rastgele bir sayma katsayısı elde etme ilkesi, sayaç çıkışlarından sıfırlama girişlerine tek sinyallerin beslenmesine dayanır.
Örneğin, Ксч=10 elde etmek için önce tetikleyici sayısı belirlenir. Dört tane olmalı çünkü. 24=16, bu 10'dan büyüktür. C2 ile Q1 Bileşik. Daha sonra ondalık on sayısı ikili biçimde yazılır: Q1=0, Q2=1, Q3=0, Q4=1 olacaktır. Ксч=1010 olduğunda, maksimum çıkış kodu 910 sayısına karşılık gelir ve onu takip eden sayı 1010 değil 010'dur. Bu nedenle, onuncu darbeden sonra aynı anda görünen Q2 ve Q4 çıkışlarını R1 girişleriyle bağlayarak ve R2'de, Ксч=1010'a karşılık gelecek olan onuncu darbe ile sayacı sıfırlıyoruz. Şekil 5.11, açıklanan yönteme göre oluşturulmuş Ксч=10 ile bir sayacı göstermektedir.
Şekil 5.11-IC K155IE5 tabanlı Ksch=10 ile Sayaç
Mikro devreler K155IE6, K555IE6, KR1533IE6 1-2-4-8 kodunda çalışan ikili ondalık, tersinir bir sayaçtır. Geleneksel grafik gösterimi Şekil 5.12'de gösterilmektedir.
Şekil 5.12-Sayaç K155IE6, K555IE6, KR1533IE6
K155IE6, K555IE6, KR1533IE6 mikro devresinin çıkış ve girişlerinin amacı:
+1 ve -1 girişleri saat darbeleri sağlamak için, +1 - doğrudan sayma için, -1 - ters sayma için kullanılır.
Giriş R, sayacı 0'a ayarlamaya yarar,
L Girişi - D1 - D8 girişlerinden gelen sayaca bilgi yazmak için.
Sayaç tetikleyicilerinin 0'a ayarlanması, bir günlük uygulandığında gerçekleşir. 1 R girişi, L girişi ise log olmalıdır. 1. Sayaçta 0'dan 9'a kadar herhangi bir sayıyı önceden kaydetmek için, kodu D1 - D8 girişlerine uygulanmalıdır (D1 en az anlamlı basamaktır, D8 en anlamlıdır), R girişinde ise bir kayıt. 0 ve L girişine bir negatif polarite darbesi uygulayın.
Ön kayıt modu, ayarlanabilir bir bölme faktörü ile frekans bölücüler oluşturmak için kullanılabilir. Bu mod kullanılmazsa, log seviyesi sürekli olarak L girişinde tutulmalıdır. 1.
+1 girişine negatif polarite darbeleri uygulandığında doğrudan sayma yapılır, -1 ve L girişleri log olmalıdır. 1, R girişinde - log. 0. Sayaç tetikleyicilerinin değiştirilmesi, giriş darbelerinin bozulmasına göre gerçekleşir; her onuncu giriş darbesiyle aynı anda, çıkış > 9'da bir sonraki çoklu girişin +1 girişine uygulanabilen bir negatif taşma çıkış darbesi oluşur. -rakamlı sayaç çipi. Sayacın 1-2-4-8 çıkışlarındaki seviyeler, sayacın o andaki durumuna karşılık gelir (ikili kodda). Geri sayım sırasında giriş darbeleri -1 girişine beslenir, çıkış darbeleri çıkış ≤ 0'dan alınır.
KULLANILAN EDEBİYAT LİSTESİ
1. Aleksenko A.G. Mikrodevreler. - M.: Radyo ve iletişim. - 1982.
2. Biryukov S.A. TTL ve CMOS serisinin dijital mikro devrelerinin kullanımı. -M.: DMK. -2000
3. Bukreev Ya.P. Sayısal cihazların mikroelektronik devreleri - M.: Radyo ve iletişim - 1990.
4. Zeldin E.A. Bilgi ölçüm cihazlarında dijital entegre devreler - L.: Energoatomizdat. - 1986.
5. Entegre Devreler: Bir El Kitabı. Ed. Tarabrina B.V. -M.: Energoatomizdat. -1985.
6. Malyshev A.A. Dijital teknolojinin temelleri - M.: Radyo ve iletişim - 1984
7. Ovechkin Yu.A. mikroelektronik - M.: Radyo ve iletişim - 1982.
8. Dijital devrelerin temelleri / I.P. Barbash, M.P. Blagodarniy, V.Ya. Zhikharev, V.M.Ilyushko, V.S.M.Timonkin, V.S.Kharchenko.-H.-Ulusal Havacılık ve Uzay Üniversitesi “Khark. havacılık in-t". - 2002.
Rusya Federasyonu Bakanlığı
Tomsk Politeknik Üniversitesi
__________________________________________________________________
E.L. sobakin
DİJİTAL DEVRE MÜHENDİSLİĞİ
öğretici
UDC 681.325,6
Sobakin E.L. dijital devre. Proc. ödenek. Bölüm I Tomsk: Ed. TPU, 2002. - 160'lar.
Kılavuz, teknik sistemlerde yönetim ve bilişim uzmanlık alanı 210100 öğrencileri için ders dersinin ana konularını özetlemektedir. Kılavuz Otomasyon Dairesi Başkanlığında hazırlanmış ve bilgisayar sistemleri TPU, disiplinin müfredatına karşılık gelir ve Uzaktan Eğitim Enstitüsü öğrencilerine yöneliktir.
Tomsk Politeknik Üniversitesi Yayın ve Yayın Konseyi'nin emriyle yayınlanmıştır
İnceleyenler:
sanal makine Dmitriev Profesör, Teknik Bilimler Doktoru, Elektrik Mühendisliğinin Teorik Temelleri Bölüm Başkanı, Tomsk Kontrol Sistemleri ve Radyoelektronik Üniversitesi;
Sİ. Korolev NPO Spetstechauditservis LLP Direktörü,
Teknik Bilimler Adayı, Kıdemli Araştırmacı.
2002
Tomsk Politeknik Üniversitesi, 2002
Tanıtım
Bu kılavuz, 210100 "Teknik sistemlerde bilişim ve kontrol" uzmanlığında okuyan yüksek öğretim kurumlarının öğrencileri için hazırlanmıştır. Yazar tarafından Tomsk Politeknik Üniversitesi'nde birkaç yıl boyunca verilen dersler temelinde derlenmiştir ve geniş uygulama için mikro devreler üzerinde dijital teknoloji cihazlarının resmileştirilmiş yapımına yönelik yöntemlerin sistematik bir sunumuna ayrılmıştır.
"Dijital Devre" disiplini, öğrencilerin önceden ustalaşması gereken "Elektronik" dersinin devamı olarak düşünülmelidir, çünkü analogun eleman tabanı bilgisi elektronik aletler.
Modern otomasyon sistemlerinin çoğu, bilgisayar sistemleri, bilgi iletim ve işleme sistemleri, tamamen veya kısmen dijital teknoloji cihazları üzerinde gerçekleştirilir. Bu nedenle, dijital cihazların ve bina sistemlerinin temellerine dayalı olarak çeşitli amaçlarla kullanım ilkelerinin bilgisi, hem mühendislik faaliyetlerinde hem de metodolojik çalışmalarda önemli ve pratik değere sahiptir.
El kitabı materyali şartlı olarak üç bölüme ayrılabilir: 1) Mikroelektroniğin temelleri; 2) Dijital teknolojinin kombinasyon cihazları; 3) Sayısal teknolojinin sıralı mantık aygıtları.
Kursta uzmanlaşmaya başlarken, sonraki materyal bir öncekinin bilgisine dayandığından ve sırayı değiştirmek, ustalaşmada zorluklara yol açabileceğinden, materyali belirtilen bölümleri listeleme sırasına göre çalışmalısınız. Bu, diğer ders kitaplarının ve özel teknik literatürün aynı fenomeni, süreçleri, dönüşümleri vb. açıklamak için farklı terimler ve kavramlar kullanması gerçeğiyle daha da kötüleşir. Kullanılan kavramlardaki farklılık veya bunların yanlışlığı, sunulan malzemenin özünün yanlış anlaşılmasına ve bunun sonucunda özümsemesinde zorluklara yol açar.
Bu bölümlerden ilk ikisi bu kılavuzun ilk bölümünde yer almaktadır (P1). Üçüncü bölüme ayrı bir kılavuz ayrılmıştır.
1 İÇİNDE.Dijital cihazların uygulanması
Şu anda, mikroişlemci cihazlarının ve sistemlerinin mühendislik pratiğine oluşturulması ve yaygın olarak tanıtılmasıyla bağlantılı olarak, dijital bilgi işleme ve iletme yöntemlerine olan ilgi azalmamakta ve yeniden teşvik edilmektedir. Bu yöntemler, sırayla, sistemlere bir dizi olumlu özellik ve nitelik kazandırır. İletilen bilgilerin doğruluğu artar, yüksek hız ve bilgi işlem sistemlerinin performansı, kabul edilebilir maliyeti, yüksek güvenilirliği, düşük enerji tüketimi vb. sağlanır.
Bu sistemler tarafından çözülen görevler çok çeşitlidir ve belirli bir sistemi oluşturan cihazların işlevlerini önceden belirler. Bu nedenle, cihazlar ve işlevleri, sistemler tarafından çözülen bu görevler ve özellikle bireysel cihazlar veya bloklar tarafından gerçekleştirilen alt görevler ışığında tam olarak düşünülmelidir.
Ana tipik görevlerüretimin veya diğer süreçlerin otomatik veya otomatik yönetimi ve kontrolünden kaynaklananlar:
Toplamak bilgi (alma);
dönüşüm bilgi (ölçeklendirme, normalleştirme, filtreleme, kodlama vb.);
gönderme-alma bilgi;
işleme ve kullanım bilgi;
depolamak bilgi.
Amaçlanan amaca ve ana işlevlere bağlı olarak, şunlar vardır:
Otomatik (veya otomatik) yönetim ve kontrol sistemleri.
Bilgi iletim sistemleri.
Bilgi işlem sistemleri (bilgi işlem sistemleri).
Bu görevlerin ilişkisini, bu sistemlerde kullanılan elektronik dijital cihazların yeri ve rolünü anlamak için, bu sistemlerin genelleştirilmiş blok diyagramlarını ve bileşenlerinin işlevsel amacını ele alalım.
B1.1. Otomatik kontrol sistemleri
Yönetmek yönetilen nesnenin durumunu (konumunu) ve verilen algoritmaya göre bilmek anlamına gelir ( kontrol algoritması) ortaya çıkan sapmaları ortadan kaldırmaya çalışarak nesne üzerinde hareket edin.
Bu nedenle, genel durumda yönetim, aşağıdaki eylemlerle ilişkilidir:
nesnenin durumu hakkında bilgi edinme;
alınan bilgilerin nesnenin durumu hakkında verilen bilgilerle karşılaştırılması;
kontrol sinyallerinin oluşumu (etkiler);
gerekli duruma getirmek için nesne üzerindeki etkisi.
Listelenen eylemlere uygun olarak, genel durumda otomatik kontrol sistemi (ACS), bir bilgi ölçüm cihazı, bir kontrol cihazı ve bir kontrol cihazı içermelidir. yürütme cihazı(Şekil B1).
Bilgi ölçüm cihazı (IMU), kontrol nesnesi (OC) hakkında bilgi alır ve onu önceden işler. Bilgi edinme, değerleri işletim sisteminin durumunu karakterize eden parametrelerin değerleriyle orantılı olan birincil sinyallerin oluşumundan oluşur. Bir nesne, bir bütün olarak üretim sürecinin yanı sıra ayrı bir üretim birimi olarak anlaşılabilir. Ve nesnenin "çıktı koordinatları" parametreleri altında. Bunlar örneğin sıcaklık, basınç, malzeme veya enerji tüketimi ve benzerleri olabilir. Bu koordinat parametrelerinin çoğu analog biçimde sunulduğundan ve sonsuz bir değerler kümesiyle karakterize edildiğinden, sinyaller parametreleri açısından normalleştirilmeli, ölçeklenmeli ve birleşik bir biçime sahip olmalıdır.
Bu nedenle, IMU, aşağıdaki dönüşümlerin gerçekleştirildiği, birincil ölçüm dönüştürücüleri ve sensörleri, analogdan dijitale dönüştürücüler ve diğer işlevsel birimlere sahip olmalıdır:
fiziksel niceliklerin değerleri, doğrudan veya alternatif akımın birleşik analog sinyallerine;
seviye ve şekil açısından sinyallerin ölçeklenmesi veya normalleştirilmesi;
analog sinyallerin ayrık (dijital) sinyallere dönüştürülmesi;
sinyal kodlama ve diğer bazı dönüşümler.
Koordinatların mevcut değerleri ile ilgili sinyaller gönderilir. kontrol cihazı (UU). Bu cihazın işlevleri, mevcut değerleri verilen koordinat değerleriyle karşılaştırmayı ve karşılaştırma sonuçlarına göre kontrol sinyalleri (kontrol sinyalleri) üretmeyi içerir. Ayar noktaları bir insan operatör tarafından veya yazılım tarafından otomatik olarak girilebilir. İlk durumda, ayarları bir kişi tarafından belirlenen ve ayarlanan bir kontrol ünitesi olarak bir otomatik regülatör veya birkaç otomatik regülatör kullanılabilir. İkinci durumda, CU bir mini veya mikro bilgisayar yazılım makinesidir ve insan operatörün rolü, programa girmek ve sistemin ilk başlatılmasına indirgenmiştir.
Bu işlevleri gerçekleştirmek için, CU'nun değerleri hesaplamak ve sinyalleri karşılaştırmak, sinyallerin kısa vadeli ve uzun vadeli ezberlenmesi (depolanması) ve birleşik kontrol sinyallerinin oluşturulması için aritmetik ve mantıksal işlemler yapması gerekir. İkincisi, kontrol nesnesi üzerindeki eylemlerin (kontrol eylemleri) daha da oluşturulduğu ve onu gerekli duruma getiren bilgileri içerir.
