Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 2. Проектирование устройств на цифровых ИС (1987)

Й Янсен Курс цифровой электроники В 4-х томах Том 2 Проектирование устройств на цифровых ИС Перевод с голландского И. Д. ГУРВИЦА под редакцией канд. физ;мат. наук П. П. ОЛЕФИРЕНКО к~ 1бх фД р~ Москва «Мир» 1987 А1тгако 17/02/2012 Янсен Я. Я65 Курс цифровой электроники: В 4-х т. Т. 2. Проектирова. ние устройств на цифровых ИС: Пер. с голланд.

— Мл Мир, 1987. — 368 с., ил. Курс создан крупным голландским спецналнстом в областн мнкросхемотекнакя. В томе 2 рассматрнваются методы проектнровання тнповых узлов на базе ИС н прнводятся многочисленные схемы разлпчных цнфровых устройств. Подробно излагается одна нз важнейших тем — функцня памяти, реализуемая с помощью трнггеров. Затронуты вопросы передача ннформацнн по волоконно-оптнческям кабелям. Для ннженеров в студентов влентроннмх спецнальаостей, а таюзг разработчвков ЭВМ. 240!000000 — 339 Я041г011 87 поди изд. ББК 32.33 Редакция литературы ио информатике и робототехкике ББК 32.85 Я 65 УДК 621.38 © 1982 К!ии ег Тес1>п1зс1>е Вое1сеп В.

ТГ. — Т>етеп1ет © перевод ив русский язык, еМирз, 1987 ПРЕДИСПОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Цифровая электроника все шире используется во многих областях техники, которые традиционно считаются аналоговыми. В связи с этим в отечественной и зарубежной литературе появилось много различных руководств, монографий и справочников по разработке и применению цифровых микросхем ~1- 91. Среди книг по этой тематике данная книга выгодно отли чается как по структуре, так и по содержанию, К особенностям структуры прежде всего нужно отнести параллельное освещение элементарных и сложных вопросов. Наряду с изложением основ цифровых схем даются разнообразные примеры реализации преимуществ цифровой электроники на основе самой современной элементной базы. Автор рассматривает вполне реальные случаи, когда в распоряжении разработчика нет нужных элементов, и дает способы выхода из этого положения. Такой педагогический прием позволяет читателю одновременно проверить свои знания и набраться некоторого опыта по конструированию.

В данном курсе автор очень часто возвращается к обсуждению одних и тех же примеров, но каждый раз с других позиций. Это также помогает читателю вспомнить ранее изложенный материал и увереннее приступить к более сложным задачам. Таким образом, данная книга позволяет не только изучить основы цифровой электроники, но и получить представление о том, как практически использовать свои знания. В настоящее время цифровая электроника бурно развивается и поэтому еще не имеет узаконенной терминологии. Переводчик и редактор старались придерживаться прежде всего стандартизованных терминов, но это не всегда удавалось сделать, Так как в данном томе не приводится список литературы, было решено дать здесь краткий список ее, что позволит читателю получить дополнительную информацию по рассматриваемым в книге вопросам. Данный курс цифровой электроники окажет большую помощь инженерам и студентам электронных специальностей, а также разработчикам ЭВМ.

П. Олефиренко Предисловие редактора перевода ЛИТЕРАТУРА 1. Голдсуорд Б. Проектирование цифровых логических устройств. Пер. с англ. — Мл Машиностроение, 1985. 2. Алексеенко А, Г. Основы микросхемотекники. — Мл Сов. радио, 1977. 3. ГОСТ 20406-75. Платы печатные. Терминьг и определения. 4.

ГОСТ 2.759-82. (Стандарт СЭВ 3336-8В). Обозначения условные, графиче. ские в схемах. Элементы аналоговой те.спики. Ть ГОСТ 2.743-82. Обозначения условные, графические в схелгах. Элементы цифровой техники, 6. ГОСТ 19480-74. Микросхемы интегральные. Электрические параметры. 7. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхе. мах./Под ред. С.

Я. Шаца.— Мл Сов. радио, 1976. 8. Казане А., Фгшре Ж. Оптика и связь. Пер. с франц. — Мл Мир, !984. 9. Билибин К. И., Левитов С. Л., Чуркин Н. П. Ленточные провода и кобели в радиоэлектронной аппаратуре. — Мл Радио н связь, 1984, ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА В томе 1 настоящего курса цифровой электроники рассмотрены основные базовые схемы ТТЛ и КМОП-логики. Там же даны рекомендации по проектированию и монтажу цифровых модулей и блоков. После описания базовых схем представляется целесообразным в т. 2 рассмотреть ряд примеров более сложных схем и собираемых из них устройств, а также применения последних.

