Лекции Глотова А.Н., страница 3

Для изготовления логических ИС малой исредней степени интеграции наибольшее распространение получили ТТЛШ(транзисторно-транзисторнаялогикасдиодамиШотки)иКМОП(комплиментарные металл - оксид - полупроводник транзисторы)(КМДП)технологии. Для построения особо быстродействующих схем применяетсяЭСЛ (эмиттерно связная логика) технология. Интегрально инжекционнаялогика (ИИЛ, И2Л) применяется при изготовлении аналого-цифровых схем- ЦАП, АЦП и некоторых микропроцессорных серий.20ТТЛШ (ТТЛ)-схемы характеризуются:- достаточно высоким быстродействием tз = 1..5 нс;-значительнымитокамилогическихсигналов,чтообеспечиваетопределенную помехозащищенность, хорошую нагрузочную способность и,какследствие,высокоеэнергопотребление(возможноприменениевлазерной технике в условиях сильных помех);-низкойстепеньюинтеграции,следовательноневозможнопостроение сложных схем в одном корпусе МС;ОсобенностьюработыТТЛШ-схемявляетсявытекающийобеспечивающий состояние логического 0 на входе ЛЭ.ток,Это явлениеобусловлено применением на входе многоэмиттерного транзистора (МЭТ)(см.рисунок4.1).Поэтомусостояниенеподключенноговходаэквивалентно состоянию лог.

1.ПопостроениювыходногокаскадаТТЛШ-схемыразличаютсянаустройства с двухтактным ключом - с двухстабильным состоянием (см.рисунок 4.1), с открытым коллектором и с третьим состоянием (см.рисунок 4.2). Коэффициент разветвления по выходу большинства ТТЛШсхем - 10.Большинство серий микросхем ТТЛШ имеют напряжение питания +5 В.Напряжение низкого уровня (лог. 0) определено в диапазоне 0..0,4 В,напряжение высокого уровня (лог.

1) определено в диапазоне 2,4..4,5В.Выпускаются МС ТТЛШ с пониженным напряжением питания 3,3 В длясопряжения ссовременнымимикропроцессорами.Наиболее распространенные ТТЛ-серии:Ам. фирма Texas InstrumentsотечественныеSN7400/SN5400 (60 гг)К155/К133SN74LS00К555SN74ALS00КР1533SN74F00КР153121КМОП-схемы характеризуются:- средним и высоким быстродействием tз = 2..10 нс;-минимальнымитокамилогическихсигналов,чтообеспечиваетсреднюю помехозащищенность, минимальную нагрузочную способность и,какследствие,низкоеэнергопотребление(возможнопитаниеотавтономных источников и др.);- высокой степенью интеграции, следовательно возможно построениесложных схем в одном корпусе МС;Особенностью работы КМОП-схем является высокое входноесопротивление,обусловленноеприменениемнавходеполевоготранзистора (см.

рисунок 4.3).По построениювыходного каскада КМОП - схемы различаютсяна устройства с двухтактным ключом - с двухстабильным состоянием (см.рисунок 4.3), и с третьим состоянием (см.рисунок 4.4). Коэффициентразветвления по выходу большинства КМОП-схем - 10.Большинствосерийпитания от +3 до +15 В.потенциалумикросхемКМОПНапряжение низкогообщего провода,работаютуровняснапряжением(лог.0) близконапряжение высокого уровня (лог. 1)близко потенциалу источника питания.Наиболее распространенные КМОП-серии:Ам. фирма RCACD4000 (60 - 70 гг)CD4000ACD4000BCD4000BE74AC54HCотечественныеК176К561К564КР1561КР1554К1564Для согласованной работы микросхем, изготовленных по разнымтехнологиям применяются специальные преобразователи уровня.22Комбинируялогическиеуменьшениялогическиефункции.числаДлякорпусовэлементыможноповышенияМСиреализоватьэффективностиповышениясложныеразработок,быстродействияцифровыхустройств разработаны и выпускаются специализированные микросхемы,реализующие определенные функции.4.2.

