www themegallery com Лекция 4 Схемотехнические основы

www. themegallery. com Лекция 4 § Схемотехнические основы построения цифровых устройств

www. themegallery. com Базовые устройства Преобразователи сигналов Генераторы и формирователи База для разработки цифровых устройств Интерфейсные схемы Запоминающие устройства Последовательностные схемы Комбинационные схемы Триггеры Базовые логические элементы Транзистор

www. themegallery. com Условное обозначение ЛЭ Обозначение функции & Инверсия И, ИЛИ, НЕ – базис элементов нагляден для восприятия И-НЕ - функция Шефера ИЛИ-НЕ - функция Пирса Основные рабочие базисы

www. themegallery. com Обозначения логических элементов

www. themegallery. com Сигналы отображающие логические переменные БИТ 1 0 Положительная логика H (High) L (Low) При переходе от логических сигналов к электрическим необходимо установить правила соответствия: - положительной логики; - отрицательной логики

www. themegallery. com Учет задержек в логических схемах § Быстродействие в ЛЭ напрямую связана с задержкой сигналов ЛЭ и связях между ними. Особенно это проявляется с уменьшением технологических норм. 70 -80% от общей задержки - это задержки в ЛЭ и в линиях связи. Существуют грубые оценки задержки, и точные расчеты.

www. themegallery. com Статические параметры ЛЭ § Напряжение питания С определенным допуском Четыре значения напряжений, задающих границы зон переменных О или 1 На входе ЛЭ На выходе ЛЭ Статическая помехоустойчивость: - Для уровня логической единицы допустимая - Для уровня логического нуля допустимая

www. themegallery. com Токовые статические параметры ЛЭ § § Ток потребляемый по входу при вх=1 Ток потребляемый по входу при вх=0 Ток потребляемый по выходу при вых=1 Ток потребляемый по выходу при вых=0 Например: для КМОП ЛЭ ток вых. 1= току вых. 0 для ТТЛШ ЛЭ ток вых. 1 в 20 раз меньше тока вых. 0

www. themegallery. com Нагрузочная способность ЛЭ § Это количество ЛЭ, которые можно подключить одному выходу ЛЭ. § Иногда применяют термин: § Разветвление по выходу § Объединение по входу

www. themegallery. com Быстродействие цифровых схем § Скорость перехода из одного состояния в другое. Определяется задержками в элементе и цепях соединения. Коэффициент определяется серией микросхемы Фактическая Номинальная по справ.

www. themegallery. com Мощность потребления ЛЭ § В справочниках обычно указывается значение тока потребляемого микросхемой – I потр. * U пит. = P Мощность ЛЭ делят на статическую и динамическую Рст. – мощность потребляемая в пассивном состоянии. Рдин. – мощность потребляемая при переключении. Рст. делится на Рст. 0 и Рст. 1 Рст. и расчитывается Рст. =(Рст. 0 + Рст. 1)/2 Р = Рст. + Рдин.

Мощность потребления ЛЭ при нанометровых технологиях Статическая мощность соизмерима с динамической www. themegallery. com

www. themegallery. com Формула оценки динамической мощности Перепад логического уровня Частота сигналов на входе и выходе Внутренняя емкость схемы Число переключаемых выходов Емкость нагрузки

www. themegallery. com Параметры ЛЭ ТТЛ

www. themegallery. com Параметры ЛЭ ТТЛ К 134 4 И-НЕ

www. themegallery. com Логический элемент как основа интегральных схем

www. themegallery. com Пример интегрального исполнения ЛЭ

www. themegallery. com Пример интегрального исполнения ЛЭ

www. themegallery. com Параметры ЛЭ КМОП 2 И-НЕ

www. themegallery. com Типы выходов цифровых элементов § Логические; § С третьим состоянием; § Открытые (с открытым стоком или коллектором). Применение объясняется различными условиями работы элементов в логических цепях, магистральных системах.

www. themegallery. com Логический выход § Хорошо, когда он имеет малое сопротивление и способен развивать большие токи для перезарядки емкостных нагрузок. § Особенность – их нельзя соединять параллельно !!! Неопределенность выхода в переходном состоянии Импульс тока в переходном режиме

www. themegallery. com Выход с тремя состояниями § Позволяют использовать одну линию связи несколькими ЛЭ, сохраняют достоинства обычных логических выходов: быстродействие и высокая нагрузочная способность. Применение мультиплексора x 1 inp out xn выбор MUX a 1 an

www. themegallery. com Открытые выходы § Требуется подключение внешних резисторов для исключения § § плавающего состояния выхода. Реализуется схема монтажной логики – высокое напряжение на выходе возникает только при запирании всех транзисторов. Может заменить схему с тремя состояниями при работе на магистраль – вместо сигнала ОЕ используют один из входов. Обозначение Достоинства – защищенность от повреждений при ошибках Управления. Недостаток – большая задержка переключения.

