Logikai chipek. 1. rész

Bevezető cikk a logikai chipekről. Leírja a számrendszereket és a bináris szám ábrázolását elektromos jelek felhasználásával.

A modern digitális integrált áramkör egy miniatűr elektronikus egység, amelynek a házában aktív és passzív elemek vannak összekapcsolva egy bizonyos mintázatban. Ezek tranzisztorok, diódák, ellenállások és kondenzátorok.

Az elemek száma a modern mikroáramkörökben elérheti több százezer és akár millió elemet is. Csak emlékezz mikroprocesszorok, mikrokontrollerek, memória chipek.

Az összes modern mikroáramkör egyszerű listázásához nem csak egy cikkre, hanem egy egész meglehetősen vastag könyvre van szüksége. Ebben a cikkben elsősorban a kis és közepes méretű integrációjú mikroáramköröket vesszük figyelembe egyszerű logikai elemek.

Körülbelül húsz évvel ezelőtt Integrált áramkörök (LSI)A gyártási folyamat során általában beépített funkciót hajtottak végre. Az egyik mikroáramkörben el lehet rejtve egy mikrokalkulátort, egy órát vagy egy elektronikus számítógép (számítógép) csomópontját.

Jelenleg széles körben elterjedt mindenféle mikrovezérlő: még olyan egyszerű eszköz, mint a Kínai karácsonyi girland nincs más, mint egy beprogramozott mikrovezérlő.

Elektronikus órákat, háztartási időzítőket, különféle beszéd- és éneklő játékokat szintén a megfelelő mikrovezérlő programozásával kaphatunk. Vagy amint mindenki hallja, villog.

Más szavakkal nem programozott vezérlő Ez a lemez, amelyből a fejlesztő számára szükséges tulajdonságokkal rendelkező eszközt lehet beszerezni. És az ilyen egyetemesség ellenére a mikrovezérlő bemeneti és kimeneti jelei megegyeznek a kis és közepes integrációjú digitális mikroáramkörökkel. Ezért ezeknek a már elavult és feledékeny elemek ismerete nélkül egyszerűen nincs út.

A munka középpontjában digitális áramkörök egy bináris számrendszerben fekszik. Ez a modern személyi számítógépek, valamint az összes számítástechnikai és kommunikációs rendszer működésének alapját is képezi.

A mindennapi életben tíz számjegyből álló tizedes számrendszert használunk, 0 ... 9. Egy ilyen rendszer azért jött létre, mert mindenkinek tíz ujja van a kezén. Egyes északi népek húsznak számítottak, és a húsz számot „az egész embernek” hívták.

A tíz már nem egy számjegy, hanem egy tíz és nulla egységből álló szám: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Pontosan ugyanúgy, a 640 szám hatszáz + négy tíz + nulla egységet tartalmaz, vagy 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1 szám formájában.

Egy ilyen rendszert decimális pozicionálisnak, azaz a kisülés súlya attól függ, hogy hányszor helyezkedik el. Könnyű észrevenni, hogy ezek egységek lesznek, tíz, száz, ezer, több tízezer, százezer és így tovább.

Egy bináris rendszerben egy számot pontosan ugyanúgy kapunk, de nem tíz, hanem kettőt és annak fokát vesszük alapul. Vagyis nem 1, 10, 100, 1000, 10000 és így tovább, hanem 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Minden egymást követő számot az előző számnak a rendszer alapjával (ebben az esetben 2-vel) való szorzásával kapjuk, azaz az előzőt a következő fokra emelve. A tizedesrendszer esetében az összes előző számot tízszer kell megszorozni, mivel a számrendszer alapja tíz.

Nyolc bites bináris számok használatával (bájtot számítógépes technológiában hívnak meg) lehetséges a tizedes számok ábrázolása a 0 ... 255 tartományban, vagy bináris formában a 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

A fent említett 640 szám megfelel a 640 = 10 1000 0000 (b) tételnek, vagy az előző példához hasonlóan

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

b) a bejegyzés végén azt jelzi, hogy a szám bináris.A bejegyzés helyességének ellenőrzésének legegyszerűbb módja a Windows számológép. A kódolási információknak ez a formája nagyon kényelmesnek bizonyult a számítógépek számára, mivel a nulla megkülönböztetése olyan egyszerű, mint egy zárt érintkező egy nyitott vagy égő lámpa és egy kihalt.

Ha a bináris információkat elektromos jelekkel továbbítják, akkor csak két feszültségszintre van szükség. Általános szabály, hogy pozitívabb (magas), kevésbé pozitív vagy akár negatív (nulla).

Leggyakrabban a magas szintű feszültséget logikai egységnek, az alacsony szintű feszültséget logikai nullának tekintik. Aztán azt mondják, hogy pozitív logikával kell foglalkoznunk.

Ezen túlmenően negatív logika is létezik: a magas szintű feszültség logikai 0, az alacsony szint pedig logikai egység. Ebben a cikkben csak a pozitív logikát vesszük figyelembe.

Az akkoriban az egyik leggyakoribb és legnépszerűbb rádióamatőr volt a K155 sorozat mikroáramkörei. Számukra a logikai nulla feszültség 0 ... 0,4 V, a logikai egység 2,4 ... 5,0 V. Ennek ellenére az a tény, hogy ennek a sorozatnak a névleges tápfeszültsége 5 V, tíz százalék tűréshatárral.

Más, eltérő tápfeszültségű mikroáramkör-sorozat esetében ezek a számok természetesen különböznek, de ugyanazon sorozaton belül változatlanok. Nagyjából elmondhatjuk, hogy a logikai egység feszültsége a legtöbb mikroáramkörben a tápfeszültség felétől a teljes tápfeszültségig terjed.

Például, a K561 sorozatú mikroáramköröknél + 15 V tápfeszültséggel a logikai egység feszültsége + 7,5 ... 15 V tartományba esik. A K561 sorozat 3 ... 15 V-os tápfeszültséggel működik. Ebben az esetben a logikai egység feszültsége a fent megadott határokon belül lesz.

A K155 sorozatot használó logikai áramkörök leírását tekintjük a leggyakoribbnak, és működés közben nem igényelnek különleges óvintézkedéseket.

Ez a chips-sorozat funkcionálisan teljesnek tekinthető, és körülbelül 100 elemet tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ezzel a sorozattal a legbonyolultabb logikai függvényt is végre lehet hajtani.

A következő cikkben megismerjük a digitális mikroáramkörök működését és eszközeit. Ezt a megismerést olyan logikai elemekkel kezdjük, amelyek a legegyszerűbb funkciókat valósítják meg. Logikai algebra (logikai algebra).

Boris Aladyshkin

A cikk folytatása: Logikai chipek. 2. rész 

E-könyv -Kezdő útmutató az AVR mikrovezérlőkhöz