Цифровые интегральные микросхемы. Логические базовые элементы

Лекция 3

ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Тема 3.1 Логические базовые элементы

Все цифровые устройства строятся на логических микросхемах, каждая из которых имеет выводы:

- выводы питания – земля, напряжение питания, величина которая зависит от структуры логического элемента (ТТЛ, Un=+5В, КМОП, Un=+3В, +2В, +9В). !Питание обычно на схемах не показывают;

- выводы для входных сигналов, на которые поступают либо импульсы. Либо уровни напряжения;

- выводы для выходных сигналов – они могут быть прямыми или инверсными.

Каждая микросхема имеет нумерацию выводов, которая указывается в таблице справочника, в зависимости от функционного назначения схемы происходит преобразование входных сигналов в выходные, которые поясняются в таблице состояния или временные диаграммы, которые приведены в справочнике.

Все ЦИС работают с логическими сигналами, которые имеют 2 разрешенных уровня напряжения. Один из них называется логической единицей, а другой логическим нулем. Уровни этих двух состояний зависят от структуры логического элемента. В справочной литературе представлена положительная логика. Если представлена отрицательная логика, то обязательно это фиксируется в справочной литературе.

Переключение ЦИС происходит либо по переднему фронту, либо по заднему, или по порогу срабатывания (см. «Потенциальный метод»).

                 Основные параметры ЦИС:

- помехозащищенность- параметр, который характеризует величину входного сигнала помехи, который накладывается на основной входной сигнал;

- коэффициент разветвления – это число входов, которое может быт подключено к данному выходу ЦИС без нарушения работы;

- нагрузочная способность – это параметр выхода, который характеризует величину выходного тока, которую можно выдать на нагрузку в данный выход без нарушения работы.

ЦИС представляет собой «Черный ящик», поэтому при разработке электронной схемы не обязательно знать внутренность этого ящика, а необходимо знать структуру (технологию) ЦИС (ТТЛ, КМОП, ТТЛШ) и функциональное назначение, а также читать все знаки на дополнительных полях ЦИС и читать буквенные названия.

ЦИС работает с двумя состояниями (2с, 2s – это логический ноль или логическая единица) и третье состояние (3с, 3s).

1)                                                   

максимально 8 микросхем

2)

до 40 микросхем

3)

Это состояние является высокоимпидансным (высокоомным), при котором микросхема отключена. Это повышает быстродействие прохождения сигнала. Применяют в устройствах сопряжения микропроцессора.

Логические элементы относятся к комбинационным устройствам, т.е. устройства, которые не обладают памятью. Они относятся к малым ИС и прим использовании законов, тождеств, алгебры логики можно построить разнве схемные решения.

Логические элементы характеризуются параметрами:

1 Напряжение питания- величина зависит от структуры (технологии) изготовления ИС;

2 Средняя мощность потребляемая ИС, которая определяется как полу сумма мощностей, потребляемых ИС при состоянии логического нуля и логической единицы. Рср= (+)/2;

3 Уровни напряжений: логический ноль -  и логическая единица - ;

4 Среднее время задержки сигнала tср.з, которое определяется на уровне 0,5Uм и отражает появление сигнала на выходе к подаче входного сигнала;

5 f пер. – частота переключения логических элементов, определяется параметрами элементной базы, т.е. транзисторами.

БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Базовыми элементами являются 5 из Булевых – И, ИЛИ, НЕ, И/НЕ, ИЛИ/НЕ.

НЕ - инвертор

На выходе выдает логическую единицу (высокий уровень напряжения), если на вход подан логический ноль. Инвертор имеет 1 вход и 1 выход. Выход может быть типа 2s или открытый коллектор.

Буквенное обозначение ЛН.

УГО:

Схемное решение:

Временные диаграммы и таблица истинности:

         

Вывод: инвертор выполняет 2 задачи: либо изменение полярности сигнала, либо изменение фронта сигнала.

Применение: элемент генератора прямоугольных импульсов и как линии задержки сигналов.

И – конъюнктор

Имеет минимальное количество входов 2 и максимальное количество -12. Все входы равнозначные.

Буквенное обозначение: ЛИ

УГО:

Схемное решение:

Временные диаграммы и таблица истинности:

Логический элемент И принимает на выходе высокий уровень напряжения (логическая единица), если на его вход одновременно действуют высокие уровни напряжения (логические единицы). Наличие низкого уровня напряжения, хотя бы на одном из его входов, приводит к появлению на выходе низкого уровня напряжения, т.к. диод открывается.

Достоинство: отсутствие ложного срабатывания.

Применяется для построения генераторов, триггеров.

ИЛИ – дизъюнктор

Имеет буквенное обозначение ЛЛ.

Логический элемент ИЛИ на выходе выдает высокий уровень напряжения (лог.1), если хотя бы на одном из его входов имеется высокий уровень напряжения (лог.1).

УГО:

Схемное решение:

                             

Временные диаграммы и таблица истинности: