Λογικές μάρκες. Μέρος 1

Εισαγωγικό άρθρο σχετικά με τις λογικές μάρκες. Περιγράφει τα συστήματα αριθμών και την αναπαράσταση ενός δυαδικού αριθμού χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά σήματα.

Το σύγχρονο ψηφιακό ολοκληρωμένο κύκλωμα είναι μια μικροσκοπική ηλεκτρονική μονάδα, η θήκη της οποίας περιέχει ενεργά και παθητικά στοιχεία συνδεδεμένα με ένα συγκεκριμένο μοτίβο. Αυτά είναι τρανζίστορ, δίοδοι, αντιστάσεις και πυκνωτές.

Ο αριθμός των στοιχείων στα σύγχρονα μικροκυκλώματα μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες ή ακόμα και εκατομμύρια στοιχεία. Απλά θυμηθείτε μικροεπεξεργαστές, μικροελεγκτές, μάρκες μνήμης.

Για να περιγράψετε απλώς όλα τα σύγχρονα μικροκυκλώματα, δεν θα χρειαστείτε ένα άρθρο, αλλά ένα ολόκληρο μάλλον χοντρό βιβλίο. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε κυρίως μικροκυκλώματα μικρού και μεσαίου βαθμού ολοκλήρωσης απλά λογικά στοιχεία.

Περίπου είκοσι χρόνια πριν Ολοκληρωμένα Κυκλώματα (LSI)Κατά κανόνα, πραγματοποίησαν τη λειτουργία που ενσωματώθηκε σε αυτά κατά τη διαδικασία κατασκευής. Σε ένα μικροκύκλωμα θα μπορούσε να κρυφτεί ένας μικροκαταμέτρης, ένα ρολόι ή ένας κόμβος ηλεκτρονικού υπολογιστή (υπολογιστή).

Επί του παρόντος, διαδεδομένη όλα τα είδη μικροελεγκτών: ακόμη και μια τέτοια απλή συσκευή όπως Κινέζικα Χριστουγεννιάτικη γιρλάντα δεν υπάρχει τίποτα παρά ένας προγραμματισμένος μικροελεγκτής.

Ηλεκτρονικά ρολόγια, οικιακούς χρονοδιακόπτες, διάφορα παιχνίδια μιλάμε και τραγουδούν επίσης με τον προγραμματισμό του αντίστοιχου μικροελεγκτή. Ή, όπως ο καθένας ακούει τώρα, αναβοσβήνει.

Με άλλα λόγια όχι προγραμματισμένο ελεγκτή Αυτός είναι ο δίσκος από τον οποίο θα αποκτηθεί η συσκευή με τις ιδιότητες που είναι απαραίτητες για τον προγραμματιστή. Και παρά την καθολικότητα αυτή, τα σήματα εισόδου και εξόδου του μικροελεγκτή είναι τα ίδια με τα ψηφιακά μικροκυκλώματα μικρού και μεσαίου βαθμού ολοκλήρωσης. Επομένως, χωρίς να γνωρίζουμε αυτά τα ήδη ξεπερασμένα και ξεχασμένα στοιχεία, απλά δεν υπάρχει τρόπος να πάτε.

Στην καρδιά του έργου ψηφιακά κυκλώματα βρίσκεται ένα δυαδικό σύστημα αριθμών. Υποστηρίζει επίσης τη λειτουργία σύγχρονων προσωπικών υπολογιστών και όλων των συστημάτων πληροφορικής και επικοινωνιών.

Στην καθημερινή ζωή, χρησιμοποιούμε το δεκαδικό σύστημα αριθμών που περιέχει δέκα ψηφία 0 ... 9. Ένα τέτοιο σύστημα προέκυψε επειδή κάθε άτομο έχει δέκα δάχτυλα στα χέρια του. Κάποιοι λαοί του Βορρά υπολογίζονταν σε είκοσι και ο αριθμός των είκοσι ονομαζόταν «ολόκληρος ο άνθρωπος».

Δέκα δεν είναι πλέον ένα ψηφίο, αλλά ένας αριθμός αποτελείται από δέκα και μηδενικές μονάδες: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, ο αριθμός 640 θα περιέχει εξακόσιες + τέσσερις δεκάδες + μηδενικές μονάδες ή με τη μορφή αριθμών 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται δεκαδική θέση, δηλ. το βάρος της εκφόρτισης εξαρτάται από τη θέση του στον αριθμό. Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι πρόκειται για μονάδες, δεκάδες, εκατοντάδες, χιλιάδες, δεκάδες χιλιάδες, εκατοντάδες χιλιάδες και ούτω καθεξής.

Σε ένα δυαδικό σύστημα, ένας αριθμός αποκτάται ακριβώς με τον ίδιο τρόπο, αλλά όχι δέκα, αλλά δύο και ο βαθμός του χρησιμοποιούνται ως βάση. Δηλαδή, όχι 1, 10, 100, 1000, 10000 κ.ο.κ. αλλά 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Κάθε επόμενος αριθμός επιτυγχάνεται με πολλαπλασιασμό του προηγούμενου με τη βάση του συστήματος δηλ. αυξάνοντας το προηγούμενο στο επόμενο πτυχίο. Για το δεκαδικό σύστημα, κάθε προηγούμενος αριθμός πολλαπλασιάζεται επί δέκα, αφού η βάση του αριθμητικού συστήματος είναι δέκα.

