Цифровые электронные устройства Интегральные микросхемы n n

Цифровые электронные устройства

Интегральные микросхемы n n ИМС – микроэлектронное устройство, выполняющее функции целой электрической схемы и выполненное как единое целое. ИМС – это электронный узел, блок или устройство, изготовленное с высокой степенью миниатюризации, в которой каждый электронный компонент представляет собой не отдельно взятый транзистор, диод, резистор, конденсатор и т. д. , а их неразъемное схемное соединение. Количество элементов, входящих в микросхему, может достигать десятков тысяч и более элементов.

Внешний вид интегральной микросхемы

По способу преобразования и обработки информации n Аналоговые ИМС – с непрерывной обработкой информации n Цифровые ИМС – с дискретной обработкой информации

n n Двоичный: Любой объект, имеющий два возможных состояния, например, включено/выключено или да/нет. Двоичная система счисления : Способ представления информации при помощи нулей и единиц.

Логические элементы n n n Логические элементы (узлы) предназначены для выполнения различных логических (функциональных) операций над дискретными сигналами при двоичном способе их представления (1; 0). Преимущественное распространение получили логические элементы потенциального типа. В них используются дискретные сигналы, нулевому значению которых ( « 0» ) соответствует уровень низкого потенциала, а единичному значению ( « 1» ) – уровень высокого потенциала (отрицательного или положительного). Потенциальные логические элементы нашли исключительное применение в интегральном исполнении в виде микросхем.

n n n Все схемы цифровой техники выполняются на логических интегральных микросхемах. Работу логического элемента можно описать зависимостью логического значения выходного сигнала F от совокупности логических значений входных сигналов x. Такую зависимость принято представлять таблицей истинности.

Логические операции n n Для любых логических преобразований достаточно иметь три элементарных логических элемента, выполняющих следующие операции: логическое сложение (логическое ИЛИ), логическое умножение (логическое И) и логическое отрицание (логическое НЕ).

Логическое отрицание (инверсия) n n Записывается: Данная функция реализуется логическим элементом, который называется инвертором или элементом НЕ

Логическое сложение (дизъюнкция) n n Записывается: F = x 1 + x 2 или F = x 1 x 2 Элемент, реализующий функцию дизъюнкции, называется ИЛИ

Логическое умножение (конъюнкция) n n Записывается: F = x 1 • x 2 или F = x 1 x 2 Элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется И

Элемент Пирса n n Реализует функцию отрицания дизъюнкции. Элемент называется ИЛИ-НЕ

Элемент Шеффера (базис И-НЕ) n n Реализует функцию отрицания конъюнкции. Элемент называется И-НЕ

Реализация логической операции НЕ с помощью базиса И-НЕ

Реализация логической операции И с помощью базиса И-НЕ

Реализация логической операции ИЛИ с помощью базиса И-НЕ

Схемотехника логических элементов

n Транзисторы представляют собой миниатюрные электронные переключатели. Как и обычный электрический выключатель, транзистор может находиться в двух состояниях - "включено" и "выключено". Такое "двоичное" поведение транзистора используется при обработке информации в цифровых электронных устройствах.

Схемная реализация элемента НЕ (транзисторный ключ на биполярном транзисторе) n. Логические микросхемы чаще всего выполняются на транзисторах типа n-p-n c напряжением питания Eк > 0, причём “ 1”– соответствует закрытое состояние транзистора, а “ 0”– открытое.