Gerekli fiziksel doğa formlarının doğrudan etkisi yürütme cihazı (İÜ). Kontrol sinyallerini, örneğin DC voltajı veya darbe akımı, aktüatörün dönüş hızında, vananın buhar boru hattındaki mekanik hareketinde vb. Bu dönüştürmeleri gerçekleştirmek için şunlara ihtiyacınız olacak: dijitalden analoğa dönüştürücüler; elektrik sinyallerinin elektriksel olmayanlara dönüştürücüleri; amplifikasyon cihazları vb. Bu durumda, ara olanlar olarak dijital sinyal kodlarının dönüştürücüleri veya sinyal temsil formları gerekli olabilir. Örneğin, ikili sayıların orantılı sayıdaki darbelere, tek fazlı sinyallerin kademeli motorları kontrol etmek için kullanılan çok fazlı sinyallere vb.
Rahatsız edici etkilerin etkisi altında, nesne normal durumdan (mod) ayrılır ve ACS onu gerekli (normal) çalışma moduna döndürür. Kontrol süreci gerçek zamanlı olarak, yani fiziksel süreçlerin doğası tarafından belirlenen bir hızda ilerler. Kontrol eylemleri zaman içinde veya aşırı derecede geciktirilirse, nesnenin koordinatlarının kabul edilemez değerler alabileceği ve nesnenin kendisinin veya sistemin bireysel cihazlarının başarısız olacağı sistemin kararsız bir çalışma modu meydana gelebilir, bir acil durum modu oluşacaktır. Bu nedenle, ACS teorisinde ana vardır kontrolün istikrarını ve doğruluğunu sağlama sorunları.
Çoğu listelenen dönüşümler dijital mikro elektronik cihazlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bir CU, kontrol mikrobilgisayarları veya dijital mikro devreler temelinde oluşturulduğunda tamamen dijitaldir.
Dijital mikro devrelerde, kısmen analogdan dijitale ve dijitalden analoga sinyal dönüştürücülerin yanı sıra fiziksel niceliklerin dijital sensörleri gerçekleştirilir.
B1.2. Bilgi iletim sistemleri (TTS)
IM ile CU (Şekil B1) ve ayrıca CU ile CU arasındaki mesafenin artmasıyla, bilgi aktarma görevi. Bilgiyi önemli mesafeler boyunca iletme ihtiyacı, yalnızca mekansal olarak geliştirilmiş otomatik kontrol ve izleme sistemlerinde değil, aynı zamanda sistemler diğerleri iletişim türleri(telgraf, telefon, telefaks vb.) Ayrıca bilgisayar sistemlerinde, veri iletim sistemlerinde, telemekanik sistemlerde vb. bilgi aktarma ihtiyacı ortaya çıkar. Bu görev, süreç içinde olması nedeniyle karmaşıktır. iletişim hatları üzerinden iletim parametreler bozuk sinyaller ve bu da, bilginin bozulmasına ve aslına uygunluğunun azalmasına (doğru alım olasılığı) yol açabilir. Sinyallerin bozulması, girişimin etkisinden kaynaklanmaktadır. yükselme iletişim hatlarında. Girişim, kural olarak, rastgele bir yapıya sahiptir ve parametrelerinde sinyal parametrelerinden farklı olmayabilir. Bu nedenle, sinyalleri çarpıtma ve hatta bilgiyi "çoğaltma" yeteneğine sahiptirler. iletilen mesajı dönüştürmek. Bilgi transferinde en son istenmeyen olay.
Yüksek sadakat ve maksimum hız sağlamak için ( uhFverimlilik) bilgi iletimi, ek sinyal dönüşümleri ve bunların iletimi için özel yöntemler gereklidir.
Bu dönüşümler şunları içerir: kodlama ve ters prosedür bilgi kod çözme(ve sinyaller). Kodlama, bir mesajı sinyale dönüştürme işlemidir.. Bu durumda, dönüşümler belirli kurallara göre gerçekleştirilir. tüzük toplamı olan kod denir.
Bilgilerin kodlanması, verici tarafta, kod çözme ise alıcı tarafta gerçekleştirilir. Ayırmak hata düzeltici kodlama ve verimli. Hedefgürültü bağışıklığı kodlama inşa etmek (sphorsessiz) parazite daha az eğilimli bir sinyal, t verinfakatalıcı tarafta iletim sırasında meydana gelen hataların tespit edilebilmesi veya düzeltilebilmesi için bazı yapılar. Ve böylece, iletimin yüksek sadakatini sağlamak için.
Hedefetkili kodlama maksimum hız sağlamakhakkındaDeğeri büyük ölçüde ne kadar zamanında alındığına göre belirlendiğinden bilgi transferinin büyümesi. Bu gereksinime göre, kodlanmış mesajın gerekli miktarda bilgiyi taşıması ve aynı zamanda iletimin minimum zaman alması için minimum uzunluğa sahip olması gerekir.
Sinyallerin (ve bilgilerin) iletimi şu şekilde gerçekleştirilir: iletişim kanalları. Bağlantı bu, kaynaktan bağımsız sinyal iletiminin bir yoludur (yoldur).Hbilginin ilgili alıcısına (alıcısına) takma ad.İletişim kanalları, kanal oluşturan ekipmanın teknik araçlarıyla oluşturulur ve iletişim hatları gibi parazite maruz kalır.
SPI'de çözülmesi gereken ana görevlerden biri, gerekli sayıda iletişim kanalının oluşturulması görevidir. İletimin verimliliği ve gürültü bağışıklığı, büyük ölçüde kullanılan iletişim kanalları tarafından belirlenir. Altında gürültü bağışıklığı bir sistemin yeteneğidir(sinyal, kod) parazit varlığında işlevlerini doğru bir şekilde yerine getirir.
Genellikle aynı sistem, birçok kaynaktan ilgili sayıda alıcıya (alıcıya) bilgi iletmek için kullanılabilir. Bu nedenle, gerekli gürültü bağışıklığına sahip gerekli sayıda kanalın oluşturulması iletişim cihazına atanır. Bu durumda iletişim cihazında aşağıdaki dönüşümler gerçekleştirilebilir: modülasyon ve demodülasyon sinyaller; hatta iletilen ve l'den alınan kazançVeAraştırma enstitüleri sinyal bağlantıları; seviye ve frekans spektrumunda sınırlama sinyaller ve diğerleri.
SRS'nin kullanım alanına (uygulama) bağlı olarak, sinyallerin şeklinin dönüştürülmesi, fiziksel doğası, dışarıdan gelen sinyallerin parametrelerinin normalleştirilmesi ve tarafından verilen sinyallerin normalleştirilmesi gibi ek dönüşümlere ihtiyaç vardır. sistemden harici cihazlara; iletişim kanalına iletilen ve sistem tarafından verilen sinyallerin geçici olarak depolanması.
Listelenen dönüşümler, bilgi iletim sistemlerinin verici ve alıcı ekipmanının işlevsel bileşimini önceden belirler (Şekil B2).
Şemadan da görebileceğiniz gibi, aktarım soldan sağa tek yönde gerçekleştirilir. Giriş ve birincil bilgi dönüştürme cihazı (UVPI), bilgi kaynaklarından gelen sinyalleri, uzun mesafelerde doğrudan iletilemez birleşik "birincil" sinyallere dönüştürür. Genellikle bu birleşik sinyaller, sabit seviye değerlerine sahip DC voltajıdır. Birincil sinyaller, iletim süresi boyunca (tampon depolama aygıtında) UVPI bloğunda depolanır ve ardından bellekten silinir. Kodlama cihazı (CU), birincil sinyalleri belirli bir yapıya ve formata sahip kodlanmış sinyallere dönüştürerek, onları (sinyalleri) uzun mesafelerde ("TV sinyalleri") iletme olanağına izin verir. Kural olarak, bu cihaz kombinasyoneldir, ancak bazı durumlarda sıralı (çoklu bisiklet) yapılabilir. Burada, kodlama prosedürlerinin mantıksal ve aritmetik işlemleri uygulanmaktadır.
İletişim cihazının (Şekil B2) temel amacı, oluşturmak veya iletişim kanallarının organizasyonu sağlanan satırda. iletişim hattı sistemin vericisi (Tx) ile alıcısı (Rx) arasındaki maddi ortamdır. Şekil geleneksel olarak iki telli bir hattı göstermektedir. elektrik iletişimi. Ancak, radyo bağlantıları ve fiber optik bağlantılar ve diğerleri kullanılabilir. Hat tipine bağlı olarak, Tx ve Rx'de parametre ve karakteristiklerini haberleşme hattının parametre ve özellikleri ile eşleştirmek için çeşitli sinyal dönüşümleri ve hedeflenen dönüşümler yapılır. artan gürültü bağışıklığı sinyaller.
Alıcı tarafta, iletişim hattından alınan kodlanmış sinyaller, yeniden kod çözme cihazı (DCU) tarafından birincil sinyallere dönüştürülür. Aynı zamanda, alınan sinyallerdeki kod çözme prosedürleri ile hatalar tespit edilir ve düzeltilebilir ve böylece bilgi iletiminin gerekli doğruluğu sağlanır. FAKAT çıkış dönüştürücüler(VP) bu birincil sinyalleri, bilgi alıcılarının algılayabileceği biçim ve biçime (fiziksel doğa) dönüştürür.
Şekil B2'de gösterilen işlevsel "montajların" ve "blokların" çoğunun dijital mikro devreler üzerinde uygulanabileceğine dikkat edilmelidir. Bu nedenle, iletişim sistemleri genellikle dijitaldir.
B1.3. Bilgi işleme sistemleri
(bilgisayar sistemleri)
Yukarıda listelenen tipik görevler, matematiksel ve mantıksal yöntemlerle çözülebilir ve resmileştirilebilir. Buna karşılık, bu yöntemler, bazı "ilk verilerde" yürütülmesi daha önce bilinmeyen yeni bir sonuç üreten en basit işlemlerle (aritmetik veya mantıksal) çalışır. Çeşitli bilgi işleme problemlerini çözme yöntemlerinin bu ortaklığı, amacı (başlangıçta) elektronik bilgisayarlar (bilgisayarlar) için hesaplama prosedürlerinin otomasyonu olan ayrı bir cihaz ve sistem sınıfı oluşturmayı mümkün kıldı. Bilgisayar teknolojisinin gelişiminin şu andaki aşamasında, bilgisayarlar, bilgi işlemek ve iletmek için modern bilgisayar sistemlerinin inşa edildiği bilgisayarlara "dönüşmüştür". Bazılarının genelleştirilmiş blok diyagramı bilgi işlem sistemiŞekil B3'te gösterilmiştir.
Önceden işlenen veriler giriş aygıtı Uvv gel hafıza cihazı hafıza, burada tüm işlem süresi boyunca depolanırlar. Gelen bilgileri işleme programı da aynı bellekte saklanır.
Sistemin programı ve ayrıca "veriler", bellek hücrelerinde belirli adreslerde (bellek hücrelerinin adresleri) kaydedilen çok bitli ikili sayılar şeklinde bellek cihazında saklanır. Toplamı bir veri işleme programını gösteren ikili sayılar, her biri belirli bir amacı olan belirli sayıda parçaya yapılandırılmıştır. En basit durumda, aşağıdaki kısımlar vardır: 1) "veri" değerlerini temsil eden ve "işlenenler" olarak adlandırılan iki ikili sayı ile gerçekleştirilecek işlemin kodu; 2) ilk işlenenin adresi; 3) ikinci işlenenin adresi. Bu parçaların birleşimi bir "ekip" oluşturur.
Bilgisayarın işidir sıralı yürütme Program tarafından verilen komutlar. Tüm blokların çalışmalarını zamanında koordine eder ve yönetir kontrol cihazı uu. Ve işlenenler üzerindeki doğrudan mantıksal ve aritmetik işlemler (eylemler) tarafından gerçekleştirilir. aritmetik mantık Birimi ALU, kontrol ünitesinden gelen bir sinyal üzerine "çalışma kodu", her seferinde belirli bir işlemi gerçekleştirmek üzere yapılandırılır.
Kontrol cihazı bellekten aldığı komutun şifresini çözer (Şekil B3 "sonraki komut"), çalışma kodunu ALU'ya gönderir ve ilgili işlemi gerçekleştirmeye hazırlanır. Ardından, işlenenlerin belleğinden getirme sinyalleri üretir (bkz. “Veri adresleri”) ve bilgisayar işleminin bir sonraki döngüsünde yürütülecek bir sonraki talimatın adresini belirler (“Bir sonraki talimatın adresi”). CU'dan gelen sinyallere bağlı olarak, işlenenler bellekten okunur ve ALU şunları gerçekleştirir: gerekli eylemler. Bu durumda, hafızayı da koruyan bir ara sonuç (“İşlemin sonucu”) oluşur. İşlemin sonucuna bağlı olarak, komut yürütme sırasını değiştirmek veya veri işlemeyi durdurmak veya operatöre hata mesajlarını görüntülemek gerekebilir. Bu amaçla ALU'dan CU'ya “Sonuç işareti” sinyali gönderilir. Girilen verileri (bilgileri) işleme süreci, “Hesaplamaların sonu” komutu alınana veya operatör kendi takdirine bağlı olarak veri işlemeyi durdurana kadar devam eder.
Ortaya çıkan işlem sonucu da bellekte saklanır ve üzerinden çıktı alınabilir. çıkış aygıtı ne yazık ki Program tarafından sağlanmışsa, işleme sürecinin sonunda veya süreç sırasında.
Operatörün bilgisayarla "iletişim"i için, terminal cihazları O, operatörün komutları ve diğer mesajları girmesi ve bilgisayardan operatöre "mesajların" çıktısı için tasarlanmıştır.
Şekil B3, bilgisayarın tüm bileşenlerinin çalışmasının senkronizasyonunu sağlayan kontrol cihazının bağlantılarını göstermemektedir. Geniş oklar, paralel veri iletimi olasılığını gösterir (çok bitli ikili sayıların tüm basamaklarının aynı anda iletimi).
Şekil B3'te gösterilen hemen hemen tüm bloklar (terminal cihazları hariç) yalnızca dijital entegre devrelerde (IC'ler) tam olarak uygulanabilir. Özellikle, CU, ALU ve belleğin bir kısmı (kayıtlı bellek SRAM'ı), yüksek derecede entegrasyon ile tek bir IC şeklinde yapılabilir. Adlandırılmış blok kümesi formları mikroişlemci İşlemci Tek bir yarı iletken çip üzerinde entegre teknoloji vasıtasıyla yapılmış bir bilgisayar.
Veri giriş ve çıkış cihazları, kural olarak, sırasıyla giriş ve çıkış verilerinin geçici olarak depolanması ve sistemi harici cihazlarla koordine etmek için kullanılan arabellek depolama kayıtlarından oluşur.
Depolama aygıtı (bellek) genellikle iki bölüme ayrılır: rastgele erişimli bellek (RAM) ve salt okunur bellek. Birincisi, hesaplamaların ara sonuçlarını depolamaya hizmet eder, "içeriği" veri işleme sürecinde sürekli değişmektedir. RAM, verileri "okuma" ve "yazma" modlarında çalışır. İkincisi, salt okunur bellek (ROM), standart rutinleri ve bilgisayarı açma ve kapatma işlemlerini kontrol eden bazı sistem (hizmet) rutinlerini depolamaya hizmet eder. Kural olarak, ROM, IC ROM üreticilerinde önceden programlanmış veya kullanıcı tarafından yeniden programlanabilir ROM (RePROM) olan, kullanıcı tarafından programlanabilen ROM IC'lerinde (PROM) yürütülür. Genellikle bunlar, güç kaynağından ayrıldıklarında bile kaydedilen bilgilerin “yok edilmediği” geçici olmayan depolama cihazlarıdır.
ALU, ikili sayılar, mantık öğeleri ve sayıları karşılaştırmaya hizmet eden bir dizi diğer işlevsel birimlerle mantıksal ve aritmetik işlemler gerçekleştiren aynı adı taşıyan IC'leri, dijital karşılaştırıcıları, gerçekleştirilen aritmetik işlemlerin hızını artırmayı, örneğin "hızlandırılmış" içerir. transfer blokları” vb.
CU, sistemin saat frekansını ayarlayan ve nihayetinde performansını belirleyen zamanlayıcı cihazları, komut kodu kod çözücüleri, programlanabilir mantık matrisleri, kayıtlar, mikro program kontrolü, ayrıca G / Ç "bağlantı noktaları".
Listelenen tüm işlevsel birimler, entegre dijital cihazlar şeklinde uygulanır.
Ana sorunlar bilgi işlem sistemleri, ilk olarak, verim(hız). İkincisi, sistemlerin çalışmasını sağlamak gerçek zamanda.
İlk sorun, sistem çapında bir yapıya sahiptir ve yeni bir eleman tabanı ve özel bilgi işleme yöntemleri uygulanarak çözülür.
İkinci sorun, üretim süreçlerini kontrol etmek için bilgi işlem sistemlerini kullanırken ortaya çıkar ve üretim ve bilgi işlem süreçlerinin hızının tutarlı olması gerektiği gerçeğinde yatmaktadır. Gerçekten de, bir bilgisayar sisteminin (CS) işleyişi, bir bilgisayarın veya bilgisayarın "çalışma döngüsü" olarak adlandırılan belirli bir sabit ve bölünmez zaman aralığı bir zaman birimi olarak alındığında, "bilgisayar" zamanında gerçekleşir. , gerçek fiziksel süreçler, örneğin teknolojik süreçler, gerçek zamanlı olarak ilerlerken, saniyeler, saniyenin kesirleri, saatler vb. Bilgisayarların kullanımını mümkün kılmak için, bilgi işleme hızının gerçek fiziksel süreçlerin hızından daha az olmaması gerekir. Bu sorunun çözümü, kontrol bilgisayarı ile bilgisayar arasında bilgi (veri) alışverişi için özel yöntemler düzenleyerek elde edilir. çevre birimleri ve özel, sözde kullanımı interyüz devreleri ve cihazları. Arayüz işlevleri şunları içerir:
işlemci veya sistemin depolama cihazı ile bilgi alışverişi gerektiren harici bir cihazın adresinin belirlenmesi;
VS işlemcisinin çalışmasını kesintiye uğratmak ve kesmeyi talep eden nesnenin hizmet programına geçişi başlatmak için sinyaller üretmek. Bu özel bir kurala göre yapılır. öncelik sistemi;
harici cihazlara hizmet vermek için kuyrukların uygulanması;
Parametreler ve değişim sinyallerinin süresi, vb. açısından koordinasyon.
Mikroelektronik cihazların üretiminde entegre teknoloji alanındaki modern gelişmeler, küçük boyutlar, düşük enerji tüketimi ve uygun maliyet ile karakterize edilen mikrobilgisayarların ve bilgisayarların oluşturulması sayesinde, bunları çeşitli amaçlar için sistemlerin bir parçası olarak kullanmak mümkün hale geldi. . Aynı zamanda, bu sistemler yeni nitelikler kazanır ve sadece sistemlerin konfigürasyonunu değiştirerek bir çalışma modundan diğerine esnek geçiş imkanı ile çok işlevli hale gelir. Buna karşılık, bu avantajlar, insan faaliyetinin çok çeşitli alanlarında bilgisayar sistemlerinin kullanımı için yeni umutlar açar: bilim, tıp, eğitim ve öğretim ve hatta daha fazlası teknolojide.
Örneğin, telefon iletişimi geleneksel olarak, insan konuşmasının (kablolar üzerinden) ses frekanslarının alternatif akımları biçimindeki sinyallerle iletildiği analog cihazlar tarafından gerçekleştirilmiştir. Artık analog sinyallerin (mikrofondan gelen) önemli bozulma olmadan uzun mesafelerde iletilen dijital sinyallere dönüştürüldüğü dijital telefon iletişimine yoğun bir geçiş olmuştur. Alıcı tarafta ise bu dijital sinyaller tekrar analoga dönüştürülerek telefona getirilir. Dijital iletişime geçiş, ses iletiminin kalitesini artırır, ayrıca telefon ağı diğer hizmetler için kullanılabilir: hırsız alarmı; yangın alarmı; birkaç abonenin "konferansı" için vb.
2. Dijital ve analog cihazların karşılaştırmalı değerlendirmesi
mikro elektronik teknolojisi
Herhangi bir cihazın yapımına veya tasarımına karar verirken, öncelikle tasarımın yönüne karar verilmelidir, cihaz nasıl olacak? analog veya ayrık(dijital)? Buna karşılık, her iki cihazın avantaj ve dezavantajlarını bilerek bu karar verilebilir. Öncelikle "analog" ve "dijital" cihaz kavramlarını tanımlayalım.
analog buna denir cihaz Tüm giriş, çıkış ve ara (dahili) sinyallerin sürekli olduğu , sürekli matematiksel fonksiyonlarla tanımlanır. Bu sinyaller, seviye (durumlar) açısından sonsuz bir değer kümesi ile karakterize edilir ve sürekli bir sinyalin değerlerindeki değişiklik aralığı sınırlı olmasına rağmen, zaman içinde süreklidir. Bu nedenle, bazen bu tür cihazlara denir düzenlenmişincinesüreksiz eylem.
ayrık cihazlar veya cihazlar ayrık eylem giriş, çıkış ve ara sinyallerin belirli zaman aralıklarında seviye ve varlık açısından sayılabilir bir değerler kümesi ile karakterize edildiği sinyallere denir. Bu tür sinyaller bir veya başka bir konumsal sayı sisteminde (karşılık gelen sayılarla) görüntülenebilir. Örneğin, ondalık sayı sisteminde veya ikili sayı sisteminde. Sinyallerin ikili temsili, teknolojide ve biçimsel mantıkta, önermelerin hesaplanmasında ve çeşitli öncüllerden çıkarımların türetilmesinde en büyük uygulamayı bulmuştur. Bu nedenle, ayrık cihazlar denir mantıklı(resmi ikili mantığa benzeterek) veya dijital sayıları kullanarak açıklama olasılığını göz önünde bulundurarak konumsal sistem hesaplaşma.
Dezavantajları teknik araçlar analog teknoloji
"Sürüklenme" ve "gürültü" varlığı. sürüklenme bu, fenomenin ayrık doğası nedeniyle, verilen değere göre sinyaldeki yavaş bir değişikliktir. Örneğin, elektrik sinyalleri için, elektrik akımı akışının ayrık doğasına, elektrik yüklerinin taşıyıcıları olan elektronlar ve "delikler" neden olur. sesler bunlar, sıcaklık, basınç, Dünya'nın manyetik alanının gücü gibi dış veya iç faktörlerin neden olduğu sinyaldeki rastgele değişikliklerdir.
"Sıfıra eşitlik" ve "analog sinyallerin eşitliği" kavramlarını tanımlamada metodolojik zorluklar. Ve sonuç olarak, dönüşümlerin ve sinyal iletiminin "belirtilen doğruluğunun (hata) sağlanması" sorununun varlığı.
Kararsız çalışma modlarının ortaya çıkma olasılığı ve sistem ve cihazların çalışmasının "kararlılığını sağlama" sorununun varlığı. Kararsız bir mod, bazı sinyallerin değişiminde bir cihazda veya sistemde sönümsüz salınımların meydana gelmesi ile karakterize edilir. Elektronikte, bu fenomen, puls üreteçlerinin ve harmonik salınım üreteçlerinin yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Analog sinyaller için depolama cihazlarının ve zaman geciktirme cihazlarının uygulanmasındaki teknik zorluklar.
Analog elemanların yetersiz entegrasyon seviyesi ve çok yönlülüğü.
İletişim hatlarındaki enerji kaybı nedeniyle analog sinyallerin nispeten kısa iletim aralığı.
Nispeten büyük enerji tüketimi, çünkü analog elemanlar, geçici özelliklerinin doğrusal bölümlerinde çalışır ve ilk (ilk) durumlarda enerjiyi "tüketir".
Analog teknolojinin teknik araçlarının avantajları
Fiziksel süreçlerin ve kalıpların gösteriminin yeterliliği: her ikisi de sürekli bağımlılıklarla tanımlanır. Bu, analog cihazların ve sistemlerin temel teknik çözümlerini önemli ölçüde basitleştirmeyi mümkün kılar.
Verimlilik ve çalışma modlarını değiştirme kolaylığı: Kararsız modu kararlı bir modla değiştirmek veya cihazda belirli bir geçici işlem sağlamak için bir direncin direncini veya bir kapasitörün kapasitansını değiştirmek genellikle yeterlidir.
Analog değerleri ayrık değerlere dönüştürmeye gerek yok. Bu dönüşümlere bir hata ve belirli bir zaman kaybı eşlik ediyor.
Dijital teknolojinin teknik araçlarının avantajları
Sistemlerin işleyişinin yapısını ve algoritmasını değiştirme esnekliğini artıran program kontrolü olasılığı, uyarlanabilir kontrol yasalarının uygulanmasını basitleştirmeyi mümkün kılar.
Sistemlerin belirtilen güvenilirliğini, doğruluğunu ve gürültü bağışıklığını sağlama kolaylığı.
Cihazların dijital bilgi işlem cihazlarıyla (bilgisayarlar, bilgisayarlar) uyumluluğunu sağlama kolaylığı.
Yüksek derecede yapıcı ve işlevsel entegrasyon, standart tasarım çözümlerine göre sistemler oluşturma yeteneği ile çok yönlülük. Bu da sistem ve cihazların üretim ve işletim maliyetlerini düşürür.
Cihazların tasarım süresini azaltmaya izin veren ve cihazların (ve bunlara dayalı sistemlerin) işlevlerini çalışma sırasında toplu inşaat yöntemleriyle değiştirmeyi mümkün kılan resmi mantıksal yöntemlerle tasarım yapma imkanı.
Dijital teknolojinin teknik araçlarının dezavantajları
Analog sinyalleri ayrık sinyallere dönüştürme ihtiyacı. Bu dönüşümlere, zaman içinde hataların ve gecikmelerin ortaya çıkması eşlik eder.
Değişen çalışma modlarının göreceli karmaşıklığı. Bunu yapmak için, sistemin yapısını veya işleyişinin algoritmasını değiştirmek gerekir.
Hem çalışmalarının doğruluğunu kontrol ederken hem de ortaya çıkan hataları ararken sistemlerin işleyişini analiz etme süreçlerinin karmaşıklığı. Dijital cihazlar, özel bir teknoloji alanında çalışılan özel "teşhis" cihazları gerektiren büyük işlevsel karmaşıklık ile karakterize edilir. teknikVeagnostikVeNazlı.
Üretim kültürü ve dijital teknolojinin teknik araçlarının bakım kültürü için artan gereksinimler. Bu da hizmet personelinin becerilerini geliştirme ihtiyacını teşvik eder ve onlardan yüksek nitelikler gerektirir.
Listelenen avantaj ve dezavantajların karşılaştırmalı bir analizi, lehte sonuç teknik araçlar dijital teknoloji. Bu nedenle, şu anda, dijital cihazlar yaygın olarak analog teknolojinin geleneksel alanlarına tanıtılıyor: televizyon, telefon iletişimi, ses kayıt teknolojisi, radyo mühendisliği ve otomatik kontrol ve düzenleme sistemleri.
1. Mikroelektronik teknolojisinin temelleri
1.1. Temel kavramlar ve tanımlar
mikroelektronik elektronik cihazları tasarlama, araştırma, yaratma ve kullanma problemlerini yüksek derecede inceleyen elektroniğin ana yönü işlevsel Ve yapılariçindeNuh entegrasyon.
mikro elektronik ürün Entegre teknoloji vasıtasıyla uygulanan ve sinyallerin dönüştürülmesi ve işlenmesinin belirli bir işlevini yerine getiren, denir. entegre devre(IMS) veya sadece entegre devre(IP).
mikro elektronik cihaz sinyalleri işlemek ve dönüştürmek için oldukça karmaşık bir işlevi (veya birkaç işlevi) yerine getiren bir dizi birbirine bağlı IC. Bir mikro elektronik cihaz, yapısal olarak tek bir mikro devre şeklinde veya birkaç IC üzerinde tasarlanabilir.
