Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002)

Б БЛ Т К ВР Н Й ЛЕКТ Н К Джон Ф. Узйкерли Проектирование цифровых устройств ТОМ! Перевод с английского Е.В. Воронова, А Л Ларина ПОСТМАРКЕТ МОСКВА 2002 Глава 1 Введение . ...21 ....21 ,37 ...... 41 . 47 Оглавление Содержание книги .. Программные средства Х!! !пх Розог!а!!оп ... %%%.1313РР.СОМ... Для преподавателей .. О том, как готовилась эта книга .. Ошибки . Благодарности . 1.1. О цифровом проектировании 1.2.

Соотношение между аналоговым и цифровым ...............,.....,...,,. 1.3. Цифровые устройства 1.4. Электронные аспекты цифрового проектирования .....,..................... 1.5. Роль программирования в проектировании цифровых устройств ... 1.6.

Интегральные схемы .. 1.7. Программируемые логические устройства . 1.8. Специализированные интегральные схемы .. 1.9. Печатные платы 1.10. Уровни проектирования цифровых устройств ............................,.... 1.11. Самое главное .. 1.12. Напутствие Упражнения . Глава 2 Числовые системы и коды .. 2.1. Позиционные системы счисления . 2.2. Восьмеричные и шестнадцатеричные числа .......................... 2.3. Обшие преобразования позиционных систем счисления...,..

2.4. Сложение и вычитание недесятичных чисел . 2.5. Представление отрицательных чисел . 2.5.1. Представление чисел в прямом юде со знаком .....,...... 2.5.2, Системы представления чисел в форме дополнения .... 2.5.3. Дополнительный юд . 2.5.4. Представление двоичных чисел в двоичном дополнительном коде .. 2.5.5. Представление в форме поразрядного дополнения ....... 2.5.6. Представление двоичных чисел в обратном юде ........... ....

14 .... 16 .... 17 .... 17 .... 18 .... 18 .... 18 4 Оглавление 2.5.7. Представление чисел с избытком . 2.6. Сложение и вычитание двоичных чисел в дополнительном коде .. 2.6.1. Правила сложения ......... 2.6.2. Графическая интерпретация 2.6.3. Переполнение .. 2.6.4. Правила вычитания 2,6.5. Дополнительный код н двоичные числа без знака .................

2 '7, Сложение н вычитание двоичных чисел в обратном коде ............. 2.8. Двоичное умножение 2.9, Двоичное деление ...., 2.10. Двоичные колы десятичных чисел . 2.11. Код Грея .. 2.12. Коды символов 2.13. Коды действий, условий и состояний ... 2.14. и-мерные кубы и расстояние 2.15. Коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки ...................... 2.15.1. Колы, обнаруживающие ошибки . 2.15.2. Коды, исправляющие ошибки и обнаруживающие многократные ошибки..............,...................... 2.15.3. Коды Хэммннга 2.15.4.

Циклические коды 2.15.5. Двумерные коды 2.15.6. Коды с контрольной суммой,, 2. 15.7. Коды «ш из и». 2.16. Коды для последовательной передачи н хранения данных ........,... 2.16.1. Параллельное и последовательное представление данных ... 2.16.2. Сигнальные коды для последовательной передачи ................ Обзор литературы .

Упражнения .. Задачи Глава 3 Цифровые схемы .. 3.1. Логические сигналы и вентили .. 3.2. Семейства логических схем . 3.3. КМОП-логика .. 3.3.1. Логические уровни КМОП-схем 3.3.2. МОП-транзисторы 3.3.3. Базовая схема КМОП-инвертора 3.3.4. КМОП-схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ .. 3.3.5. Коэффициент обьединения по входу . ...67 71 74 77 101 .. !02 .... !04 108 113 ! 14 .. 114 115 116 119 ...

120 Оглавление 3.3.6. Неинвертируюшие вентили 3.3.7. КМОП-схемы И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ вЂ” И-НЕ . 3.4. Электрические свойства КМОП-схем ... 3.4.1. Общий обзор. 3.4.2. Справочные данные и спецификация 3.5. Электрические характеристики КМОП-схем в установившемся режиме .. 3.5.1. Логические уровни и помехоустойчивость ......,...„„„„„„.„ 3.5.2.

Поведение схемы с активными нагрузками ......,...., „„„„„„ 3.5.3. Поведение схемы с неидеальными входными сигналами ..... 3.5.4. Коэффициент разветвления по выходу .................., .............. „ 3.5.5. Влияние нагрузки 3.5.6. Неиспользуемые входы 3.5.7. Броски тока и развязываюшие конденсаторы ...................,... 3.5.8.

Как испортить КМОП-схему .. 3.6. Динамические свойства КМОП-схем....„„„„, „„„„„„, 3.6.1. Длительность переходного процесса .. 3.6.2. Задержка распространения. 3.6.3. Потребляемая мощность..................................... 3.7. Другие варианты входных и выходных цепей КМОП-схем ........... 3.7.1. Логические ключи .. 3.7.2.