Мы увидим, что функции простых схем определяются, в частности, и способом соединения элементов между собой. В цифровой электронике схемы могут надстраиваться, т. е. образовывать более сложные устройства с новыми самостоятельными функциями. Такие устройства называются системами. Может оказаться, что такая самостоятельная система сама становится частью еще более сложной системы и ей подчиняется. Некоторые элементарные схемы выполняют функции исполнителей и управляются устройствами, осуществляющими функции более высокого порядка. К последним относятся «руководство» и «арбитраж», что говорит само за себя.

Другая важная тема, нашедшая отражение в данном томе,— это функция памяти, реализуемая с помощью триггеров. В сложных схемах, например таких, как цифровые электронные счетчики, делители и регистры, триггеры служат ячейками памяти больших запоминающих устройств, В данном томе подробно рассмотрены различные триггеры и составляемые нз них счетчики, делители, регистры. Рассмотрены также реальные схемы, собранные из модулей, которые легко поддаются изготовлению. К таковым относятся цифровые часы, генератор стандартных сигналов, частотомер и генератор кода — устройство, которое автоматически вырабатывает последовательность сигналов с определеным кодом, например Морзе.

Рассмотрены также синтезаторы сигналов. В томе 1 речь шла о новой системе условных обозначений цифровых электронных устройств, рекомендованной МЭК. Здесь, в томе 2, мы продолжим знакомство с этой системой, но с упором на практическое применение в первую очередь к рассматриваемым цифровым схемам. Важнейшее значение Предисловие автора ч1ри проектировании систем имеют вопросы соединения элементов схемы между собой.

В особенности важно знать, какие в .данном конкретном случае применять кабели и соединительные устройства и какие из них целесообразны с зкономической точки зрения. Наиболее целесообразными в настоящее время признаны ленточные провода (раньше их называли плоскими кабелями), в которых жилы располагаются на ленте на расстоянии 1,27 мм друг от друга.

Такие провода уже стандартизованы и выпускаются многими фирмами. В продаже имеются ленточные провода с 64 параллельными жилами. Соединительный элемент (контактная вилка) к такому проводу присоединяется способом прессования, причем делается это за одну технологическую операцию. Такие соединительные элементы известны под названием 1РС (1пзп!акоп Р)зр!асетеп1 Соппес1юп). Существуют ленточные провода не только с параллельными одиночными жилами, но н со скрученными попарно, а также провода с параллельными экранированными жилами и тонкими кабелями. Ленточные провода со скрученными жилами имеют разнесенные с определенным интервалом плоские участки длиной примерно по 2,5 см, на которых жилы расположены параллельно (плоско).

Это сделано для того, чтобы и к ним можно было методом прессования присоединять стандартизованные соединительные элементы. В главе о соединении систем затронуты вопросы передачи информации по волоконно-оптическим кабелям. Такой способ передачи информации инфракрасными лучами открывает весьма заманчивые перспективы в отношении увеличения скорости потока информации (измеряемой в битах в секунду), которая в волоконно-оптическом кабеле может быть намного больше, чем в обычных коаксиальных кабелях. Волоконно-оптические кабели не подвержены влиянию электромагнитных помех, поэтому они приобретают еще большее значение, в особенности для использования в качестве линий передачи информации в индустриальных районах со множеством источников помех. И. Янсен Хвзерсвуд, 1982 т.

l дава 1 ТЕХНИКА МОНТАЖА 1.1. Введение В последние десятилетия разработаны методы монтажа, позволившие коренным образом усовершенствовать технологию изготовления электронных устройств и сделать ее экономичной. Наиболее важной при этом оказалась разработка печатных плат.

Даже на примере бытовой электронной аппаратуры, которую представляют радиоприемники и телевизоры, можно видеть, что без интегральных схем и технологии печатного монтажа массовый выпуск относительно дешевой аппаратуры был бы вообще немыслим. Если обратиться к истории развития электроники, то можно видеть, что на первых ее этапах технология монтажа электронных схем была такой же, как в сильноточной технике. Провода относительно большого диаметра соединялись между собой винтами с гайками. Еще и сейчас в очень старых радиоприемниках выпуска середины 20-х годов можно увидеть такие соединения.

По сравнению с современной технологией монтажа электронных схем старая технология была очень дорогой. Даже к цоколям тогдашних радиоламп провода крепились таким же способом (на винтах). Позднее провода начали припаивать, и этот метод сохранился до наших дней с тем лишь отличием, что вместо паяльника в массовом производстве используется паяльная машина, которая позволяет пропаять множество контактных точек на печатной плате в течение одной технологической операции. Паяльник сохранился только в лабораториях, где проводится макетирование разработок на первых этапах проектирования, а также в мастерских по ремонту радиоаппаратуры.