Altında fonksiyonel entegrasyon Bazı aygıtlar tarafından uygulanan (gerçekleştirilen) işlevlerin sayısındaki artışı anlayın. Cihaz olarak kabul edilir tüm, bölünmez. FAKAT yapıcı intelütuf olarak kabul edilen bir cihazdaki bileşenlerin sayısındaki artıştır. tüm. Yüksek derecede yapısal ve fonksiyonel entegrasyona sahip bir mikro elektronik cihaz örneği, mikroişlemci(yukarıya bakın), kural olarak, bir "büyük" IC şeklinde gerçekleştirilir.
devre konusu olan mikroelektroniğin bir parçasıdır. inşaat yöntemleriçeşitli amaçlar için cihazlar mikrofon başınahakkındageniş uygulama şemaları. Konu dijital devre yalnızca dijital IC'lerde aygıt oluşturma (tasarlama) yöntemleridir.
Dijital devre özelliği cihazların işleyiş süreçlerini tanımlamak için yaygın olarak kullanılır resmi veya resmi doğal diller ve onlara dayalı resmileştirilmiş tasarım yöntemleri. Resmi diller şunlardır boole cebiri(mantık cebiri, Boole cebiri) ve "otomatik" mantıksal fonksiyonların dili durum ve olay cebiri. Resmileştirilmiş yöntemler kullanılarak, çok değişkenli uygulamalı problemlerin çözümünde mümkün olur optimum devre çözümleri seçimi belirli kriterlere göre.
Resmi Yöntemler yüksek düzeyde soyutlama, açıklanan nesnenin belirli özelliklerinin ihmal edilmesi ile karakterize edilir. Dikkat, yalnızca nesnesinin bileşenleri arasındaki karşılıklı ilişkilerdeki genel kalıplara odaklanır. oluşturan parçalar. Bu tür "kalıplar", örneğin, sayıların cebirindeki aritmetik işlem kurallarını (toplama, çıkarma, çarpma, bölme kuralları) içerir. Aynı zamanda sayıların anlamından da uzaklaşırlar (ister elma sayısı, ister tablo vb.). Bu kurallar kesinlikle resmileştirilmiştir, resmileştirilmiştir, karmaşık aritmetik ifadeler elde etme kuralları ve bu tür ifadeleri hesaplama prosedürleri. Bu gibi durumlarda, bunun resmi olduğunu söylüyorlar ve sinoileabla Ve dil grameri Açıklamalar.
Resmi doğal dillerde, sözdizimi resmileştirilir ve dilbilgisi (karmaşık ifadeler oluşturma kuralları), Rusça veya İngilizce gibi doğal bir dilin dilbilgisine uyar. Bu tür dillere örnek olarak çeşitli tablo açıklama dilleri verilebilir. Özellikle, dijital cihazları tanımlamanın teorik temeli "Sonlu otomatlar teorisi" veya "Röle cihazları ve sonlu otomatlar teorisi"dir.
1.2. Mikroelektronik cihazların sınıflandırılması
Tüm mikroelektronik cihazlar (MED) çeşitli kriterlere göre sınıflandırılabilir:
eylemin ilke ve niteliğine göre;
işlevsel amaç ve gerçekleştirilen işlevlere göre;
üretim teknolojisi ile;
uygulama alanına göre;
tasarım ve teknik özellikler vb.
Şimdi MEA'ların sınıflandırma kriterlerine göre bölünmesini daha ayrıntılı olarak ele alalım.
ilkeye göre(karakter) hareketler Tüm MEA'lar alt bölümlere ayrılmıştır analog ve dijital. Dijital olanlar da dahil olmak üzere analog ve ayrık cihaz kavramları yukarıda zaten verilmiştir. Burada, ayrık cihazlarda tüm sinyallerin yalnızca iki koşullu mantıksal sıfır (log.0) ve mantıksal birim (log.1) değerini alması durumunda, cihazların çağrıldığını not ediyoruz. mantıklı. Kural olarak, tüm dijital cihazlara mantıksal cihazlar denir.
Gerçekleştirilen işlevlere (fonksiyonel amaç) bağlı olarak, aşağıdaki mikro elektronik cihazlar ayırt edilir:
I. Analog
1.1. Amplifikasyon cihazları (amplifikatörler).
1.2. Analog sinyaller üzerinde matematiksel işlemler gerçekleştiren fonksiyon dönüştürücüler (örneğin, entegrasyon, türev alma, vb.).
1.3. Fiziksel büyüklüklerin ölçüm dönüştürücüleri ve sensörleri.
1.4. Harmonik salınımların modülatörleri ve demodülatörleri, filtreleri, karıştırıcıları ve jeneratörleri.
1.5. Bellek aygıtları.
1.6. Gerilim ve akım stabilizatörleri.
1.7. Özel amaçlar için entegre devreler (örneğin, radyo ve video sinyallerini, karşılaştırıcıları, anahtarları vb. işlemek için).
II. Dijital MEA'lar
2.1. mantıksal öğeler.
2.2. Kodlayıcılar, kod çözücüler ve kod dönüştürücüler.
2.3. Bellek öğeleri (tetikleyiciler).
2.4. Bellek aygıtları (RAM, ROM, PROM, PLM, vb.).
2.5. Aritmetik-mantıksal aygıtlar.
2.6. Seçiciler, şekillendiriciler ve puls üreteçleri.
2.7. Sayma cihazları (darbe sayaçları).
2.8. Dijital karşılaştırıcılar, anahtarlar ayrık sinyaller.
2.9. Kayıtlar.
2.10. Özel amaçlı mikro devreler (örneğin, zamanlayıcılar, mikroişlemci IC kitleri vb.).
Yukarıdaki sınıflandırma kapsamlı olmaktan uzaktır, ancak dijital cihazların aralığının analog MED'lerin aralığından çok daha geniş olduğu sonucuna varmamızı sağlar.
Listelenenlere ek olarak, sinyal seviyesi dönüştürücüler için, örneğin giriş sinyallerinin analog ve çıkış sinyallerinin ayrık, ikili olduğu Schmitt tetikleyicileri gibi mikro devreler vardır. Bu tür mikro devreler bir ara pozisyonda bulunur. Benzer şekilde, analogdan dijitale ve dijitalden analoga dönüştürücülerin (ADC ve DAC) mikro devreleri, ayrık sinyallerle kontrol edilen analog sinyal anahtarları "ara" MED olarak sınıflandırılmalıdır.
Gerçekleştirilen işlevlerin sayısına bağlı olarak, 1hakkındaişlevsel(basit) ve çok işlevli(karmaşık) MEA. İÇİNDE çok işlevli cihazlar işlevler gerçekleştirilebilir eşzamanlı veya art arda zamanında. Buna bağlı olarak, ilk durumda, cihazlara "paralel" eylem cihazları ve ikinci durumda, sıralı eylem veya "sıralı" cihazlar denir. Belirli bir işlevi yerine getirmek için çok işlevli bir cihazın ayarı, girişleri değiştirerek (elektrik devrelerinin fiziksel olarak yeniden değiştirilmesi) gerçekleştirilirse, böyle bir cihaza " ile bir cihaz denir. katı mantık" İş. Ve gerçekleştirilen işlevlerdeki değişiklik, ek harici sinyaller (kontrol girişleri olarak adlandırılan) yardımıyla gerçekleştirilirse, bu tür MEA'lar “program kontrollü” olarak sınıflandırılmalıdır. Örneğin, aritmetik mantık birimlerinin (ALU'lar) IC'leri, iki çok bitli ikili sayı ile aritmetik veya mantıksal işlemler uygulayabilir. Aritmetik (veya mantıksal) işlemleri gerçekleştirme ayarı, istenen işlemlerin gerçekleştirileceği değere bağlı olarak ek bir harici sinyal tarafından gerçekleştirilir. Bu nedenle ALU, program kontrollü bir MED olarak sınıflandırılmalıdır.
üretim teknolojisi ile Tüm IC'ler aşağıdakilere ayrılmıştır:
yarı iletken;
Film;
Hibrit.
İÇİNDE yarı iletken IC tüm bileşenler ve bağlantılar yarı iletken kristalin hacminde ve yüzeyinde yapılır. Bu IC'ler şu şekilde ayrılır: BVekutupsal mikro devreler (sabit bir besleme voltajı polaritesi ile) ve tek kutuplu besleme voltajının polaritesini değiştirme olasılığı ile. "Dahili içeriğin" devre tasarımına bağlı olarak, bipolar mikro devreler aşağıdaki tiplere ayrılır:
TTL transistör-transistör mantığı;
Transistörler ve Schottky diyotlar ile TTLsh transistör-transistör mantığı;
ESL emitör-bağlı mantık;
Ve 2 L enjeksiyon mantığı ve diğerleri.
Tek kutuplu teknolojinin mikro devreleri, MIS transistörlerinde ("metal-dielektrik-yarı iletken") veya MOS transistörlerinde ("metal-oksit-yarı iletken") veya CMOS transistörlerinde (tamamlayıcı "metal-oksit-yarı iletken") yapılır.
İÇİNDE film IC tüm bileşenler ve bağlantılar yalnızca yarı iletken kristalin yüzeyinde gerçekleştirilir. Ayırmak ince tabaka(1 mikrondan daha az tabaka kalınlığı ile) ve kalın film bir mikrondan fazla film kalınlığına sahip. İnce film IC'ler, termal vakum biriktirme ve katot püskürtme ile üretilir ve kalın film IC'ler, serigrafi baskı ve ardından ilave ateşleme ile üretilir.
melez IC'ler, aynı alt tabaka üzerinde "basit" ve "karmaşık" bileşenlerden oluşur. Karmaşık bileşenler olarak genellikle yarı iletken veya film IC kristalleri kullanılır. Basit olanlar, elektronik teknolojinin ayrı bileşenlerini (transistörler, diyotlar, kapasitörler, endüktanslar vb.) içerir. Tüm bu bileşenler yapısal olarak aynı alt tabaka üzerinde bulunur ve üzerinde de gerçekleştirilir. elektrik bağlantıları onların arasında. Ayrıca, üzerinde bulunan bileşenlere sahip bir substrat, bir hibrit IC'nin bir "katmanını" oluşturur. Ayırmak tek katman Ve çok katmanlı hibrit IC'ler. Çok katmanlı bir hibrit IC, oldukça karmaşık sinyal işleme işlevlerini gerçekleştirme yeteneğine sahiptir. Böyle bir mikro devre, cihazların bir "mikro bloğuna" veya bağımsız kullanım için tasarlanmışsa, "bütün" bir bloğun hareketine eşdeğerdir.
Ek olarak, herhangi bir mikro devre, nicel olarak değerlendirilir. göstermekfakattelevizyon onlara zorluklar. Bu gösterge şu şekilde kullanılır: derece entegrasyon» k, ondalık logaritmasına eşit Toplam n tek bir yarı iletken çip üzerine yerleştirilmiş bileşenler, yani
k = lq n. (1)
Formül (1)'e göre, tüm mikro devreler, 1., 2., üçüncü ve benzeri entegrasyon derecelerinin mikro devrelerine bölünür. Entegrasyon derecesi, mikro devrelerin karmaşıklığını yalnızca dolaylı olarak karakterize eder, çünkü yalnızca yapıcı entegrasyon. Aslında, mikro devrenin karmaşıklığı, bileşenler arasındaki ara bağlantıların sayısına da bağlıdır.
Mühendislik pratiğinde, mikro devrelerin karmaşıklığının niteliksel bir özelliği "küçük", "orta", "büyük" ve "çok büyük" IC'ler açısından kullanılır.
Tablo 1.1, türlerine göre IS karmaşıklığının nitel ve nicel ölçümlerinin karşılıklı karşılıkları hakkında bilgi sağlar.
Tablo 1.1
|
IP Adı |
Üretim teknolojisi |
Bir çip üzerindeki bileşen sayısı |
entegrasyon derecesi k |
||
|
Malaya (MIS) |
Dijital |
bipolar |
|||
|
tek kutuplu |
|||||
|
analog |
bipolar |
||||
|
Orta (ÖBS) |
Dijital |
bipolar |
|||
|
tek kutuplu |
|||||
|
analog |
bipolar |
||||
|
tek kutuplu |
|||||
|
Büyük (BIS) |
Dijital |
bipolar |
|||
|
tek kutuplu |
|||||
|
analog |
bipolar |
||||
|
tek kutuplu |
|||||
|
Ekstra büyük (VLSI) |
Dijital |
bipolar |
|||
|
tek kutuplu |
10000'den fazla |
||||
|
analog |
bipolar |
||||
|
tek kutuplu |
Tablo 1.1'in analizinden, dijital IC'lerle karşılaştırıldığında, aynı entegrasyon derecesine sahip analog mikro devrelerin bileşimlerinde (yarı iletken çip üzerinde) üç kattan daha az bileşene sahip olduğu sonucuna varılır. Bunun nedeni, bir analog mikro devrenin aktif bileşenlerinin (transistörler) içinde çalışmasıdır. doğrusal mod ve daha fazla enerji harcar. Enerji dağıtımı sırasında üretilen ısıyı ortadan kaldırma ihtiyacı, tek bir çip üzerine yerleştirilen bileşenlerin sayısını sınırlar. Dijital mikro devrelerde, aktif bileşenler bir anahtar modunda çalışır (transistörler kilitli veya açık ve doyma modundadır). Bu durumda, güç kaybı ihmal edilebilir ve üretilen ısı miktarı da ihmal edilebilir ve bu nedenle bir çip üzerindeki bileşenlerin sayısı daha fazla yerleştirilebilir. (Kristal boyutları standartlaştırılmış ve sınırlıdır.) Tek kutuplu teknolojide, alan etkili bir transistörün kapladığı kristalin hacmi, bir bipolar transistörün kapladığı hacimden yaklaşık üç kat daha küçüktür ( n- P- n veya P- n- P tip). Bu şu gerçeği açıklıyor: aktif bileşenler tek kutuplu bir mikro devrede standart boyutlarda bir kristal üzerine daha fazlası yerleştirilebilir.
İle tasarımİşlevsel karmaşıklığa bağlı olarak, mikro elektronik cihazlar aşağıdakilere ayrılır:
basit mikro devrelerde (IC);
mikro montajlar üzerinde;
mikrobloklara dönüştürülür.