www. themegallery. com Комбинационные схемы § КС - это схемы без элементов памяти х1 y 1 5. Сумматоры. КС хn yn 6. АЛУ. 1. Дешифраторы 3. Мультиплексоры 7. Компараторы 2. Шифраторы 4. Демультиплексоры.

www. themegallery. com Дешифратор Это устройство, при подаче на вход которого определенного кода, на выходе активируется определенная выходная шина. Маркировка - DC Дешифрация – это реакция схемы на определенную кодовую комбинацию

Пример интегрального исполнения дешифратора 00 – 0111 10 – 1011 01 – 1101 11 -- 1110 DC www. themegallery. com Двухканальный дешифратор комбинации двух входов в один из Четырех выходов. Схема внутренней логики

www. themegallery. com Шифратор Выполняет функцию противоположную дешифрации Маркировка - CD

www. themegallery. com Пример интегральной схемы шифратора Осуществляет преобразование восьми информационных входов в трехразрядный двоичный код Схема внутренней логики

www. themegallery. com Мультиплексор и демультиплексор Вход подключить к одному из N -выходов Один из N входов подключить к выходу

www. themegallery. com Пример интегрального исполнения мультиплексора Схема внутренней логики

www. themegallery. com Программируемая логическая матрица 12 входов

www. themegallery. com Компаратор Сравнивает две четырех битные комбинации и если они равны на выходе 1 если не равны то на выходе 0. 1 если на входе сигналы одного уровня

www. themegallery. com Схемы сдвига Вход Вправо с=1 Влево с=0 Выход

www. themegallery. com Сумматор Полусумматор Полный сумматор В А Б

www. themegallery. com АЛУ Данная схема может выполнять 4 функции: АВ, А+В, не В, А+В Входные Разрешение Задают тип функции Одноразрядная микропроцессорная секция

www. themegallery. com Восьмиразрядное АЛУ На базе микропроцессорной секции

www. themegallery. com Триггер § Базовый элемент для организации запоминающих устройств, регистров, счетчиков. Асинхронные Синхронные Одноступенчатые Двухступенчатые Со статическим управлением С динамическим управлением

www. themegallery. com Триггеры RS асинхронные RS с инверсным и прямым управлением Обозначение Логика работы R – (reset) сброс. S – (set) установка. Обозначение Логика работы

www. themegallery. com Пример интегрального исполнения RS триггера

www. themegallery. com Синхронный RS Триггер Прямого статического управления Схема внутренней логики C – (clock) синхронизация

www. themegallery. com Синхронный RS триггер С инверсным, динамическим управлением по переднему фронту сигнала С Схема внутренней логики

www. themegallery. com Синхронный RS с динамическим управлением Динамическое управление по заднему фронту сигнала С Схема внутренней логики

www. themegallery. com D триггер - одноступенчатый Ячейка памяти Схема внутренней логики Основа построения регистров Схема внутренней логики

www. themegallery. com D триггер с входом условия Схема внутренней логики

www. themegallery. com D триггер с динамическим управлением С управлением по переднему фронту Счетный триггер – основа построения счетчиков.

www. themegallery. com Двухтактные RS триггеры Счетный триггер Мастер - master Исполнитель - slave MS триггер

www. themegallery. com Универсальный JK триггер Устраняет неопределенность возникающую при одновременном снятии сигналов с входов R и S

www. themegallery. com JK с динамическим управлением

www. themegallery. com Счетчики § Устройство для счета единиц, поступающих на его вход. Основа построения таймеров. Коэффициент пересчета - Ксч Счетчики Прямого счета Обратного счета Асинхронные с последовательным переносом Синхронные с параллельным переносом Реверсивные Комбинированные Количество триггеров

www. themegallery. com Счетчик асинхронный прямого счета

www. themegallery. com Счетчик асинхронный обратного счета

www. themegallery. com Реверсивный счетчик

Счетчик синхронный со сквозным переносом www. themegallery. com

www. themegallery. com Синхронный счетчик с параллельным переносом Осуществляется выявление возможного состояния триггера старшего разряда путем анализа младших разрядов.

www. themegallery. com Счетчики Два счетчика: - с коэффициентом 2 - с коэффициентом 8

www. themegallery. com Схемы с разным числом пересчета

www. themegallery. com Интегральные схемы счетчиков

www. themegallery. com Регистры § Предназначен для приема, хранения и передачи информации. Последовательные Параллельные Последовательнопараллельные

Параллельный регистр на основе RS триггера www. themegallery. com выходы Q 4 Управление Входы

www. themegallery. com Последовательный регистр на основе синхронного D триггера

www. themegallery. com Регистр в интегральном исполнении к 155 1. Параллельная запись. 2. Последовательная запись и сдвиг из младших разрядов в старшие. 3. Последовательная запись и сдвиг из старших разрядов в младшие. 4. Совмещение режимов. Режим V 2 Параллельная запись С 2 Последовательная запись С 1

LOGO Click to edit subtitle style