Триггер Шмитга .. 3.7.3. Схемы с тремя состояниями .. 3.7.4. Схемы с открытым стоком 3.7.5. Подключение светодиодов 3.7.6. Шины с несколькими источниками сигналов ......................... 3.7.7. Монтажная логика 3.7.8. Резисторы, соединяюшие выходы схем с шиной питания ..... 3.8. Семейства схем КМОП-логики . 3.8.1. Семейства схем НС и НСТ .. 3.8.2. Семейства схем ЧНС и ЧНСТ. 3.8.3. Электрические характеристики схем семейств НС,НСТ,ЧНСиЧНСТ .... 3.8.4.

Схемы семейств РСТ и РСТ-Т 3.8.5. Электрические характеристики схем семейства РСТ-Т 3.9. Логические схемы на биполярных транзисторах ............................ 3.9.1. Диоды . 3.9.2. Диодная логика 3.9.3. Биполярные транзисторы ... 3.9.4. Транзисторный инвертор... 3.9.5. Транзисторы Шотгки 123 125 125 . 126 ..... !3! ..... 138 ..... 140 .....!41 . 141 .....

142 ..... 143 . 144 .. 145 . 151 .... 153 ..... 155 . 155 . 156 . 157 160 . 162 .... 164 . 164 .... 165 . 169 . !69 . 170 . 170 . 176 ..!77 .... 179 180 183 185 188 189 6 Оглавление ....... 191 19 1 ...,... 195 ....... 196 199 ... 201 203 . 205 ....... 2 1О ....... 21 1 ....... 213 ......................

214 В .................. 214 .................... 215 216 ..................... 219 Глава 4 Принципы проектирования комбинационных логических схем 4.1. Алгебра переключений.... 4.1.1. Аксиомы .. 4.1.2. Теоремы о функциях одной переменной .......,...,.. 4.1,3. Теоремы о функциях двух и трех переменных ......... 4.1.4. Теоремы о функциях и переменных 4.1.5. Двойственность 4Л.6. Стандартные представления логических функций ... 4.2. Анализ комбинационных схем .

4.3. Синтез комбинационных схем,. 4 3.1. Описание и составление схем . ...... 238 239 ...... 242 ...... 242 244 3.10. Транзисторно-транзисторная логика ............................................ 3 Л О.1. Базовый ТТЛ-вентиль И-НЕ ...... 3.10.2. Логические уровни и запас помехоустойчивости .............. 3. 10.3. Коэффициент разветвления по выходу .................................

3.10.4. Неиспользуемые входы 3.10.5. ТТЛ-схемы других типов .... 3 Л 1. Семейства ТТЛ-схем . 3.11.1. Первые семейства ТТЛ-схем ... 3.11.2. ТТЛ-схемы с транзисторами Шотгки . 3.11.3. Характеристики ТТЛ-схем ... 3, 11.4. Справочные данные для ТТЛ-схем .. 3.12. Сопряжение КМОП- и ТТЛ-схем ., 3. 13. Схемы низковсльтовой КМОП-поппе и их сопряжение с другими схемами .

„...,,, 3.13.1. ЬЧТТЬ- и ЬЧСМОБ-лепна с напряжением питания 3.3 В .... 3.! 3.2. Входы, допускающие напряжение 5 В ........................,.....,.... 3,13.3. Выходы, допускающие напряжение 5 В ...............,.......,......,. 3.13.4. Сопряжение ТП.-схем и схем с уровнями ЬЧТТЬ: сводка результатов .. 3 Л 3.5. Логические схемы с напряжениями питания 2 5 В и 1.8 3.14.

Эмиттерно-связанная логика., 3.14.1. Базовая схема ЭСЛ 3.142. Семейства ЭСЛ-схем !ОКУ! ОН. 3.14.3. Семейство ЭСЛ-схем 100К......................... 3.14.4. ЭСЛ-схемы с положительным напряжением питания ......... Обзор литературы . Упражнения Задачи. Оглавление 4.3.2. Преобразование схем . 4.3.3. Минимизация комбинационных схем 4,3,4. Карты Карно .. 4.3.5. Минимизация сумм произведений ..

4.3.6. Упрощение произведений сумм .....„„, 4.3.7. «Безразличные» юмбинации переменных ................................ 4.3.8. Минимизация схем со многими выходами ..........,.....„...,......„, 4.4. Программные методы минимизации 4.4.1. Представление термов-произведений ...... 4 4 2. Нахождение простых импликант путем обь единения термовпроизведений 4.4.3. Нахождение минимального покрытия по таблице простых импликант .. 4.4.4. Другие методы минимизации ....,............................................ 4.5, Паразитные импульсы на выходе логических схем .....,.....,,......,.

4.5.1. Статические источники опасности . 4.5.2. Нахождение статических источниюв опасности по картам Карно 4.5.3. Динамические источники опасности .. 4.5.4. Проектирование схем без источников опасности ..................... 4.6. Язык описания схем АВЕЬ . 4.6.1. Структура программ на языке АВЕ1................ 4.6.2. Работа компилятора языка АВЕЬ ............................. 4 6 3. Операторы %НЕХ и блоки равенств . 4.6.4. Таблицы испшности 4.6.5. Диапазоньй наборы и отношения 4.6.6. Безразличные комбинации входных сигналов ...........................