ICüretilen mikro elektronik ürün tek teknolojihakkındamantıksal döngü bağımsız kullanım için veya daha karmaşık ürünlerin bir parçası olarak (mikro montajlar ve mikro bloklar dahil) uygundur. Mikro devreler ambalajsız olabilir ve kristali dış etkilerden koruyan ayrı bir kasaya sahip olabilir.
mikro montaj oldukça karmaşık bir işlevi (işlevleri) yerine getiren ve radyo-elektronik ekipmanın minyatürleştirilmesi amacıyla üretilen elektro-radyo bileşenleri ve mikro devrelerden oluşan bir mikro elektronik ürün. Esasen, hibrit mikro devreler mikro montajlardır. En basit mikro montaj, örneğin, bir yarı iletken çip üzerinde yapılmış ve tek bir pakette (bir mikro devre gibi) tasarlanmış bir dizi mikro direnç olabilir.
mikroblok aynı zamanda mikro elektronik bir üründür, elektro-radyo bileşenleri ve entegre devrelerden oluşur ve karmaşık işlev(ler) gerçekleştirir.
Kural olarak, mikro montajlar ve mikro bloklar farklı teknolojik döngülerde ve belki de farklı üretim tesislerinde üretilir.
Olarak sınıflandırma özellikleri Genel olarak kullanılan güç tüketimi(bir çip) ve hızlıincieylem.
İle güç tüketimi Tüm IC'ler aşağıdakilere ayrılabilir: fakat) mikrohakkındagüçlü(10'dan az mW); B) düşük güç(en fazla 100 mW); içinde) orta güç(500 e kadar mW) Ve G) güçlü(daha fazla veya = 0,5 sal).
İle verim(IC üzerinden sinyallerin yayılma süresindeki maksimum gecikmeler) mikro devreler şartlı olarak şu şekilde ayrılır: fakat) kesme frekansı ile ultra hızlı F 100'ün üzerinde gr geçiş MHz; B) yüksek hız ( F 50 gr MHz 100'e kadar MHz); içinde) normal performans ( F 10'dan gr MHz 50'ye kadar MHz). Bu durumda, yayılma gecikmeleri nanosaniye birimleri (10 -9 itibaren.) 0,1 mikrosaniyeye kadar (1s =10 -6 itibaren.).
Mikro devreler ve diğerleri dahil olmak üzere dijital mikro elektronik cihazlar ayrık eylem cihazları sınıflandırmak uygundur üzerinde x fakat bağımlılık doktoru girişten çıkış sinyalleri. Sonlu otomatlar teorisinde kabul edildiği gibi. Bu özelliğe uygun olarak, tüm cihazlar genellikle kombinasyonel Ve ardışık.
İÇİNDE kombinasyon cihazları herhangi bir zamanda çıkış sinyallerinin değerleri, aynı zamanda giriş sinyallerinin değerleri ile benzersiz bir şekilde belirlenir. Bu nedenle, bu tür cihazların çalışmasının zamana bağlı olmadığını varsayabiliriz. Bunlara "olmayan cihazlar" da denir. hafıza», tek döngü cihazlar veya tek etkili eylem cihazları. Sonlu otomata teorisinde, birleşimsel cihazlara "ilkel sonlu otomata" denir.
İÇİNDE seri cihazlarçıkış sinyallerinin (çıkış sinyalleri) değerleri, yalnızca zaman içinde dikkate alınan noktadaki giriş sinyallerinin değerlerine değil, aynı zamanda zaman içinde önceki noktalarda giriş sinyallerinin değerlerine de bağlıdır. Bu nedenle, bu tür cihazlara " ile cihazlar denir. hafıza», çoklu bisiklet cihazlar, ancak sonlu otomata teorisinde, sadece? sonlu durum makinesi (önemsiz değil).
Eğitim materyali düşünüldüğünde, gelecekte, temel hadi bunu alalım sınıflandırma, Çünkü inşaat yöntemleri(sentez) ve bu cihazların işleyiş süreçleri önemli ölçüde farklıfakatvardır.
Sınıflandırma konularının sunumunu sonlandırırken, sınıflandırma özellikleri listesinin ve mikroelektronik ürünlerin (mikro devreler) adlarının listesinin ayrıntılı olmaktan uzak olduğunu not ediyoruz. Gelecekte, gerektiğinde bu listeyi tamamlayacağız.
1.3. mantık öğeleri
mantık öğeleri bir çıkışa ve bir veya iki girişe sahip en basit birleşik "cihazlara" aittir. İşlevlerinin tam olarak tanımlanabilmesi nedeniyle isimlerini aldılar. mantık fonksiyonları ve özellikle boole fonksiyonları.
Biçimsel mantıkta olduğu gibi, tüm ifadeler doğru veya yanlış olabilir, bu nedenle mantıksal işlevler yalnızca iki koşullu değer alabilir: mantıksal birim (log.1) "doğru" ve mantıksal sıfır (log.0) "yanlış".
Mantıksal öğelerin işleyişini tanımlarken çıkış sinyalleri bire bir yazışma yapmak fonksiyonlar, fakat giriş sinyalleri argümanlar bu işlevler. Bu nedenle, hem işlevler hem de işlev argümanları ile mantık kapılarının giriş ve çıkış sinyalleri ikilidir. ihmal edersek gerçek zaman mantıksal bir elemanın bir durumdan (log.1 durumu) diğerine (log.0 durumu) geçişi, o zaman ne argümanlar ne de fonksiyonlar zaman değişkeninin zaman faktörüne bağlı olmayacaktır. Mantıksal ifadeleri elde etme ve dönüştürme kuralları, mantık cebiri veya Boole cebir.
Benzer Belgeler
Dersin amaçları, modern bilgisayarların, bilgisayar sistemlerinin ve ağların devre tabanını incelemektir. Bilgisayar devrelerinin gelişiminin ana nesilleri. Analog ve ayrık elemanlar. Sunum yöntemleri dijital bilgi, kodlama türleri.
ders, eklendi 02/17/2011
Mikroelektronik, bağımsız bir bilimsel, teknik, teknolojik yön, tarihsel aşamalardır. Sayısal tümleşik devreler: mantıksal temeller, işaret kodlama, sınıflandırma; geliştirme, üretim, geliştirme ve uygulama beklentileri.
öğretici, 11/11/2010 eklendi
Dijital iletişim sistemlerinin analog olanlara kıyasla temel avantajları. Ayrık cihazların çalışma prensipleri, yapılarının özellikleri. Darbe üreteci cihazı, sayıcı, çoklayıcı ve kod çözücü sentezi. Asenkron bir makinenin geliştirilmesi.
dönem ödevi, 21/11/2012 eklendi
Fiber optik iletim sistemlerinin özellikleri. Dijital FOTS'un blok şeması seçimi. İletişim sisteminin terminal istasyonunun geliştirilmesi, AIM modülatörleri. Kodlama ve kod çözme cihazlarının yapım ilkeleri. Doğrusal yolun ana parametrelerinin hesaplanması.
tez, eklendi 10/20/2011
Entegre mikro devreler: bilgi, sınıflandırma, sembolik tanımlama, işaretleme. Mikro devrelerin sembolleri, temel elektrik parametreleri, temel mantık elemanları. Kayıtlar, sayaçlar, kod çözücüler, tetikleyiciler, koruma cihazları.
ders, eklendi 01/20/2010
Entegre devreler, sinyaller. Dijital bir cihazın saat döngüsü. Dijital devreleri işaretleme Rus üretimi. Dijital entegre devrelerin üretimi için temel. Sayısal tümleşik devre türleri. Merkezi işlemcinin devre tasarımı.
sunum, 24/04/2016 eklendi
Sayısal işleme sistemlerinde sinyallerin özellikleri ve kapsamı. Uzmanlaşmış dijital sinyal işlemcisi SPF SM: geliştiriciler ve tarihçesi, yapısı ve özellikleri, kapsamı, algoritmaları ve yazılımı.
dönem ödevi, eklendi 12/06/2010
Entegre devreler. Kalın film mikro devre substratları. Kalın film iletkenler ve dirençler. Dirençli filmlerin temel özellikleri. Sürekli kalın bir filmin direnci. Kalın film yapısından elektrik akımı transferi.
özet, eklendi 01/06/2009
Mikroişlemci aygıtları oluşturmak için donanım ilkeleri ve mikroişlemci sistemlerinin geliştirilmesinde pratik becerilerin kazanılması. ATmega mikroişlemcisinin teknik özellikleri ve bellek yongasının analizi. Bir mikroişlemci sisteminin şeması.
dönem ödevi, 19/11/2011 eklendi
dijital işleme sinyaller ve konuşma tanıma sistemlerinde kullanımı, ayrık sinyaller ve dönüşüm yöntemleri, sayısal filtrelemenin temelleri. Konuşma tanıma sistemlerinin uygulanması, homomorfik konuşma işleme, kayıt ve oynatma arayüzü.
Dijital devre çalışması, otomat teorisi ile başlamalıdır. Bu yazıda, gelecekteki makalelerde kaybolmamanıza yardımcı olacak bazı temel şeyler bulabilirsiniz. Yazıyı kolay okunur hale getirmeye çalıştım ve hazırlıksız bir okuyucunun kolayca anlayabileceğinden eminim.
sinyal- mesajları bir iletişim sistemi üzerinden iletmek için kullanılan maddi bir bilgi taşıyıcısı. Bir mesajdan farklı olarak bir sinyal üretilebilir, ancak alınması gerekli değildir (mesaj alıcı tarafça kabul edilmelidir, aksi takdirde bir mesaj değil, sadece bir sinyaldir).
Makale, dijital bir ayrık sinyali ele almaktadır. Bu, birkaç seviyesi olan bir sinyaldir. Açıkçası, bir ikili sinyalin iki seviyesi vardır - ve bunlar 0 ve 1 olarak alınır. Yüksek bir seviye bir birim tarafından ve düşük bir seviye sıfır ile gösterildiğinde - bu mantığa pozitif, aksi halde negatif denir.
dijital sinyal bir zamanlama diyagramı olarak gösterilebilir.
Doğada ayrık sinyaller yoktur, bu nedenle analog sinyallerle değiştirilirler. Bir analog sinyal anında 0'dan 1'e gidemez, bu nedenle böyle bir sinyalin bir önü ve bir kesme noktası vardır.
Basitleştirilmiş, şöyle görünür: 
1 - düşük sinyal seviyesi, 2 - yüksek sinyal seviyesi, 3 - sinyal artışı (ön), 4 - sinyal düşüşü (kesme)
Sinyaller dönüştürülebilir. Bunu yapmak için pratikte mantıksal öğeler kullanılır ve bunu yazmak için resmi olarak mantıksal işlevler kullanılır. İşte ana olanlar:
Negatif - sinyali tersine çevirir.
Diyagramlarda aşağıdaki gibi gösterilir: 
Mantıksal VEYA (mantıksal ekleme, ayırma) 
Diyagramda: 
Mantıksal VE (mantıksal çarpma, bağlaç) 
Diyagramda: 
Son ikisinin negatif bir çıktısı olabilir (AND-NOT, OR-NOT). Mantıksal fonksiyonlarının değerleri ters çevrilir ve çıktı, diyagram üzerinde bir daire içinde çizilir. 
Pivot tablo iki bağımsız değişkenin mantıksal işlevleri şöyle görünür:
Mantıksal işlevlerle çalışmak, temelleri ekteki dosyada özetlenen mantık cebirinin yasalarına dayanır. Konuyla ilgili öz kontrol ve kontrol soruları için görevler de vardır.
Mantık Cebir Fonksiyonları ile Mantık Devreleri Tasarlamak
mantık diyagramı mantıksal küme denir elektronik elemanlar, devre işleyişinin verilen yasasının yerine getirileceği, başka bir deyişle verilen mantıksal işlevin yerine getirileceği şekilde birbirine bağlıdır.Çıkış sinyalinin girişe bağımlılığına göre, tüm elektronik mantık devreleri şartlı olarak ayrılabilir:
Birinci tür şemalar, yani kombinasyonel devreler, çıkış sinyali sadece zamanın her anında giriş sinyallerinin durumuna bağlı olan;
İkinci tür şemalar veya biriktirme planları(şemalar ardışık) biriktirme devreleri içeren ( hafızalı elemanlar), çıkış sinyali hem giriş sinyallerine hem de devrenin önceki zamanlardaki durumuna bağlıdır.
Giriş ve çıkış sayısına göre devreler: bir giriş ve bir çıkışlı, birkaç girişli ve bir çıkışlı, bir girişli ve birkaç çıkışlı, birkaç giriş ve çıkışlı.
Senkronizasyon yöntemine göre, şemalar harici senkronizasyonlu (senkron otomatik makineler), dahili senkronizasyonlu(asenkron otomatlar onların özel durumudur).
Hemen hemen her bilgisayar, birinci ve ikinci tür değişen karmaşıklıktaki devrelerin bir kombinasyonundan oluşur. Bu nedenle, dijital bilgileri işleyen herhangi bir dijital makinenin temeli, iki tür elektronik öğedir: zeka oyunu veya kombinasyonel Ve hatırlamak. Mantıksal öğeler, dijital bilgi üzerinde en basit mantıksal işlemleri gerçekleştirir ve depolama öğeleri, onu depolamaya hizmet eder. Bildiğiniz gibi, mantıksal bir işlem, giriş dijital bilgilerinin belirli kurallara göre çıkış bilgilerine dönüştürülmesinden oluşur.
Temel mantıksal fonksiyonların, bahsedilen elektronik elemanların mantıksal operatörleri olduğunu varsayabiliriz, yani. şemalar. Bu tür şemaların her biri belirli bir grafik sembolü ile gösterilir. (Yukarıda sunuldular - AND, OR, NOT, OR-NOT, AND-NOT öğeleri)
Örnek olarak, mantıksal bir işlevi uygulayan bir mantıksal dönüştürücünün (kombinasyon otomatının) elektriksel işlevsel devresi aşağıdadır. 
mantıksal öğelerin öğe bazında AND, OR, NOT.
Konsolide etmek için, aşağıdaki mantık fonksiyonlarını uygulayan bir mantık devresini bağımsız olarak sentezlemeyi öneriyorum:
Bu, örneğin Elektronik tezgahta yapılabilir.
İşte ilk tamamlanan görevin bir örneği:
Elektronik dünyasına yolculuğunuza dijital elektroniğe dalarak başlayacağız. Birincisi, bu piramidin tepesi olduğu için elektronik dünyaİkincisi, dijital elektroniğin temel kavramları basit ve açıktır.
