Logische chips. Deel 1

Inleidend artikel over logische chips. Beschrijft nummerstelsels en de weergave van een binair getal met behulp van elektrische signalen.

De moderne digitale geïntegreerde schakeling is een miniatuur elektronische eenheid, waarvan de behuizing actieve en passieve elementen bevat die in een bepaald patroon zijn verbonden. Dit zijn transistors, diodes, weerstanden en condensatoren.

Het aantal elementen in moderne microschakelingen kan enkele honderdduizenden en zelfs miljoenen elementen bereiken. Onthoud gewoon microprocessors, microcontrollers, geheugenchips.

Om eenvoudig alle moderne microschakelingen op te sommen, hebt u niet één artikel nodig, maar een heel nogal dik boek. In dit artikel zullen we voornamelijk microschakelingen met een kleine en gemiddelde mate van integratie beschouwen eenvoudige logische elementen.

Ongeveer twintig jaar geleden Geïntegreerde Circuits (LSI)In de regel vervulden ze de functie die ze tijdens het productieproces waren ingebed. In één microschakeling kan een microcalculator, een klok of een knooppunt van een elektronische computer (computer) worden verborgen.

Momenteel wijdverbreid allerlei microcontrollers: zelfs zo'n eenvoudig apparaat als Chinees gemaakte Kerstslinger er is niets anders dan een geprogrammeerde microcontroller.

Elektronische klokken, huishoudelijke timers, verschillende praat- en zangspeelgoed worden ook verkregen door de bijbehorende microcontroller te programmeren. Of, zoals iedereen nu hoort, een flits.

Met andere woorden niet geprogrammeerde controller Dit is de schijf waaruit het apparaat met de eigenschappen die nodig zijn voor de ontwikkelaar zal worden verkregen. En ondanks deze universaliteit zijn de invoer- en uitvoersignalen van de microcontroller hetzelfde als de digitale microschakelingen met een kleine en gemiddelde mate van integratie. Daarom is er, zonder kennis van deze reeds verouderde en vergeetachtige elementen, gewoon geen weg te gaan.

De kern van het werk digitale schakelingen ligt een binair getalsysteem. Het ligt ook ten grondslag aan de werking van moderne personal computers en alle computer- en communicatiesystemen.

In het dagelijks leven gebruiken we het decimale getallenstelsel met tien cijfers 0 ... 9. Een dergelijk systeem is ontstaan ​​omdat elke persoon tien vingers aan zijn handen heeft. Sommige volkeren van het noorden telden tot twintig, en het getal twintig werd 'de hele man' genoemd.

Tien is niet langer een cijfer, maar een nummer dat bestaat uit één tien en nul eenheden: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Op precies dezelfde manier zal het getal 640 zeshonderd + vier tientallen + nul eenheden bevatten, of in de vorm van getallen 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Een dergelijk systeem wordt een decimale positie genoemd, d.w.z. het gewicht van de ontlading hangt af van de positie in het nummer. Het is gemakkelijk op te merken dat dit eenheden, tientallen, honderden, duizenden, tienduizenden, honderdduizenden enzovoort zullen zijn.

In een binair systeem wordt een getal op exact dezelfde manier verkregen, maar niet tien, maar twee en de graad ervan worden als basis gebruikt. Dat wil zeggen niet 1, 10, 100, 1000, 10000, enzovoort, maar 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Elk volgend nummer wordt verkregen door het vorige te vermenigvuldigen met de basis van het systeem (in dit geval met 2), dwz het verhogen van de vorige naar de volgende graad. Voor het decimale systeem wordt elk vorig nummer vermenigvuldigd met tien, omdat de basis van het nummerensysteem tien is.

Met behulp van een acht-bits binair getal (byte wordt in computertechnologie genoemd) is het mogelijk om decimale getallen in het bereik 0 ... 255 of in binaire vorm 0000 0000 ... 1111 1111 (b) weer te geven.

Het hierboven genoemde nummer 640 komt overeen met de invoer 640 = 10 1000 0000 (b) of, zoals in het vorige voorbeeld

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

(b) geeft aan het einde van het record aan dat het nummer binair is.De eenvoudigste manier om de juistheid van dit item te verifiëren, is met de Windows-rekenmachine. Deze vorm van coderingsinformatie bleek erg handig voor computers, omdat het onderscheiden van nul van één zo eenvoudig is als een gesloten contact van een open of een brandende lamp van een uitgestorven.

Als binaire informatie wordt verzonden met behulp van elektrische signalen, zijn slechts twee spanningsniveaus vereist. In de regel is het positiever (hoog) en minder positief of zelfs negatief (nul).

Meestal wordt een hoogspanningsniveau beschouwd als een logische eenheid en een laagspanningsniveau wordt beschouwd als een logische nul. Dan zeggen ze dat we te maken hebben met positieve logica.

Daarnaast is er ook negatieve logica: een hoog voltage is een logische 0 en een laag niveau is een logische eenheid. In dit artikel zullen we alleen positieve logica beschouwen.

Een van de meest voorkomende en populaire toentertijd onder radioamateurs was microschakelingen van de K155-serie. Voor hen bevindt de logische nulspanning zich op het niveau van 0 ... 0.4V en de logische eenheid is 2.4 ... 5.0V. Dit ondanks het feit dat de nominale voedingsspanning voor deze serie 5V is met een tolerantie van + - tien procent.

Voor andere series microschakelingen met een andere voedingsspanning zijn deze getallen natuurlijk verschillend, maar binnen dezelfde serie, ongewijzigd. Grofweg kunnen we zeggen dat de spanning van een logische eenheid in de meeste series microschakelingen varieert van de helft van de voedingsspanning tot de volledige voedingsspanning.

Bijvoorbeeld, voor K561-serie microschakelingen met een voedingsspanning van + 15 V, zal de spanning van de logische eenheid in het bereik + 7,5 ... 15 V zijn. De K561-serie werkt met een voedingsspanning van 3 ... 15V. In dit geval zal de spanning van de logische eenheid binnen de hierboven aangegeven grenzen liggen.

We beschouwen de beschrijving van logische circuits met de K155-serie als de meest voorkomende en vereisen geen speciale voorzorgsmaatregelen tijdens het gebruik.

Deze serie chips wordt functioneel als compleet beschouwd en bevat ongeveer 100 items. Dit betekent dat u met deze serie zelfs de meest complexe logische functies kunt implementeren.

In het volgende artikel maken we kennis met de werking en het apparaat van digitale microschakelingen. We beginnen deze kennismaking met logische elementen die de eenvoudigste functies implementeren. Booleaanse algebra (algebra van logica).

Boris Aladyshkin

Vervolg van het artikel: Logische chips. Deel 2 

E-boek -Beginnershandleiding voor AVR-microcontrollers