Logički čipovi. 1. dio

Uvodni članak o logičkim čipovima. Opisuje brojevne sustave i reprezentaciju binarnog broja pomoću električnih signala.

Moderni digitalni integrirani sklop minijaturna je elektronička jedinica, u čijem kućištu su aktivni i pasivni elementi povezani u određenom obrascu. To su tranzistori, diode, otpornici i kondenzatori.

Broj elemenata u modernim mikrovezama može doseći nekoliko stotina tisuća, pa čak i milijuna elemenata. Samo se sjeti mikroprocesori, mikrokontroleri, memorijski čipovi.

Za jednostavno nabrajanje svih modernih mikro krugova trebat će vam ne jedan članak, već cijela prilično debela knjiga. U ovom ćemo članku uglavnom razmotriti mikro-sklopove malog i srednjeg stupnja integracije jednostavni logički elementi.

Prije dvadesetak godina Integrirani krugovi (LSI)U pravilu su obavljali funkciju ugrađenu u njih tijekom procesa proizvodnje. U jednom mikro krugu mogli bi se sakriti mikro kalkulator, sat ili čvor elektroničkog računala (računala).

Trenutno široko rasprostranjena sve vrste mikrokontrolera: čak i takav jednostavan uređaj kao Božićni vijenac od kineske izrade ne postoji ništa osim programiranog mikrokontrolera.

Elektronski satovi, kućni timeri, razne igračke za razgovor i pjevanje također se dobivaju programiranjem odgovarajućeg mikrokontrolera. Ili, kao što sada svi čuju, treptaj.

Drugim riječima ne programirani kontroler Ovo je disk s kojeg će se dobiti uređaj s svojstvima potrebnim za razvojnog programera. I usprkos takvoj univerzalnosti, ulazni i izlazni signali mikrokontrolera su isti kao i digitalni mikro krugovi malog i srednjeg stupnja integracije. Stoga, bez znanja o tim već zastarjelim i zaboravnim elementima, jednostavno nema načina.

U srcu djela digitalni sklopovi leži sistem binarnog broja. To je također temelj rada modernih osobnih računala i svih računalnih i komunikacijskih sustava.

U svakodnevnom životu koristimo decimalni brojevni sustav koji sadrži deset znamenki 0 ... 9. Takav je sustav nastao jer svaka osoba ima deset prstiju na rukama. Neki su narodi sa sjevera brojali do dvadeset, a broj dvadeset zvao se "cijeli čovjek".

Deset više nije broj, već broj koji se sastoji od jedne deset i nulte jedinice: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Na potpuno isti način broj 640 će sadržavati šest stotina + četiri desetine + nula jedinica, ili u obliku brojeva 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Takav se sustav naziva decimalnim položajem, tj. težina pražnjenja ovisi o njegovom položaju u broju. Lako je primijetiti da će to biti jedinice, desetine, stotine, tisuće, desetine tisuća, stotine tisuća itd.

U binarnom sustavu dobiva se broj na potpuno isti način, ali ne deset, već dva i njegov stupanj koriste se kao osnova. To jest, ne 1, 10, 100, 1000, 10000 i tako dalje, već 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Svaki naredni broj dobijemo množenjem prethodnog s bazom sustava (u ovom slučaju s 2), odnosno podizanje prethodnog na sljedeći stupanj. Za decimalni sustav svaki se prethodni broj množi sa deset, budući da je baza brojačkog broja deset.

Korištenjem 8-bitnog binarnog broja (bajt se naziva računalnom tehnologijom) moguće je prikazati decimalne brojeve u rasponu 0 ... 255 ili u binarnom obliku 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Gore spomenuti broj 640 odgovarat će unosu 640 = 10 1000 0000 (b) ili, kao u prethodnom primjeru

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

(b) na kraju zapisa označava da je broj binarni.Najlakši način za provjeru ispravnosti ovog unosa je pomoću Windows kalkulatora. Pokazalo se da je ovaj oblik kodiranja podataka vrlo prikladan za računala, jer je razlikovati nulu od jedne tako je jednostavno kao i zatvoreni kontakt od otvorenog ili žarulju koja gori od izumrle.

Ako se binarni podaci prenose pomoću električnih signala, potrebne su samo dvije razine napona. U pravilu je pozitivniji (visok), a manje pozitivan ili čak negativan (nula).

Najčešće se napon visoke razine smatra logičkom jedinicom, a napon niske razine smatra se logičkom nulom. Onda kažu da se bavimo pozitivnom logikom.

Uz to, postoji i negativna logika: napon visoke razine je logički 0, a nizak nivo logička jedinica. U ovom ćemo članku razmotriti samo pozitivnu logiku.

Jedan od najčešćih i najpopularnijih u to vrijeme među radioamaterima bio je mikro krugovi serije K155, Za njih je napon logičkog nula na razini 0 ... 0,4 V, a logička jedinica 2,4 ... 5,0 V. To je unatoč činjenici da je nazivni napon za ovaj niz 5V s tolerancijom od + - deset posto.

Za ostale serije mikro krugova s ​​različitim naponom napajanja, ovi brojevi su, naravno, različiti, ali unutar iste serije, nepromijenjeni. Otprilike možemo reći da je napon logičke jedinice u većini serija mikro krugova u rasponu od polovine napona do punog napona napajanja.

Na primjer, za mikro krugove serije K561 s naponom napajanja od + 15V, napon logičke jedinice bit će u rasponu + 7,5 ... 15V. Serija K561 radi sa napajanjem unutar 3 ... 15V. U ovom slučaju napon logičke jedinice bit će unutar gore navedenih granica.

Mi ćemo razmotriti opis logičkih sklopova koji koriste seriju K155 kao najčešće i ne zahtijevaju posebne mjere opreza pri radu.

Ova serija čipova smatra se funkcionalno cjelovitom i sadrži oko 100 predmeta. To znači da s ovom serijom možete implementirati bilo koju, čak i najsloženiju logičku funkciju.

U sljedećem članku upoznat ćemo se s radom i uređajem digitalnih mikroračunala. Ovo upoznavanje započet ćemo s logičkim elementima koji implementiraju najjednostavnije funkcije. Boolova algebra (algebra logike).

Boris Aladyskin

Nastavak članka: Logički čipovi. 2. dio 

E-knjiga -Vodič za početnike AVR mikrokontrolera