Elektronik ve özellikle dijital elektronik sayesinde bilim ve teknolojide ne kadar olağanüstü bir atılım olduğunu hiç düşündünüz mü? Değilse, akıllı telefonunuzu alın ve yakından bakın. Bu kadar basit görünen bir tasarım, büyük miktarda çalışmanın ve modern elektroniğin olağanüstü başarılarının sonucudur. Böyle bir tekniğin yaratılması, herhangi bir bilginin sayı biçiminde gösterilebileceği basit fikri sayesinde mümkün oldu. Bu nedenle, cihaz hangi bilgilerle çalışırsa çalışsın, derinliklerinde sayıları işliyor.
Muhtemelen Roman'a aşinasınızdır ve Arap rakamları. Roma sisteminde sayılar I, V, X, L, C, D, M harflerinin bir kombinasyonu olarak ve Arapça'da 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 karakterlerinin bir kombinasyonu kullanılarak temsil edilir. , 8, 9. Ancak sayı temsilinin başka biçimleri de vardır. Bunlardan biri ikili bir formdur. Veya daha yaygın olarak adlandırıldığı gibi, ikili sayı sistemi. Böyle bir sayı sisteminde, herhangi bir sayı yalnızca "0" ve "1" dizisidir.
| Arapça | Roma | İkili |
| 0 | - | 00 |
| 1 | i | 01 |
| 2 | II | 10 |
| 3 | III | 11 |
Matematikçiler ve mühendisler iyi bir iş çıkardılar ve bugün herhangi bir bilgi sıfırlar ve birler kombinasyonu olarak temsil edilebilir: bir hareket sensöründen gelen bir sinyal, müzik, video, fotoğraf, sıcaklık ve hatta şu anda okuduğunuz bu metin bile aslında içindedir. cihazınızın bağırsakları bir dizi sıfır ve bir şeklindedir.
Dijital bir cihazın hangi bilgilerle çalıştığından bağımsız olarak, derinliklerinde sayıları işler.
Örneğin neden "0", "1" ve "2" değil de tam olarak "0" ve "1"? Aslında, ikili değil, üçlü bir sayı sistemi ("0", "1" ve "2") kullanan dijital bir teknik oluşturmak için oldukça başarılı girişimler vardı, ancak ikili hala kazandı.
Belki SSCB çöktüğü için ya da belki de "0" ve "1"in elektrik sinyalleri olarak hayal edilmesi daha kolay olduğu için kazandı. Bu, ikili sisteme dayalı dijital cihazların üretilmesinin daha kolay ve daha ucuz olduğu anlamına gelir. İkili sayılar hakkında daha sonra konuşacağım.
Dijital bir cihazın yapısı
Hemen hemen her dijital cihazda, kombinasyonunu oluşturan tipik unsurlar vardır. Bazı öğeler oldukça basit, bazıları daha karmaşık ve bazıları oldukça karmaşık. Amatör uygulamada en yaygın olanları şunlardır: tetikleyiciler, zamanlayıcılar, sayaçlar, kayıtlar, mikro denetleyiciler, karşılaştırıcılar vb.
Bu listeden bir şey seçelim ve nasıl çalıştığını görelim. Bir mikrodenetleyici (MK) olsun! Tamam, itiraf ediyorum. Mikrodenetleyiciyi bir nedenden dolayı seçtim. Gerçek şu ki, elektronikte gerçek bir devrim yaratan ve gelişimini yeni bir düzeye taşıyan mikroişlemcilerin ortaya çıkmasıydı.
MK, dünyadaki en çok sayıda ve popüler mikroişlemci türüdür. Onu özel yapan şey, mikrodenetleyicinin bir mikro-PC olmasıdır - tek bir çip üzerinde bütün bir bilgisayar. Diyelim ki bir peni büyüklüğünde bir bilgisayar hayal edin. MK budur.
Mikrodenetleyiciler her yerde kullanılır: modern TV'lerde, buzdolaplarında, tabletlerde, güvenlik sistemi. Nerede bir şeyin kontrol edilmesi gerekiyorsa, mikrodenetleyici yerini bulabilir. Ve hepsi, herhangi bir mikroişlemci gibi MK'nin programlanabilmesi sayesinde. Sonuç olarak, aynı tür çipler yüzlerce farklı cihazda kullanılabilir.
Zamanımızda en popüler olanlar, örneğin AVR, PIC, ARM mikrodenetleyicileridir. Listelenen mikrodenetleyici türlerini üreten şirketlerin her biri, akla gelebilecek ve düşünülemez tüm görevler için tasarlanmış yüzlerce olmasa da düzinelerce mikrodenetleyici üretmektedir.
Mikrodenetleyici nasıl çalışır?
Gerçek bir mikrodenetleyicinin tasarımının karmaşıklığına rağmen, nasıl çalıştığını tek bir cümleyle anlayabilirsiniz: "Programın metni mikrodenetleyicinin belleğine yazılır, MK bu programdan komutları okur ve yürütür" - bu kadar.
Tabii ki, MK herhangi bir komutu yürütemez. Anladığı ve nasıl uygulanacağını bildiği bir dizi temel komuta sahiptir. Bu komutları birleştirerek, cihazın tam olarak istediklerini yapacağı hemen hemen her programı elde edebilirsiniz.
Modern dünyada, bir mikroişlemci (MK aynı zamanda bir mikroişlemcidir, ancak uzmanlaşmıştır) ya çok sayıda temel komuta sahip olabilir ya da çok az komuta sahip olabilir. Bu, iki terim bile buldukları koşullu bir bölünmedir: CISC ve RISC. CISC, tüm durumlar için birçok farklı türde komuttur, RISC yalnızca en gerekli ve sık kullanılan komutlardır, yani. kısaltılmış komut seti.
Çoğu mikrodenetleyici RISC'dir. Bu, azaltılmış bir komut seti kullanıldığında, mikrodenetleyicilerin üretilmesinin daha basit ve daha ucuz olması, donanım geliştiricileri için ustalaşmanın daha kolay ve daha hızlı olmasıyla açıklanmaktadır. CISC ve RISC arasında birçok fark vardır, ancak şimdilik sadece CISC'nin birçok talimat olduğunu, RISC'nin az talimat olduğunu hatırlamak önemlidir. Bu iki fikri başka bir zaman daha derine inelim.
Mikrodenetleyici açıldığında ne olur?
Öyleyse, bir MK'ye sahip olduğunuz ve bir programın zaten hafızasına kaydedilmiş olduğu ideal bir dünya hayal edelim. Veya genellikle dedikleri gibi, MK "flaşlanır" (programa "bellenim" denir) ve savaşa hazırdır.
MK devrenize güç uyguladığınızda ne olur? Özel bir şey olmadığı ortaya çıktı. Hiç sihir yok. Aşağıdakiler gerçekleşecek:
Güç verildikten sonra, mikrodenetleyici bellekte ne olduğunu görmeye gidecektir. Aynı zamanda, programının ilk komutunu bulmak için nereye bakacağını "bilir"..
Programın başlama yeri, MK'nin üretim zamanında belirlenir ve asla değişmez. MK ilk komutu sayar, yürütür, ardından ikinci komutu sayar, yürütür, ardından üçüncü ve sonuncuya kadar devam eder. Son komutu saydığında, MK programı bir daire içinde çalıştırdığı için, durması söylenmediyse, her şey yeniden başlayacak. Yani burada çalışıyor.
Ancak bu, buzdolaplarını, elektrikli süpürgeleri, endüstriyel makineleri, müzik çalarları ve binlerce başka cihazı kontrol etmeye yardımcı olan karmaşık programlar yazmamızı engellemez. Siz de MK ile nasıl cihaz oluşturacağınızı öğrenebilirsiniz. Zaman, arzu ve biraz para alacak. Ama bunlar küçük şeyler, değil mi?
Tipik bir MK nasıl çalışır?
Herhangi bir mikroişlemci sistemi üç sütun üzerinde durur:
- İşlemci(ALU + kontrol ünitesi),
- Hafıza(ROM, RAM, FLAŞ),
- G/Ç bağlantı noktaları .
İşlemci, I/O portlarını kullanarak sayı şeklinde veri alır/gönderir, bunlar üzerinde çeşitli aritmetik işlemler yapar ve hafızada saklar. İşlemci, portlar ve bellek arasındaki iletişim adı verilen teller üzerinden gerçekleştirilir. tekerlek(lastikler amaçlarına göre çeşitli tiplere ayrılır) . Bu Genel fikir MP sisteminin çalışması. Aşağıdaki resimdeki gibi.
MK, daha önce yazdığım gibi, aynı zamanda bir mikroişlemcidir. Sadece uzmanlaştı. Farklı serilerdeki MK mikroçiplerinin fiziksel yapısı önemli ölçüde değişebilir, ancak ideolojik olarak benzer olacaklar ve örneğin: ROM, RAM, ALU, G / Ç bağlantı noktaları, zamanlayıcılar, sayaçlar, kayıtlar gibi bloklara sahip olacaklar.
| ROM | Kalıcı bellek. Üzerine yazılan her şey, cihaz güç kaynağından ayrıldıktan sonra bile ROM'da kalır. |
| Veri deposu | Geçici bellek. RAM, MK'nin çalışan belleğidir. Komut yürütmenin tüm ara sonuçlarını veya harici cihazlardan gelen verileri içerir. |
| ALU | Mikrodenetleyicinin matematiksel beyni. Program komutlarını yürütme sürecinde toplayan, çıkaran, çarpan ve bazen bölen, sıfırları ve birleri karşılaştıran kişidir. MC'nin en önemli organlarından biri. |
| G/Ç bağlantı noktaları | Sadece MK ile iletişim kurmak için cihazlar dış dünya. Bunlar olmadan harici belleğe yazmak veya sensörden veya klavyeden veri almak mümkün değildir. |
| zamanlayıcılar | Kek mi tavuk mu? Yemek hazır olduğunda size haber vermesi için bir zamanlayıcı ayarladınız mı? Burada MK'da zamanlayıcı benzer işlevleri yerine getirir: aralıkları sayar, işlem hakkında bir sinyal verir, vb. |
| sayaçlar | Bir şeyi hesaplamanız gerektiğinde kullanışlı olurlar. |
| Kayıtlar | Assembler'da kendi başlarına ustalaşmaya çalışanlar için en anlaşılmaz kelime. Ve bu arada, hızlı RAM MK rolünü oynuyorlar. Her kayıt bir tür hafıza hücresidir. Ve her MK'de sadece birkaç düzine var. |
Dijital elektroniğin gelişiminin modern ölçeği o kadar büyük ki, bu tablodaki her bir öğe için bile bir kitabın tamamını, hatta birden fazlasını yazabilirsiniz. Cihazların her birini daha bağımsız olarak daha ayrıntılı olarak anlamanıza yardımcı olacak temel fikirleri açıklayacağım.
Mikrodenetleyicinin beyni
Mikroişlemci/mikrodenetleyici her zaman içinde gömülü olan programa göre çalışır. Program, MC'nin gerçekleştirebileceği bir dizi işlemden oluşur. İşlemler CPU'da gerçekleştirilir - bu, mikrodenetleyicinin beynidir. Sayılarla aritmetik ve mantıksal işlemler yapabilen bu bedendir. Ancak yapabileceği dört önemli operasyon daha var:
- bir hafıza konumundan okuma
- hafıza hücresine yazma
- G/Ç bağlantı noktasından oku
- G/Ç bağlantı noktasına yaz
Bu işlemler, I/O portları aracılığıyla belleğe ve harici cihazlara bilgi okuma/yazma işlemlerinden sorumludur. Ve onlarsız, herhangi bir işlemci işe yaramaz çöp kutusuna kontrol edilir.
Teknik olarak, bir işlemci bir ALU'dan (işlemci hesaplayıcısı) ve G/Ç bağlantı noktaları, bellek ve bir aritmetik mantık birimi (ALU) arasındaki etkileşimi yöneten bir kontrol biriminden oluşur.
mikrodenetleyici belleği
MK'de bulunan tipik cihazlarla birlikte tabloda daha önce iki tür bellek belirtmiştim: ROM ve RAM. İkisi arasındaki fark, ROM'un güçlendirmeler arasında veri depolamasıdır. Ancak aynı zamanda, ROM oldukça yavaş bir bellektir. Bu nedenle, oldukça hızlı olan ancak yalnızca cihaza güç verildiğinde veri depolayabilen RAM (RAM) vardır. Cihazı ve oradan tüm verileri kapatmaya değer ... zil ve hayır.
Bir dizüstü bilgisayarınız veya kişisel bilgisayarınız varsa, örneğin şu duruma aşinasınız: bir dağ kadar metin yazdınız, onu kaydetmeyi unuttunuz. HDD güç aniden gitti. Bilgisayarı açıyorsunuz, ancak metin yok. Doğru. Siz yazarken, RAM'de saklandı. Bu nedenle, bilgisayar kapatıldığında metin kayboldu.
Yabancı dünyada RAM ve ROM'a RAM ve ROM denir:
- RAM (Rastgele Erişimli Bellek) -- rastgele erişimli bellek
- ROM (Salt Okunur Bellek) -- salt okunur bellek
Bunlara geçici ve kalıcı bellek de diyoruz. Bu bence her bir hafıza türünün doğasını daha doğru bir şekilde yansıtıyor.
ROM
Şimdi giderek daha yaygın ROM bellek türü FLASH (veya bizce EEPROM). Cihaz kapalıyken bile verileri kaydetmenizi sağlar. Bu nedenle modern mikrodenetleyicilerde örneğin AVR mikrodenetleyicilerinde ROM olarak kullanılan FLASH bellektir.
Önceden, ROM bellek yongaları tek seferlik programlanabilirdi. Bu nedenle, bir program veya veri hatalı yazılmışsa, bu tür mikro devreler basitçe atılır. Biraz sonra, birçok kez yeniden yazılabilen ROM'lar ortaya çıktı. Bunlar UV ile silinebilir çiplerdi. Oldukça uzun bir süre yaşadılar ve şimdi bile 1990'lardan ... 2000'lerden bazı cihazlarda bulunurlar. Örneğin, böyle bir ROM SSCB'den geliyor.
