Министерство образования Российской Федерации
Российский государственный профессионально-педагогический университет
Инженерно-педагогический институт
Кафедра общей электроники
Контрольная работа № 1
Цифровые микросхемы
Дата сдачи работы:
«_____»______2005г.
|
|
Работу выполнила
студентка группы ЗВТ – 105 С
|
Работу принял:
______________/ _____________
(подпись) (расшифровка)
|
|
Работу проверил:
______________/ _____________
(подпись) (расшифровка)
|
Екатеринбург, 2005
Оглавление
Оглавление 3
3
Общая характеристика цифровых микросхем 4
Классификация и система условных обозначений 12
Цифровые интегральные микросхемы 12
Основные серии, тип логики, шифр корпуса 15
Список литературы 22
Общая характеристика цифровых микросхем
Цифровые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, например двоичной, функции. Они применяются для построения цифровых вычислительных машин, а также цифровых узлов измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления, связи и т. д.
По функциональному назначению цифровые микросхемы подразделяются на подгруппы: логические микросхемы, триггеры, элементы арифметических и дискретных устройств и др. Внутри каждой подгруппы по функциональному признаку микросхемы подразделяют на виды. Сведения о подгруппе и виде микросхемы содержатся в ее условном обозначении.
Ц
Таблица 1.
ифровые микросхемы выпускаются сериями. В состав каждой серии входят микросхемы, имеющие единое конструктивно-технологическое исполнение, но относящееся к различным подгруппам и видам. В серии может быть несколько микросхем одного вида, различающихся, например числом входов или нагрузочной способностью. Чем шире функциональный состав серии, тем в большей степени она удовлетворит требованиям к микроэлектронной аппаратуре в отношении компактности, надежности и экономичности, поскольку применение микросхем одной серии исключает необходимость в дополнительных, например, согласующих устройствах.
Большинство цифровых микросхем относится к потенциальным микросхемам: сигнал на входе и выходе представляется высоким и низким уровням напряжений. Этим двум состояниям сигнала ставится в соответствие логические значения 1 и 0 (таблица 1). В зависимости от кодирования состояний сигнала различают положительную и отрицательную логику. Логические операции, выполняемые микросхемами, обычно указываются для положительной логики. Длительность потенциального сигнала определяется сменой информации; например, длительность сигнала на выходе микросхемы определяется временным интервалом между двумя входными сигналами. Иногда применительно к потенциальным микросхемам говорят, что они управляются положительными или отрицательными импульсами. В таких случаях речь идет о том, что для изменения состояния микросхемы необходимо на заданное время изменить уровень входного сигнала с 1 на 0, (отрицательный импульс) либо с 0 на 1 (положительный импульс).
Кратко рассмотрим основные подгруппы и некоторые виды цифровых микросхем: логических, триггеров и др.
1. Логические микросхемы выполняют операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ), более сложные логические операции: Н-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и др. Логическая микросхема как функциональный узел может состоять из нескольких логических элементов, каждый из которых выполняет одну-две или более перечисленных логических операции а является функционально-автономной, т. е. может использоваться независимо от других логических элементов микросхемы. Конструктивно логические элементы объединены единой подложкой и корпусом и, как правило, имеют общие выводы для подключения источника питания.
В таблице 2 приведены условные обозначения и таблицы истинности некоторых логических элементов. Таблицы истинности, показывают, каким будет сигнал на выходе (нулевым или единичным) при. тон или другой комбинации, сигналов на входе. В таблице 2 приведены логические элементы с двумя входами. Количество входов может быть и большим. При создании какого-либо устройства могут понадобиться логические элементы с разным к
Таблица 2.
оличеством входов. Поэтому в состав серий, как уже отмечалось, нередко включаются микросхемы, которые содержат логические элементы на 2, 3, 4, 6, 8 входов. Поскольку микросхемы выпускаются в корпусах с ограниченным количеством выводов, например корпус 301Пл14-1 имеет 14 выводов, то и логических элементов, размещаемых в таком корпусе, будет тем меньше, чем больше входов у каждого из них. Например, серия К155, микросхемы которой выпускаются в подобном корпусе, включает следующий ряд логических микросхем: К1ЛБ551—два четырехвходовых логических элемента, К1ЛБ552 — один восьмпвходовый логический элемент. К1ЛБ553 — четыре двухвходовых логических элемента, К1ЛБ554 — три трехвходовых логических элемента.
Разработка каждой серии цифровых микросхем начинается с базового логического элемента. Так называют элемент, который лежит в основе всех микросхем серии: и логических, и триггеров, и счетчиков и т. д. Как правило, базовые логические элементы выполняют операции И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. Принцип построения базового элемента, способ управления его работой, выполняемая им логическая операция, напряжение питания и другие параметры являются определяющими для всех микросхем серии. Например, логический элемент на рис. 4-4 является базовым для микросхем серий КПЗ, К114, КП5.