МультиплексорыМультиплексором называется комбинационная схема, предназnначенная для коммутации одного из 2 входных сигналов на один┌───┐ ┌───┐───────────┤ & o──┤ & o───инф.┌─┤│ ││вых│ ├───┤ ││─────────┼─┤ & o──┤│┌───────┼─┤│ └───┘│ ┌───┐ │ └───┘─┴─┤ 1 o─┘адр.└───┘A1 A2 A4 a b c d e f g h│ X────────────────────────┼───0 0 0 a b c d e f g h│ a1 0 0 a b c d e f g h│ b0 1 0 a b c d e f g h│ c1 1 0 a b c d e f g h│ d0 0 1 a b c d e f g h│ e1 0 1 a b c d e f g h│ f0 1 1 a b c d e f g h│ g1 1 1 a b c d e f g h│ hвыход.

Ввходитсоставмультиплексораn-разрядный адресный се-лектор, на входы которого подаютадресныйкод,управляющийкоммутацией.┌───┬────┬───┐a ────┤ 0 │ MX ││b ────┤ 1 │ MUX││c ────┤ 2 │││d ────┤ 3 │││e ────┤ 4 ││DO ├───f ────┤ 5 │││g ────┤ 6 │││h ────┤ 7 │││├───┤││────┤A1 │││────┤A2 │││────┤A4 │││└───┴────┴───┘║║║║║║║║║║║║║234.3. ДешифраторыПолным дешифратором называется комбинационная схема,║║║║║преобразующая входной двоичный код в унитарный и имеющая nnадресных входов и 2 информационных выходов.разре-┌───┐┌───┐───┤ 1 o─┬─────┤ & o───шение └───┘ │ ┌──┤││ │ ├───┤└──┼──┤ & o───┌─────────┼──┤│адрес│ ┌───┐ │ └───┘──┴──┤ 1 o──┘└───┘Кроме того, рассмотренный дешифратор может выполнять функциюдемультиплексора.

При этом входинформационный.┌───┬────┬───┐────┤ A1│ DC │ 0 ├─────────┤ A2││ 1 ├─────────┤ A4││ 2 ├─────адрес│││ 3 ├─────│││ 4 ├─────разре-├───┤│ 5 ├─────────o V ││ 6 ├─────шение │││ 7 ├─────└───┴────┴───┘разрешенияиспользуетсякакV A1 A2 A4 │ 0 1 2 3 4 5 6 7───────────┼─────────────────0 0 0 0 │ 0 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 │ 1 0 1 1 1 1 1 10 0 1 0 │ 1 1 0 1 1 1 1 10 1 1 0 │ 1 1 1 0 1 1 1 10 0 0 1 │ 1 1 1 1 0 1 1 10 1 0 1 │ 1 1 1 1 1 0 1 10 0 1 1 │ 1 1 1 1 1 1 0 10 1 1 1 │ 1 1 1 1 1 1 1 01 X X X │ 1 1 1 1 1 1 1 1244.4. СумматорыСумматором называетсякомбинационнаясхемавыполняющая║║║операцию сложения двоичных чисел.┌────┐A │ B │ S │ PA ─────┬─┤ =1 ├──── S────┼───┼───┼───B ───┬─┼─┤│0 │ 0 │ 0 │ 0│ │ ├────┤1 │ 0 │ 1 │ 0│ └─┤ & ├──── P0 │ 1 │ 1 │ 0└───┤│1 │ 1 │ 0 │ 1└────┘Полусумматор - выполняет сложение двух однорязрядныхчи-сел A и B.

На выходе S формируется сумма по модулю 2, на выходе P - перенос.┌───┬────┬───┐────┤ A │ SM │ S ├───────┤ B │││────┤ P ││ P ├───└───┴────┴───┘Полныйодноразрядный сумматорвыполняет операциюарифметическогоAi │ Bi │ Pi-1│ Si │ Pi────┼────┼─────┼────┼───0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 01 │ 0 │ 0 │ 1 │ 00 │ 1 │ 0 │ 1 │ 01 │ 1 │ 0 │ 0 │ 10 │ 0 │ 1 │ 1 │ 01 │ 0 │ 1 │ 0 │ 10 │ 1 │ 1 │ 0 │ 11 │ 1 │ 1 │ 1 │ 1сложения двух одноразрядных чисел Aiи Bi с учетом переноса из младшего разряда Pi-1.Он имеет тривхода и два выхода для сигнала суммы Si и сигнала переноса Pi.Выпускаютсяорганизованасхемывнутренняямногоразрядныхкоммутациясумматоровсигнала(4переносар).инаВнихвыходеформируется сумма с учетом переноса из младшего разряда и сигналпереноса из старшего разряда.