Önemli bir dezavantajları vardı - kristal (pencerede görünen) yanlışlıkla aydınlatılırsa, program zarar görebilir. Ayrıca, ROM hala RAM'den daha yavaştır.
Veri deposu
RAM, ROM, PROM ve EEPROM'dan farklı olarak uçucu ve cihaz kapatıldığında RAM'deki tüm veriler kaybolur. Ancak tek bir mikroişlemci cihazı onsuz yapamaz. Çalışma sürecinde, hesaplamaların sonuçlarını ve işlemcinin çalıştığı verileri bir yerde saklamak gerekir. ROM, yavaşlığından dolayı bu amaçlar için uygun değildir.
PROGRAM HAFIZASI VE VERİ HAFIZASI
Mikrodenetleyicilerde geçici (RAM) ve geçici olmayan belleğe bölünmeye ek olarak, veri belleği ve program belleği olarak da bir bölüm vardır. Bu, MK'nin yalnızca MK programını depolamaya yönelik özel bir belleğe sahip olduğu anlamına gelir. Modern zamanlarda, bu genellikle FLASH ROM'dur. Mikrodenetleyici yürüttüğü komutları bu bellekten okur.
Program belleğinden ayrı olarak, işin ara sonuçlarını ve programın gerektirdiği diğer verileri içeren veri belleği vardır. Program belleği sadece sıradan RAM'dir.
Bu ayrım iyidir çünkü programdaki hiçbir hata programın kendisine zarar veremez. Örneğin, yanlışlıkla MK, programdaki bazı komutların yerine rastgele bir sayı yazmaya çalıştığında. Programın hasara karşı güvenilir bir şekilde korunduğu ortaya çıktı. Bu arada, bu bölümün kendi özel adı var - "Harvard mimarisi".
1930'larda ABD hükümeti, Harvard ve Princeton Üniversitelerini geliştirmeleri için görevlendirdi. mimari Deniz topçuları için bilgisayar. 1930'ların sonlarında Harvard Üniversitesi'nde Howard Aiken, mimari bilgisayar Mark I, bundan böyle bu üniversitenin adıyla anılacaktır.
Aşağıda Harvard mimarisini şematik olarak tasvir ettim:
Böylece program ve birlikte çalıştığı veriler fiziksel olarak farklı yerlerde saklanır. Kişisel bilgisayar gibi büyük işlemci sistemleri ile ilgili olarak, program aynı yerde çalışırken verileri ve programı depolarlar.
BELLEK HİYERARŞİSİ
MİKRODENETLEYİCİ BEYNİ NASIL TASARLANIR
Zaten MK'nin beyninin CPU - bir ALU (aritmetik mantık birimi) ve bir kontrol biriminden (CU) oluşan merkezi işlem birimi olduğunu söylüyorsunuz. CU, tüm orkestrayı bellekten, harici cihazlardan ve ALU'dan kontrol eder. Onun sayesinde MK, komutları istediğimiz sırayla yürütebilir.
ALU bir hesap makinesidir ve CU, ALU'ya neyi, neyi, ne zaman ve hangi sırayla hesaplayacağını veya karşılaştıracağını söyler. ALU toplayabilir, çıkarabilir, bazen bölebilir ve çarpabilir, mantıksal işlemler yapabilir: VE, VEYA, DEĞİL (bunlardan biraz sonra bahsedeceğiz)
MK dahil herhangi bir bilgisayar bugün sadece "0" ve "1" den oluşan ikili sayılarla çalışabilir. Elektronikte devrime ve dijital teknolojinin patlayıcı gelişimine yol açan bu basit fikirdi.
ALU'nun iki sayı eklemesi gerektiğini varsayalım: 2 ve 5. Basitleştirilmiş bir biçimde, şöyle görünecektir:
Aynı zamanda kontrol ünitesi "2" sayısını, hangi sayıyı "5" alacağını ve sonucu hafızada hangi yere yerleştireceğini bilir. CU tüm bunları biliyor çünkü programda şu anda okuduğu programdaki komutta bunu okuyor. Size ikili sayılarla aritmetik işlemler ve ALU toplayıcının içeriden nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi vereceğim.
Peki ya bu sayıları programdan değil de dışarıdan, örneğin bir sensörden almanız gerekiyorsa? Nasıl olunur? Burası, MK'nin verileri alıp harici cihazlara iletebildiği giriş-çıkış portlarının devreye girdiği yerdir: ekranlar, sensörler, motorlar, valfler, yazıcılar, vb.
LOJİK İŞLEMLER
"Kadın mantığı" şakasına aşina mısınız? Ama bu onunla ilgili değil, prensipte mantık. Mantık neden-sonuç ilişkileriyle çalışır: güneş doğduysa, ışık olmuştur. "Güneş doğdu" nedeni, "ışık oldu" sonucunu doğurdu. Aynı zamanda her bir ifade için “DOĞRU” veya “YANLIŞ” diyebiliriz.
Örneğin:
- "Kuşlar su altında yüzer" yalandır
- "Su ıslak" -- oda sıcaklığında bu ifade doğrudur
Belirttiğiniz gibi, ikinci ifade belirli koşullar hem doğru hem de yanlış olabilir. Bilgisayarımızda sadece sayılar var ve matematiğe sahip mühendisler doğru "1" ve yanlış "0" anlamına gelme fikrini buldular. Bu, ifadenin gerçeğini ikili sayılar şeklinde yazmayı mümkün kıldı:
- "Kuşlar su altında yüzer" = 0
- "Su ıslak" = 1
Ayrıca, böyle bir gösterim, matematikçilerin bu ifadelerle - mantıksal işlemlerle - tüm işlemleri gerçekleştirmelerine izin verdi. Bunu ilk düşünen George Bull oldu. Böyle bir cebire kimin adı verildi: Dijital makineler için çok uygun olduğu ortaya çıkan "Boole cebiri".
ALU'nun ikinci yarısı mantıksal işlemlerdir. İfadeleri "karşılaştırmanıza" izin verirler. Yalnızca birkaç temel mantıksal işlem vardır: VE, VEYA, DEĞİL, - ancak bu yeterlidir, çünkü daha karmaşık olanlar bu üçünden birleştirilebilir.
Boole işlemi VE ifadelerin eşzamanlılığını belirtir, yani. her iki ifadenin de aynı anda doğru olduğunu. Örneğin ifade yalnızca her iki basit ifade de doğruysa doğru olacaktır. Diğer tüm durumlarda, mantıksal AND işleminin sonucu yanlış olacaktır.
Boole işlemi VEYA operasyona katılan ifadelerden en az biri doğruysa doğru olacaktır. "Kuşlar su altında yüzer" ve "Su ıslak" true çünkü "su ıslak" ifadesi doğrudur
Boole işlemi OLUMSUZLUK bir ifadenin doğruluğunu tersine çevirir. Bu mantıksal bir olumsuzlamadır. Örneğin:
Güneş her gün doğar = DOĞRU
DEĞİL (Güneş her gün doğar) = DOĞRU DEĞİL = YANLIŞ
Mantıksal işlem sayesinde karşılaştırabiliriz ikili sayılar, ancak ikili sayılarımız her zaman bir şey ifade ettiğinden, örneğin bir tür sinyal. Boole cebri sayesinde gerçek sinyalleri karşılaştırabileceğimiz ortaya çıktı. ALU'nun mantıksal kısmı bunu yapar.
G/Ç CİHAZI
MK'miz dış dünya ile iletişim kurmalıdır. Ancak o zaman kullanışlı bir cihaz olacaktır. Bunu yapmak için MK'nin giriş-çıkış cihazları adı verilen özel cihazları vardır.
Bu cihazlar sayesinde sensörlerden, klavyelerden ve diğer harici cihazlardan mikrodenetleyiciye sinyal gönderebiliyoruz. Ve MK, bu tür sinyalleri işledikten sonra, motorun dönüş hızını veya lambanın parlaklığını ayarlamanın mümkün olacağı çıkış cihazları aracılığıyla bir yanıt gönderecektir.
Özetleyeyim:
- Dijital Elektronik - Elektronik buzdağının görünen kısmı
- Dijital cihaz yalnızca sayıları bilir ve anlar
- Herhangi bir bilgi: mesaj, metin, video, ses, -- ikili sayılar kullanılarak kodlanabilir
- Mikrodenetleyici, tek bir çip üzerindeki bir mikro bilgisayardır.
- Herhangi bir mikroişlemci sistemi üç bölümden oluşur: işlemci, bellek, giriş-çıkış aygıtları
- İşlemci bir ALU ve bir kontrol ünitesinden oluşur
- ALU, ikili sayılarla aritmetik ve mantıksal işlemler yapabilir
Bizimle kal. Aşağıdaki yazılarda MK memory, I/O portları ve ALU'ların nasıl düzenlendiğini daha detaylı anlatacağım. Ve bundan sonra daha da ileri gideceğiz ve sonunda analog elektroniğe ulaşacağız.
not
Bir hata mı buldunuz? Söyle bana!
büyük radyo amatör ve program tasarımcısı
Tomsk Üniversitelerarası Uzaktan Eğitim Merkezi
AV Sharapov
MİKROELEKTRONİK
DİJİTAL DEVRE MÜHENDİSLİĞİ
öğretici
1 | |||||
geçişler | |||||
&G3 |
|||||
TOMSK - 2007
yorumcu: kafa. Endüstriyel ve Tıbbi Elektronik Bölümü, Tomsk Politeknik Üniversitesi, Dr.. bilimler, Prof. GS Yevtuşenko; Federal Devlet Üniter Girişimi "NPC "Polyus" Bölüm Başkanı Dr. Sci. Bilimler Yu.M. Kazantsev
Düzeltici: Tarasova L.K.
Sharapov A.V.
Mikroelektronik: Ders Kitabı. - Tomsk: Tomsk Üniversitelerarası Uzaktan Eğitim Merkezi, 2007. - 158 s.
Mantık elemanlarının, kod çözücülerin, çoklayıcıların, toplayıcıların, dijital karşılaştırıcıların, flip-flop'ların, sayıcıların, yazmaçların, bellek yongalarının yapım ve çalışma prensipleri özetlenmiştir. Sayısal birleşimsel aygıtların ve sayısal otomatların sentezine ilişkin örnekler ele alınmaktadır.
Kılavuz, radyo elektronik profil üniversitelerinin öğrencileri için tasarlanmıştır ve derslerin kısa bir özetini, problem çözme örneklerini ve dijital devre üzerine bir bilgisayar laboratuvarı atölyesini içerir. Uzaktan eğitim öğrencileri iki performans sergiliyor laboratuvar çalışmaları, bir bilgisayar Ölçek ve bir bilgisayar sınavına girin.
Sharapov A.V., 2007 Tomsk Üniversitelerarası Merkezi
uzaktan eğitim, 2007
1. Giriş............................................... ................................................................. | ||
2 Mikroelektroniğin temel kavramları ................................................................. . | ||
Sinyal türleri ................................................................. ... .................................. | ||
Mikro devrelerin sınıflandırılması ve sembolleri .... | ||
3 Dijital elektroniğin matematiksel temelleri ................................................. | ||
Konumsal sayı sistemleri ................................................................. ........... | ||
Doğruluk tablosu ................................................ ................................ ................ | ||
Mükemmel ayırıcı normal biçim ................................................. | ||
Boole cebrinin temel yasaları ................................................................. . | ||
Venn şemaları................................................ ................... | ||
Carnot haritaları ................................................................ .. .................................. | ||
Dijital cihaz sentezinin aşamaları .................................................. ..... | ||
Dijital cihazların sentezine örnekler ................................................. ... | ||
Çoğunluk mantık unsuru ................................................................. ... | ||
4 Temel mantıksal öğeler ................................................................ ................. ..... | ||
Mantıksal öğelerin sınıflandırılması ................................................................ | ||
Temel eleman TTL ................................................................. ................................................ | ||
Mantık Genişletici ................................................................ ................................ ....... | ||
Açık Toplayıcı Elemanı ................................................. ........... | ||
Çıkışta Z durumu olan eleman ................................................ .... | ||
Temel öğe TTLSH ................................................. . ......... | ||
ESL'nin temel şeması ................................................................ ................... | ||
CMOS'un temel öğeleri ................................................................. ................. ....... | ||
4.10 Mantıksal öğelerin ana özellikleri ................................................ | ||
4.11 Mantık devreleri örnekleri ................................................................. .. | ||
4.12 Galyum arsenit bazlı mikro devreler .................................................. .. | ||
5 Kombinasyon tipi dijital cihazlar.................................................. ... | ||
Enkoder ................................................................ ................................................ | ||
Kod çözücü ................................................................ ................................................ | ||
İkiliden BCD'ye dönüştürücüler, | ||
ve tersi ................................................................ ................................................. | ||
Yedi segmenti kontrol etmek için kod çözücü | ||
gösterge ................................................. ................................ | ||
Gri kod dönüştürücüler ................................................................ ................ ..... | |||
Çoklayıcı ................................................................ .. .................................. | |||
Çoklayıcı kullanarak işlevlerin uygulanması ................................ | |||
İkili toplayıcı ................................................................ ................ ................. | |||
İkili Ondalık Toplayıcı ................................................................. ........... | |||
Çıkarma şemaları ..................................................... .. ................. | |||
Doğrudan kodun ek koda dönüştürülmesi ........... | |||
Dijital karşılaştırıcı ................................................................ ................................ ......... | |||
Parite ................................................................ ................. ................ | |||
Birleşimsel dijital yapı örnekleri | |||
cihazlar ................................................................ ................................................ | |||
6 Seri tip dijital cihazlar.................................. | |||
Tetikleyicilerin sınıflandırılması ..................................................... ... ...... | |||
Asenkron RS flip-flop ................................................. ................. ........ | |||
Saatli RS-flip-flop ................................................ ................ ......... | |||
D parmak arası terlik ................................................................ ..................................... | |||
T tetikleyici ................................................................ ................................................ | |||
JK parmak arası terlik ................................................ ................................................. | |||
Sayaçların sınıflandırılması ................................................................. ................. ...... | |||
Asenkron İkili Sayaç ................................................................ ........... | |||
Asenkron BCD Sayacı ................................................ | |||
Senkron ikili sayaç ................................................................ ........... | |||
Tersinir sayaçlar ................................................................ ................................ ......... | |||
İsteğe bağlı bir sayma modülüne sahip sayaçlar ................................................ | |||
Kaydırma kayıtları ................................................................ ..................... | |||
Bellek kayıtları ................................................................ ................... | |||
Evrensel kayıtlar ................................................................ ................................ ..... | |||
Zil kaydı ................................................................ ................ ................ | |||
Zil sayacı ................................................................ ................................ ................ | |||
Shift register sayaçları .................................................. ................... | |||
Dijital cihazlar oluşturma örnekleri | |||
sıralı tip ................................................................ ................ | |||
7 Yarı iletken depolama aygıtları ................................ | |||
Depolama cihazlarının sınıflandırılması ................................................................. | |||
Maske tipi ROM ................................................. ................ ................ | |||
Bir Kerelik Programlanabilir ROM'lar ................................................ | |||
Flash ROM'lar ..................................................... ................................ | |||
Statik RAM ................................................................ ................................ ......... | ||
Dinamik RAM ................................................................ ................................ ...... | ||
Bellek yongası örnekleri ................................................................. ................. | ||
Bellek bloğunun organizasyonu .................................................. ................. ..... | ||
8 Problem çözme örnekleri ................................................................. ................................ ........... | ||
9 Dijital devre üzerine bilgisayar atölyesi... | ||
10 Yaratıcı görevlerin çeşitleri ................................................................. .. | ||
11 Yaratıcı göreve bir örnek .................................................. ................ | ||
Bibliyografya ................................................ . ................................ | ||
Ek. semboller | ||
mikroçipler ................................................. . ................................................ |
||
1. GİRİŞ
Elektronik, aşağıdakilerle ilgilenen bir bilim ve teknoloji dalıdır:
- çalışması bir katı, vakum veya gaz içindeki elektrik akımının akışına dayanan fiziksel olayların incelenmesi ve cihazların geliştirilmesi;
– bu cihazların elektriksel özelliklerinin, karakteristiklerinin ve parametrelerinin incelenmesi;
– bu cihazların pratik uygulaması çeşitli cihazlar ve sistemler.