По принципу построения базовых логических элементов цифровые микросхемы подразделяют на следующие типы [6, 30]: транзисторной логики с резистивными связями (РТЛ); диодно-транзисторной логики (ДТЛ); транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ); транз исторной логики на переключателях тока (ПТТЛ), или, иначе, транзисторной логики со связанными эмиттерами; транзисторной логики на МДП-трзнзисторах (МДПТЛ).
Разнообразие типов базовых элементов объясняется тем, что каждый из них имеет свои достоинства и свою область применения. Некоторые из перечисленных типов логических элементов: РТЛ, ДТЛ, ПТТЛ — перешли в цифровую микроэлектронику, сохранившись практически в том же виде, какими они были в цифровых устройствах на навесных компонентах. Логические элементы ТТЛ, МДПТЛ появились сравнительно недавно и сразу в микроэлектронном исполнении. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие серий микросхем, построенных на принципах ТТЛ, МДПТЛ, ПТТЛ, и вытеснение ими микросхем РТЛ и ДТЛ.
2. Триггеры — это функциональные узлы, которые обладают двумя устойчивыми состояниями равновесия. В микроэлектронном исполнении выпускаются триггеры, различающиеся по сложности построения, по своим функциональным возможностям, по способу управления работой.
В соответствии с принятой классификацией триггеры подразделяют на следующие виды:
RS-триггер имеет два информационных входа R и S, сигналы на которых управляют состоянием триггера. Различают асинхронные и синхронные триггеры. Особенностью асинхронных триггеров является то, что установка их состояния, т. е. запись информации, осуществляется непосредственно с поступлением сигналов на входы. В синхронных триггерах наряду с информационными входами есть вход для синхронизирующего (тактового) сигнала. Запись информации в них производится только с поступлением синхронизирующего сигнала. RS-триггер способен хранить записанную информацию, т. е. сохранять установленное входными сигналами состояние, до тех пор, пока не изменятся сигналы на входах. Поэтому такой триггер применяется в основном как элемент памяти в запоминающих устройствах, регистрах. Выполнять функции счетчика RS-триггер не может.
D-триггер имеет один информационный вход D и вход для синхронизирующего сигнала. Основное назначение триггера заключается в задержке информационного сигнала на один такт: поступивший на D-вход сигнал появится на выходе в следующем такте. Различают одно- и двухступенчатые D-триггеры. Первые состоят из одного RS-триггера и дополнительных логических элементов на его входе. Одноступенчатые D-триггеры отличаются от RS-триггеров лишь тем, что управление их работой осуществляется по одному входу. Двухступенчатые D-триггеры состоят из двух RS-триггеров и обладают большими функциональными возможностями, например: при соединении выхода со входом получается триггер со счетным входом.
Т-триггер (триггер со счетным входом) имеет одни вход Т. Его называют счетным, тем самым указывая на основное назначение триггера считать поступающие на вход сигналы. Коэффициент пересчета равен 2: двум входным сигналам соответствует один сигнал на выходе. Такой триггер составляет основу счетчиков. В микроэлектронном исполнении T-триггер специально не изготовляется. При необходимости он получается, например, из двухступенчатого D-триггера или более универсального JK-триггера.
JK-триггер имеет два информационных входа J и К. и вход для синхронизирующего сигнала. Обладает свойствами синхронного DRS-триггера и триггера со счетным входом, включен в состав многих серий благодаря своей универсальности.
Следует указать на то, что все триггеры обычно имеют дополнительные входы для сигналов установки исходного состояния. Такие сигналы имеют определенную длительность, т. е. являются импульсами. Триггеры с установочными входами называются комбинированными, например DRS-триггер— это D-триггер с R и S установочным входами.
3. Элементы арифметических и дискретных устройств предназначены для выполнения операций над кодовыми комбинациями 0 и 1: хранения (регистры хранения или параллельные регистры), преобразования из последовательной формы в параллельную и обратно (регистры сдвига или последовательные регистры), подсчета числа импульсов и хранения результата (счетчики), получения единичного сигнала, соответствующего определенной кодовой комбинации (дешифраторы), сложения по правилам алгебры логики двух кодовых комбинаций (сумматоры и их составные элементы — полусумматоры) и т.д.
В некоторых сериях цифровых и аналоговых микросхем имеются микросхемы, которые могут выполнять различные функции. Такие микросхемы получили название многофункциональных схем. Цифровые многофункциональные схемы выполняют, как правило, логические функции. Такие микросхемы имеют различную структуру. Одни состоят из многих логических элементов, из которых путем внешней коммутации выводов можно получить требуемое устройство: логическое, триггер, несколько разрядов регистра и т. д. Другие многофункциональные схемы представляют собой сложное логическое устройство, которое можно настраивать с помощью внешних сигналов на выполнение требуемой логической операции.
|