Возможно каскадирование сумматоров дляобработки чисел нужной разрядности..255. ОСНОВНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ УСТРОЙСТВА.Последовательностным называют устройство, состояние которогоопределяется комбинацией входных сигналов и состоянием устройства впредыдущие моменты времени.Таким образом, можно говорить о том, что последовательностныеустройства обладают памятью состояния.5.1.

Триггеры.Триггером называется логическое устройство, имеющее дваустойчивых состояния, в одно из которых оно может быть установленопод воздействием внешних управляющих сигналов и оставаться в этомсостоянии после их окончания неограниченное время до следующегоуправляющего воздействия.S┌───┐─────┤ & │Q┌─┤o──┬────│ └───┘ │┌─┼────────┘│ └────────┐ _│┌───┐ │ QR└───┤ & o──┴─────────┤│└───┘- простейший R-S - триггер├──┐ ┌───────────────┐┌─────S│ └─┘└───┘├────────┐ ┌─────────┐┌───R│└─┘└─────┘│ ┌─────┐┌───┐Q├──┘└───────────┘└─────_├──┐┌───────────────┐Q│ └─────┘└─────Раздельные входы для установки 0 и 1.Недостаток- наличие "запрещенного"┌──┬──┬──┐──┤ S│T │ Q├─────┤ R│ │ o───└──┴──┴──┘состояния R = 0, S = 0.Принеобходимостисогласованияпроцессовустановки0и1сдругими процессами в системе используют тактируемые R-S триггеры,содержащие специальный вход для подачи синхроимпульса."Запрещенное" состояние S = R = C = 126S┌───┐┌───┐──────┤ & o─────┤ & │Q┌──┤│┌─┤o──┬──C │ └───┘│ └───┘ │───┤┌─┼────────┘││ └────────┐ _│ ┌───┐ │┌───┐ │ QR └──┤ & │ └───┤ & o──┴────────┤o─────┤│└───┘└───┘│ ┌───┐┌───┐S├──┘└─────────────┘└─────│┌───┐┌───┐R├─────────┘└──────┘└─────│┌─┐┌─┐┌──────┐C├───┘ └────┘ └───────┘└──│┌──────┐┌─────────Q├───┘└─────────┘_├───┐┌────────────┐Q│└───────┘└─────Для сохранения двоичных данных используют триггеры, построенныенаосноветактируемхR-Sтриггеровиимеющиеспециальныйинформационный вход D (DATA).

Запись информации в таких триггерахпроисходиттолькоинформации.приТакиеокончанииустройствасинхроимпульсаполучили("Защелкивание")названиестатическихасинхронных D-триггеров ("Триггер-защелка").┌──┬──┬──┐D ─┤ D│ T│ Q├─C ─┤ C│ │ o─└──┴──┴──┘Для│┌─────┐┌─────┐┌─────┐D ├────┘└───────┘└─────┘└─────│┌─┐┌─┐┌──────────┐C ├──────┘ └────┘ └───────────┘└───│┌──────┐┌─────┐Q ├──────┘└────────────────┘└─────исключениядвухступенчатыхR-S"запрещенного"триггеровссостоянияобратнойсвязьюнаосноверазработанJ-Kтриггер. Основными отличиями его от R-S триггера является отсутствие"запрещенного"состояниясинхроимпульса,атолькотриггерапоустановкаокончанииявляетсяизапоминаниесоответствующегосинхроимпульса.наличиеинформации"счетного"состоянияОсобенностьюрежима,пофронтунавыходеработытакогокогдатриггерподдействием синхроимпульса переключается в состояние противоположноепредыдущему.27┌──┬──┬──┐──┤ J│ T│Q ├────┤ C│ │_ │──┤ K│ │Q o──└──┴──┴──┘│ ┌───┐┌───┐J├──┘└──────────────┘└─────│┌───┐┌───┐K├─────────┘└───────┘└─────│┌─┐┌─┐┌─┐┌─┐C├───┘ └────┘ └───┘ └───┘ └──────│┌──────┐┌──────Q├─────┘└───────────┘Существенно отличающимися от рассмотренных свойствами обладаеттриггерШмитта.Унегоодинвходиодинвыход.Передаточнаяхарактеристика триггера Шмитта имеет гистерезис, что обусловливаетналичиедвухпороговыхуровнейсрабатыванияиотпусканияприизменении входного сигнала: при достижении напряжения на входе Uсртриггерскачкомпереходитвединичноесостояние,приуменьшениивходного напряжения до Uотп триггер возвращается в нулевое состояние.Такойпринципопределяетегообластьприменениявкачествеформирователя прямоугольных импульсов из сигнала произвольной формы,одновибраторов, реле времени и др.