Bu yönlerden ilki alan fiziksel elektronik. İkinci ve üçüncü yönler alanı oluşturur teknik elektronik.
Elektronik cihazların devreleri - bu, düşük akımlı elektronikte bilgi taşıyan sinyallerin üretilmesi, dönüştürülmesi ve depolanmasının belirli işlevlerini yerine getirmek için tasarlanmış elektronik devrelerin pratik uygulaması için elektronik ilkelerinin bir mühendislik düzenlemesidir ve elektrik akımı enerjisini yüksek akımda dönüştürme işlevi elektronik.
Tarihsel olarak elektronik, radyo mühendisliğinin ortaya çıkışının ve hızlı gelişiminin bir sonucuydu. Radyo mühendisliği, radyo frekansı iletişim kanalları üzerinden bilgi iletmek için tasarlanmış cihaz ve sistemlerin araştırılması, geliştirilmesi, üretimi ve kullanımı ile ilgilenen bir bilim ve teknoloji alanı olarak tanımlanmaktadır.
Radyo mühendisliği 19. yüzyılın bilimsel keşiflerine dayanmaktadır: elektrik ve manyetik alanlar arasındaki etkileşim modellerini bulan M. Faraday'ın (İngilizce) çalışmaları; Elektromanyetizmanın temel yasalarını genelleştiren ve elektromanyetik alanı tanımlayan bir denklem sistemi oluşturan J. Maxwell (İngilizce). J. Maxwell teorik olarak yeni bir tür elektromanyetik fenomen öngördü - elektromanyetik dalgalar uzayda ışık hızında yayılır. G. Hertz (Alman) elektromanyetik dalgaların varlığını deneysel olarak doğruladı.
İlk radyo alıcısı 1895 yılında A.S. tarafından icat edildi, tasarlandı ve başarıyla test edildi. Popov (Rusça). Bir yıl sonra, buluşunun patentini alan ve 1909'da Nobel ödüllü G. Marconi (İtalyan) tarafından radyo iletişimi gerçekleştirildi.
İTİBAREN O zamandan beri, radyo mühendisliğinin gelişimi, gelişme ile belirlendi.
ona esas olarak elektroniğin başarıları tarafından belirlenen eleman tabanı. Temel tabanının gelişimindeki ana aşamaları kısaca izlemek ilginçtir.
protozoa elektronik cihaz- vakum diyot - 1883'te bir elektrik akkor lamba ampulüne metal bir elektrot yerleştiren ve harici bir devrede bir yönde bir akım kaydeden T. Edison (Amer.) tarafından icat edildi. 1904'te J. Flemming (İngilizce) ilk olarak bir radyo alıcısında dedektör olarak bir vakum diyotu kullandı. Güçlendirici elektrovakum cihazı - triyot - Louis de Forest (Amer.) tarafından 1906'da icat edildi. O zamandan beri, 20. yüzyılın ilk çeyreği boyunca, elektrovakum cihazlarının teknolojisi, birçok ülkedeki bir dizi bilimsel laboratuvarda yavaş yavaş olgunlaşıyor. Dünya ülkeleri. Rusya'da, bu yöne Nizhny Novgorod laboratuvarı M.A. Bonch-Bruevich. Zaten 1922'de, bu laboratuvarın çalışanları ilk
içinde dünya yayın istasyonu. 12 kW kapasiteli Komintern. Ve 1927'ye kadar 57 istasyon inşa edilmişti. 1925 yılında oluşturuldu jeneratör lambası 100 kW gücünde. 1933'te dünyanın en güçlü radyo istasyonu (500 kW) Rusya'da faaliyete geçti. 15 kW gücünde ilk televizyon vericisi 1948'de Moskova'da A.I. Berg içinde 1927–1929 klasik verici teorisini yarattı. V.A. 1933'ten 1946'ya kadar olan dönemde Kotelnikov. dijital sinyal işleme yöntemlerinin temelini oluşturan zaman nicemleme teoremi kanıtlandı, bir yan bantta radyo iletişimi olasılığı gösterildi ve potansiyel gürültü bağışıklığı teorisi yayınlandı.
1920'den 1955'e kadar olan dönem tüp elektroniği çağıydı. İlk yarı iletken triyot - transistör - oluşturuldu
içinde 1948, J. Bardeen ve W. Brattain (amer.). 1955'ten beri yarı iletken elektronik çağı başlıyor. Öncelikle Entegre devreler ortaya çıkan 1960'lar. İlk mikroişlemci 1971 yılına kadar uzanır.
İÇİNDE 1998'de transistör 50. yılını kutladı:
içinde Haziran 1948'in son gününde, Amerikan şirketi Bell telephon laboratuvarları halka yeni icat edilmiş bir elektronik cihazı gösterdi; New York Times ertesi gün rasgele ve acıkmadan bildirdi: “Cihazın çalışma elemanları iki ince parçadan oluşuyor. bir parça yarı iletken maddeye karşı bastırılan teller.. Madde, kendisine verilen akımı bir tel üzerinden yükseltir ve diğer tel, yükseltilmiş akımı yönlendirir. Bazı durumlarda vakum tüpleri yerine "transistör" adı verilen bir cihaz kullanılabilir.
Evet, ilk transistör tam olarak böyle görünüyordu ve uzmanların bile muzaffer geleceğini hemen görememeleri şaşırtıcı değil. Bu arada, sunulan cihaz güçlendirebilir ve üretebilir elektrik sinyalleri açma veya kilitleme komutunda bir anahtarın işlevini yerine getirmenin yanı sıra elektrik devresi. Ve temel olarak önemli olan, tüm bunların katı bir kristalin içinde gerçekleştirildi ve vakumda olduğu gibi değil. elektronik lamba. Bundan, transistörün bir dizi potansiyel avantajı geldi: küçük boyutlar, mekanik mukavemet, yüksek güvenilirlik, temelde sınırsız dayanıklılık. Üç veya dört yıl sonra, çok daha iyi transistör tasarımları geliştirildiğinde, beklenen tüm bu avantajlar gerçek olmaya başladı.
1956'da Nobel Fizik Ödülü'nün verildiği transistör etkisini keşfetme onuru W. Shockley, J. Bardeen, W. Brattain'e aittir. Üçünün de bilerek bu keşfe doğru yürüyen parlak fizikçiler olması karakteristiktir. Araştırma grubunun lideri Shockley, savaş öncesi yıllarda bile yarı iletkenlerin kuantum teorisi üzerine ders verdi ve uzun süredir bu alandaki uzmanlar için bir referans kitabı haline gelen temel bir monografi hazırladı. Bardeen'in teorik bir fizikçi olarak en yüksek niteliği, yalnızca transistörün icadı ve yarı iletkenlerin davranışındaki bir dizi etkinin tahmini ile değil, aynı zamanda daha sonra, 1972'de diğer iki araştırmacıyla birlikte, yine Nobel Ödülü'ne layık görüldü - şimdi süperiletkenlik teorisinin yaratılması için. Buluş sırasında grubun en yaşlısı olan Brattain
Transistör, yarı iletkenlerin yüzey özelliklerini incelemede on beş yıllık deneyime sahipti.
Transistör etkisinin keşfi bir dereceye kadar mutlu bir tesadüf olsa da (bugünkü dilde, alan etkili bir transistör yapmaya çalıştılar, ancak iki kutuplu bir transistör yaptılar), araştırmacıların teorik eğitimi, keşfi gerçekleştirmelerine izin verdi. neredeyse anında ve bir dizi çok daha gelişmiş cihazı tahmin edin. Başka bir deyişle, transistörün yaratılmasının yalnızca, zorunlu olarak asgari yaratıcı becerilere de sahip olan fizikçiler için mümkün olduğu ortaya çıktı.
Ülkemizde transistör, 1949 yılında A.V. başkanlığındaki Fryazino laboratuvarında yeniden üretildi. Krasilov, en geniş bilgi birikimine sahip önde gelen bir bilim adamı.
İlk transistörler germanyum yarı iletken temelinde yapıldı ve yalnızca 70 °C'ye kadar çalışma sıcaklığına izin verdi ve bu, birçok uygulamalı problemde yeterli değildi.
Ellilerin ikinci yarısında, transistörlerin geliştirilmesinde belirleyici bir niteliksel sıçrama gerçekleşti: Germanyum yerine başka bir yarı iletken, silikon kullanıldı. Sonuç olarak, transistörlerin çalışma sıcaklığı 120-150 °C'ye yükselirken, özellikleri oldukça sabit kaldı ve cihazların hizmet ömrü neredeyse sonsuz oldu. Ancak, belki de asıl mesele, 1959'da Amerikan şirketi Firechild'in sözde geliştirmesiydi. düzlemsel teknoloji. Buradaki temel nokta, kristal yüzeyinde yüksek sıcaklıkta büyütülen en ince silikon dioksit filminin silikonu agresif etkilerden güvenilir bir şekilde koruması ve mükemmel bir yalıtkan olmasıdır. Bu filmde, yüksek sıcaklıkta da yarı iletkene katkı maddelerinin dahil edildiği "pencereler" oluşturulur - gelecekteki cihazın parçaları bu şekilde yapılır. Ardından, aktif bölgelere giden ince film alüminyum akımı, hacimden izole edilen yüzeye püskürtülür - ve transistör hazırdır. Prosesin özelliği, plaka üzerindeki tüm eylemlerin tek bir düzlemde gerçekleştirilmesi ve aynı anda binlerce ve milyonlarca işlenmesinin sağlanmasıdır.
gofret üzerindeki transistörler ve bu, en yüksek derecede ürün tekrarlanabilirliği ve yüksek performansa yol açar.
Düzlemsel teknoloji yöntemlerini kullanarak, transistörleri alt tabakadan ve birbirinden izole etmek kolaydır ve buradan sadece oluşturmak için bir adımdır. entegre devre(mikro devreler), yani yaratılmış-
nia elektronik devre aktif ve pasif bileşenler ve bunların bağlantıları tek bir çipte tek bir çipte teknolojik süreç. Bu adım aynı 1959'da atıldı. Dünya çağa girdi mikro elektronik.
Tipik bir mikro devre, yüzeye yakın bölgesinde çok sayıda transistörün yapıldığı, alüminyum film izleriyle belirli bir elektrik devresine bağlanan bir silikon kristalidir (çip). İlk mikro devrede, "set" sadece 12 transistörden oluşuyordu, ancak iki yıl sonra entegrasyon seviyesi çip üzerindeki yüz elemanı aştı ve 60'ların ortalarında binlerce eleman içeren büyük entegre devreler (LSI) başladı. hakim, o zaman - süper büyük olanlar ( VLSI), vb.
Mikro devre daha fazla bilgi gücüne sahiptir, içerdiği transistör sayısı arttıkça, yani daha yüksek entegrasyon yoğunluğu(bir kristaldeki aktif elementlerin paketleme yoğunluğu). Ve aktif elementin minimum boyutu ve teknolojinin yeniden üretebildiği kristal alanı ile belirlenir.
Bu eğitimde ele alınan temel bilgiler dijital devre Entegre devrelere dayalı dijital cihazlar oluşturmada devre mühendisliği becerileri oluşturur. Kod dönüştürücüler, toplayıcılar, dijital anahtarlar, flip-floplar, kayıtlar, sayaçlar, bunlara dayalı bellek yongaları tasarlamak için en basit mantıksal elemanların ve yöntemlerin çalışma prensibi incelenir. Electronics Workbench paketini kullanarak birçok cihazın çalışmasını bilgisayar simülasyonu ile kontrol edebilirsiniz.
Önerilen literatür listesi, öncelikle dijital entegre devrelerle ilgili referans kitaplarını içerir. Bu derste kullanılan diğer kaynaklardan, TUSUR Potekhin V.A.'nın doçentlerinin çalışmalarını not etmek istiyorum. ve Shibaeva A.A. yazarın içten şükranlarını ifade ettiği.
Sigortalının kişisel hesabı
Otomatik tanımlama sistemi Elektronik harita sistemi ile AIS'nin ortak kullanımı
Wargame: Red Dragon başlamıyor mu?
Üzücü escobar "Ukrayna yargı sisteminin yüzü"
ROME Total War - tüm grupların kilidi nasıl açılır?