Loginiai lustai. 1 dalis

Įvadinis straipsnis apie logikos lustus. Apibūdina skaičių sistemas ir dvejetainio skaičiaus vaizdavimą naudojant elektrinius signalus.

Šiuolaikinė skaitmeninė integruota grandinė yra miniatiūrinis elektroninis blokas, kurio korpuse yra aktyvūs ir pasyvūs elementai, sujungti tam tikru modeliu. Tai yra tranzistoriai, diodai, rezistoriai ir kondensatoriai.

Elementų skaičius šiuolaikinėse mikroschemose gali siekti kelis šimtus tūkstančių ir net milijonus elementų. Tik atsimink mikroprocesoriai, mikrovaldikliai, atminties lustai.

Norint tiesiog išvardyti visus šiuolaikinius mikroschemus, jums reikės ne vieno straipsnio, o visos gana storos knygos. Šiame straipsnyje mes apžvelgsime mažos ir vidutinės integracijos mikroschemą paprasti logikos elementai.

Maždaug prieš dvidešimt metų Integrinės grandinės (LSI)Paprastai jie vykdė jiems įdėtą funkciją gamybos proceso metu. Vienoje mikroschemoje galėjo būti paslėptas mikro skaičiuoklė, laikrodis ar elektroninio kompiuterio (kompiuterio) mazgas.

Šiuo metu plačiai paplitusi visų rūšių mikrovaldikliai: net toks paprastas prietaisas kaip Kinijoje pagaminta kalėdinė girlianda nėra nieko, išskyrus užprogramuotą mikrovaldiklį.

Elektroniniai laikrodžiai, buitiniai laikmačiai, įvairūs kalbėjimo ir dainavimo žaislai taip pat gaunami programuojant atitinkamą mikrovaldiklį. Arba, kaip visi dabar girdi, mirksėjimas.

Kitaip tariant, ne užprogramuotas valdiklis Tai yra diskas, iš kurio bus gautas įrenginys, turintis savybes, reikalingas kūrėjui. Ir nepaisant tokio universalumo, mikrovaldiklio įvesties ir išvesties signalai yra tokie patys kaip mažos ir vidutinės integracijos skaitmeninės mikroschemos. Todėl nežinant šių jau pasenusių ir užmirštų elementų, paprasčiausiai nėra ko eiti.

Kūrinio centre skaitmeninės grandinės yra dvejetainė skaičių sistema. Tai taip pat yra šiuolaikinių asmeninių kompiuterių ir visų skaičiavimo bei ryšių sistemų veikimo pagrindas.

Kasdieniniame gyvenime mes naudojame dešimtainę skaičių sistemą, sudarytą iš dešimties skaitmenų 0 ... 9. Tokia sistema atsirado todėl, kad kiekvienas žmogus turi dešimt pirštų ant rankų. Kai kurios Šiaurės tautos suskaičiavo iki dvidešimties, o skaičius dvidešimt buvo vadinamas „visu žmogumi“.

Dešimt yra ne skaitmuo, o skaičius, susidedantis iš dešimties ir nulio vienetų: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Lygiai tokiu pačiu būdu skaičių 640 sudarys šeši šimtai + keturios dešimtys + nulis vienetų arba skaičių 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1 pavidalu.

Tokia sistema vadinama dešimtainės padėties, t. išmetimo svoris priklauso nuo jo padėties skaičiuje. Nesunku pastebėti, kad tai bus vienetai, dešimtys, šimtai, tūkstančiai, dešimtys tūkstančių, šimtai tūkstančių ir pan.

Dvejetainėje sistemoje skaičius gaunamas lygiai taip pat, bet ne dešimt, o kaip pagrindas naudojami du ir jo laipsnis. Tai yra ne 1, 10, 100, 1000, 10000 ir panašiai, bet 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Kiekvienas paskesnis skaičius gaunamas padauginus ankstesnįjį iš sistemos pagrindo (šiuo atveju iš 2), t.y. keliant ankstesnį į kitą laipsnį. Dešimtainės sistemos atveju kiekvienas ankstesnis skaičius padauginamas iš dešimties, nes skaičių sistemos bazė yra dešimt.

Naudojant aštuonių bitų dvejetainį skaičių (baitas vadinamas kompiuterine technologija) galima pateikti dešimtainius skaičius intervale 0 ... 255 arba dvejetainėje formoje 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Aukščiau paminėtas skaičius 640 atitiks įrašą 640 = 10 1000 0000 (b) arba, kaip ir ankstesniame pavyzdyje

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

b) įrašo pabaigoje nurodo, kad skaičius yra dvejetainis.Lengviausias būdas patikrinti šio įrašo teisingumą yra naudojant „Windows“ skaičiuoklę. Ši informacijos kodavimo forma pasirodė labai patogi kompiuteriams, nes nulį nuo atskirti nuo atviro kontakto arba degančią lemputę nuo užgesusio taip lengva atskirti.

Jei dvejetainė informacija perduodama naudojant elektrinius signalus, reikia tik dviejų įtampos lygių. Paprastai jis yra labiau teigiamas (didelis), mažiau teigiamas ar net neigiamas (nulis).

Dažniausiai aukšto lygio įtampa laikoma loginiu vienetu, o žemo lygio įtampa laikoma loginiu nuliu. Tada jie sako, kad mums reikalinga teigiama logika.

Be to, yra ir neigiama logika: aukšto lygio įtampa yra loginė 0, o žemo lygio - loginis vienetas. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime tik teigiamą logiką.

Tuo metu tarp radijo mėgėjų buvo vienas iš labiausiai paplitusių ir populiariausių K155 serijos mikro grandinės. Jiems loginė nulinė įtampa yra 0 ... 0,4 V lygyje, o loginis vienetas yra 2,4 ... 5,0 V. Nepaisant to, kad šios serijos vardinė maitinimo įtampa yra 5 V, o nuokrypis yra + - dešimt procentų.

Kitoms mikroschemų serijoms, turinčioms skirtingą maitinimo įtampą, šie skaičiai, be abejo, yra skirtingi, tačiau tos pačios serijos viduje nesikeičia. Apytiksliai galime pasakyti, kad daugelio mikroschemų serijų loginio bloko įtampa yra nuo pusės maitinimo įtampos iki visos maitinimo įtampos.

Pavyzdžiui, K561 serijos mikroschemose, kurių maitinimo įtampa yra + 15 V, loginio bloko įtampa bus + 7,5 ... 15 V diapazone. „K561“ seriją galima naudoti esant 3 ... 15 V maitinimo įtampai. Tokiu atveju loginio mazgo įtampa bus aukščiau nurodytose ribose.

Mes apsvarstysime loginių schemų, naudojančių seriją K155, aprašymą kaip labiausiai paplitusią ir veikimo metu nereikia jokių specialių atsargumo priemonių.

Ši mikroschemų serija laikoma funkciškai užbaigta ir joje yra apie 100 elementų. Tai reiškia, kad naudodami šią seriją galite įgyvendinti bet kokią net sudėtingiausią loginę funkciją.

Kitame straipsnyje mes susipažinsime su skaitmeninių mikroschemų veikimu ir įtaisu. Pradėsime šią pažintį su logikos elementais, įgyvendinančiais paprasčiausias funkcijas. Boolean algebra (logikos algebra).

Borisas Aladyshkinas

Straipsnio tęsinys: Loginiai lustai. 2 dalis 

El. Knyga -Pradedančiųjų vadovas AVR mikrovaldikliams