Выполнять функции элемента памятитриггерШмиттанеможет,поэтомуприменятьеговрегистрахисчетчиках нельзя.┌────┐│ ┌┬─│──┤─┴┘ ├──││└────┘УсловноеграфическоеизображениеUвыхU1 ┼┌──────┬────││││││U0 ┼────┴──────┘└────┼──────┼──>UвхUотпUсрпроходнаяхарактеристикавременные диаграммы работы5.3. РегистрыРегистром называют логическое устройство, предназначенноедля записи и хранения двоичной информации. Помимо хранения некоторыевиды регистров могут преобразовывать информацию, например, из28последовательного вида в параллельный, сдвигать записаннуюинформацию в одну или обе стороны. В соответствии с назначениемразличают регистры хранения и регистры сдвига.┌─┬───┐ DO0DI0 ───┤D│ T ├──┌─┤C│││ └─┴───┘│ ┌─┬───┐ DO1DI1 ─┼─┤D│ T ├──├─┤C│││ └─┴───┘│ ┌─┬───┐ D02DI2 ─┼─┤D│ T ├──├─┤C│││ └─┴───┘│ ┌─┬───┐ DO3DI3 ─┼─┤D│ T ├──├─┤C││C ─┘ └─┴───┘┌───┬──┬───┐──┤DI0│RG│DO0├─────┤DI1│ │DO1├─────┤DI2│ │DO2├─────┤DI3│ │DO3├─────┤DI4│ │DO4├─────┤DI5│ │DO5├─────┤DI6│ │DO6├─────┤DI7│ │DO7├───├───┤ ││──┤ C │ ││└───┴──┴───┘Последовательная цепочка из n D-триггеров образует регистр споследовательным сдвигом информации.┌─┬───┐┌─┬───┐┌─┬───┐┌─┬───┐D ────┤D│ T ├──┬──┤D│ T ├──┬──┤D│ T ├──┬──┤D│ T ├──┬──┌┤C││ │ ┌┤C││ │ ┌┤C││ │ ┌┤C││ ││└─┴───┘ │ │└─┴───┘ │ │└─┴───┘ │ │└─┴───┘ │C ───┴─────────┼─┴─────────┼─┴─────────┼─┘││D0│D1│D2│D30123456C┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─D┌───┐────┘└────────────────────D0┌───┐───────┘└─────────────────D1┌───┐───────────┘└─────────────D2┌───┐───────────────┘└─────────D3┌───┐───────────────────┘└─────Выпускаютсяуниверсальные┌───┬──┬───┐──┤DI0│RG│DO0├────┤DI1│->│DO1├────┤DI2│ │DO2├────┤DI3│ │DO3├────┤DI4│ │DO4├────┤DI5│ │DO5├────┤DI6│ │DO6├────┤DI7│ │DO7├──├───┤ ││──┤ C │ ││└───┴──┴───┘регистры,способныезаписыватьипредставлять информацию как в последовательном, так и в параллельном29виде.5.3.