Χρησιμοποιώντας ένα δυαδικό δυαδικό ψηφίο (το byte ονομάζεται στην τεχνολογία υπολογιστών) είναι δυνατόν να αντιπροσωπεύει δεκαδικούς αριθμούς στην περιοχή 0 ... 255 ή σε δυαδική μορφή 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Ο αριθμός 640 που αναφέρθηκε παραπάνω αντιστοιχεί στην εγγραφή 640 = 10 1000 0000 (β) ή, όπως στο προηγούμενο παράδειγμα

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(β) Στο τέλος του αρχείου δηλώνεται ότι ο αριθμός είναι δυαδικός.Ο ευκολότερος τρόπος για να επαληθεύσετε την ορθότητα αυτής της καταχώρησης είναι ο υπολογιστής των Windows. Αυτή η μορφή κωδικοποιητικών πληροφοριών αποδείχθηκε πολύ βολική για τους υπολογιστές, διότι η διάκριση μηδέν από το ένα είναι τόσο απλή όσο μια κλειστή επαφή από ένα ανοιχτό ή καίγοντας λαμπτήρα από ένα εξαφανισμένο.

Εάν οι δυαδικές πληροφορίες μεταδίδονται με ηλεκτρικά σήματα, απαιτούνται μόνο δύο επίπεδα τάσης. Κατά κανόνα, είναι πιο θετικό (υψηλό) και λιγότερο θετικό ή ακόμα και αρνητικό (μηδέν).

Τις περισσότερες φορές, μια τάση υψηλού επιπέδου θεωρείται λογική μονάδα και μια χαμηλή τάση θεωρείται λογικό μηδέν. Τότε λένε ότι έχουμε να κάνουμε με θετική λογική.

Επιπλέον, υπάρχει επίσης αρνητική λογική: μια τάση υψηλού επιπέδου είναι λογική 0, και ένα χαμηλό επίπεδο είναι μια λογική μονάδα. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε μόνο τη θετική λογική.

Ένα από τα πιο κοινά και δημοφιλή τότε μεταξύ των ραδιοερασιτεχνών ήταν μικροκυκλώματα της σειράς K155. Για αυτούς, η μηδενική τάση λογικής είναι στο επίπεδο 0 ... 0.4V, και η λογική μονάδα είναι 2.4 ... 5.0V. Αυτό συμβαίνει παρά το γεγονός ότι η ονομαστική τάση τροφοδοσίας για αυτή τη σειρά είναι 5V με ανοχή + - δέκα τοις εκατό.

Για άλλες σειρές μικροκυκλωμάτων που έχουν διαφορετική τάση τροφοδοσίας, αυτοί οι αριθμοί είναι, φυσικά, διαφορετικοί, αλλά εντός της ίδιας σειράς, αμετάβλητοι. Σχεδόν μπορούμε να πούμε ότι η τάση μιας λογικής μονάδας στις περισσότερες σειρές μικροκυκλωμάτων κυμαίνεται από το ήμισυ της τάσης τροφοδοσίας μέχρι την πλήρη τάση τροφοδοσίας.

Για παράδειγμα, για μικροκυκλώματα σειράς K561 με τάση τροφοδοσίας + 15V, η τάση λογικής μονάδας θα είναι στην περιοχή + 7,5 ... 15V. Η σειρά K561 λειτουργεί με τάση τροφοδοσίας 3 ... 15V. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση της λογικής μονάδας θα είναι εντός των ορίων που υποδεικνύονται παραπάνω.

Θα θεωρήσουμε την περιγραφή των λογικών κυκλωμάτων χρησιμοποιώντας τη σειρά K155 ως την πιο κοινή και δεν απαιτούν ειδικές προφυλάξεις κατά τη λειτουργία.

Αυτή η σειρά τσιπ θεωρείται λειτουργικά ολοκληρωμένη και περιέχει περίπου 100 αντικείμενα. Αυτό σημαίνει ότι με αυτή τη σειρά μπορείτε να εφαρμόσετε οποιαδήποτε ακόμα και την πιο σύνθετη λογική λειτουργία.

Στο επόμενο άρθρο θα γνωρίσουμε τη λειτουργία και τη συσκευή ψηφιακών μικροκυκλωμάτων. Θα ξεκινήσουμε αυτή την εξοικείωση με λογικά στοιχεία που υλοποιούν τις απλούστερες λειτουργίες. Boolean άλγεβρα (άλγεβρα της λογικής).

Μπόρις Αλαντίσκιν

Συνέχεια του άρθρου: Λογικές μάρκες. Μέρος 2 

Ηλεκτρονικό βιβλίο -Οδηγός αρχαρίων για τους μικροελεγκτές AVR