Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 91
Текст из файла (страница 91)
также двунаправленная и соединяется с листами 2 и 3. 5.1.8. Дополнительная информация о схеме В полных принципиальных схемах указываются типы ИС, порядковые номера микросхем и их цоколевка, как показано на рис. 5.17. Тип ИС(1С ~уре) — это имя идентифицирующее интегральную схему, которая выполняет данную логическую функцию Например, 2-входовой вентиль И-НЕ можно отождествить с микросхемами 74НСТОО или 74ЫОО.
Кроме логической функции, тип ИС указывает логическое семейство, к которому относится эта микросхема, и ее быстродействие. 5.1. Стаощарты документации 387 Микрооаоцесооо Рис. 5.16. Примеры шин Р~юс. 5.17. Принципиальная схема блока на микросхемах 74НСТОО 388 Глава 8. Практическая разработкасхем комбинационнойлогики порядковы й номер (ге~егелсе 2)ез!Ипагог) -это номер, под которым данная ис фигурирует в системе. Вместе с документацией, относящейся к механической конструкции системы, порядковый номер позволяет размешать ИС при монтаже на определенных местах, а также находить их при тестировании и обслуживании системы. По традиции порядковому номеру ИС предшествует символ () (от слова "цпй"). 74гокол сака (р2п лиа2ьегз) каждой ис используется для разводки отдельных логических сигналов по ее выводам.
Номера выводов написаны около соответствующих входов и выходов стандартного условного обозначения логического элемента, как показано на рис. 5,17. Чтобы доставить вам удовольствие от правильно нарисованных схем, мы будем в дальнейшем указывать порядковые номера и цоколевку во всех примерах логических схем, где применяются МИС и СИС. 14 ГЛ :С~ та! МОМ МОН жме Ф- 22 !2 Рис. 8. 18.
цоколевка И С малой степени интеграции в стандартных корпусах Р!Р 14244 -С) ~ол 24яа ~ ~огэа. гааз ;',Сс)~~ ",СЭО ~~ -"КЭ ) )я ~ ~З 4Э вЂ” 'Р— 2 — 'Р.— — 'Р— -'! 1 — "Р— 4Г-' .Жф 4С:~ таам фэ— -ЖЭ -ЖЭ 6.2. Временнью соотноиюння в схеме 389 На рис. 5.18 приведена цоколевкадовольно многих ИС малой степени интеграции, которые встречаются в примерах повсюду в этой книге.
В условных обозначениях рядавентилей использованы специальныеграфическиеэлементы: ° В условном обозначении инвертора с триггером Шмитта (микросхема 74х14) специальным символом указывается наличие гистерезиса. В условном обозначении счетверенного вентиля И- НЕ (микросхема 74хОЗ) и счетверенной схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ- НЕ (микросхема 74х2бб) имеется специальный символ, говорящий о том, выход выполнен с открытым коллектором или с открытым стоком. Когда вы готовите принципиальную схему при разработке печатной платы с помощью программы рисования схем, эта программа автоматически воспроизводит номера выводов устройств, которые вы выбираете нз библиотеки компонентов.
Обратите внимание, что цоколевки ИС могут отличаться в зависимости от типа корпуса, поэтому следует быть внимательным, выбирая подходящую модификацию компонента из библиотеки. На рис. 5.18 показана цоколевка микросхем, выпускаемых в корпусах Р1Р (спа) ш-1ше-рш; с двухрядным расположением выводов). Микросхемы в таких корпусах вы можете встретить в лаборатории по курсу цифрового проектирования или в промышленных печатных платах с низкой плотностью монтажа микросхем «через отверстия». 5.2.
Временные соотношения в схеме «Время решает все» -это справедливо для инвестиций, в комедии, да и в цифровом проектировании. Как мы узнали в параграфе 3.6, в реальных схемах требуется время для возникновения на выходе реакции на входное воздействие, а многие современные схемы и системы настолько быстры, что существенной становится даже задержка сигнала, распространяющегося «со скоростью света» от выхода одного логического элемента до входа другого в пределах платы или корпуса ми кросхемы. Большинство цифровых систем представляют собой последовательно вклЮ- ченные схемы, которые работают в пошаговом режиме, управляемые периодическим синхроннзнрующим сигналом, и частота этого сигнала ограничена максимальным временем, которое требуется дяя завершения всех операции на одном шаге. Таким образом, чтобы создавать быстродействующие схемы, которые работали бы правильно при всех условиях, разработчики цифровой аппаратуры должны четко представлять себе временные соотношения.
Последние несколько лет продемонстрировали существенные количественные и качественные достижения средств автоматизированного проектирования схем в отношении анализа временных диаграмм. Тем не менее, довольно часто наиболее сложной проблемой щэн разработке печатных плат и особенно специализированных ИС является достижение требуемых временных характеристик. В этом параграфе мы начинаем с основ, так что вы поймете, что делают программные средства, когда вы пользуетесь имн, а также разберетесь, как исправлять свои схемы, когда временные соотношения оказываются не совсем удачными. 390 Глава б.
Ррактичвская разработка схем комбинационной логики 5.2.1. Временные диаграммы Вреиенмач двограянуа (г(ты о)айгат) иллюстрирует характер изменения сигналов в цифровой схеме в зависимости от времени. Временные диаграммы составляют важную часть документации любой цифровой системы. Ими можно воспользоваться как для объяснения временных соотношений между сигналами в пределах системы, так и для того, чтобы сформулировать временные требования к внешним сигналам, которые поступают в систему. На рис.
5.19(а) изображена блок-схема простого комбинационною устройства с двумя входами и двумя выходами. На рис. 5.19(Ь) показана задержка выходных сигналов относительно входного сигнала ОО в предположении, что входной сигнал ЕЫВ зафиксирован на постоянном уровне.
В каждой осциллограмме верхняя линия соответствует логической 1, а нижняя линия — логическому О. Переходы сигналов изображены в виде наклонных линий, чтобы напоминать нам о том, что в реальных схемах изменения сигналов не происходят мгновенно. (Кроме того, наклонные линии лучше смотрятся, чем вертикальные.) (Ь) ео ЯЕАОУ окт (с) (а) ЯЕАОУ ЯЕАОУ окт оАУ рис.
6.19. Временные диаграммы для комбинационной схемы: (а) блок-схема устройства; (Ь) причинная обусловленность и задержка распространения; (с) минимальные и максимальные задержки. Иногда, особенно в случае сложных временных диаграмм, стрелками пгражжот ори чинную обустовлгллость связи (саьаайу), то есть информацию о том, изменение какого входного сигнала вызывает изменение того илн иного выходного сигнала В любом случае наиболее важной информацией, которую дают временные диаграммы, является величина задерокъж ОУе)оу) между переходами в сигналах.
Различные пути прохождения сигнала в схеме могут иметь различные задержки. На рис. 5.19(Ь), например, показано, что задержка между сигналами 60 и ЙЕА0У меньше, чем задержка между сигналами ААО и 0АТ. Точно так же задержка между 6.2. Временные соотношении всхеме 391 входным сигналом ЕМВ и выходными сигналами может быть различной, и это можно было бы наблюдать на другой временной диаграмме. Как мы увидим позже, задержка при прохождении сигнала по некоторому заданному пути может быть различной в зависимости от того, в каком направлении изменяется сигнал на выходе: от низкого уровня до высокого или от высокого уровня до низкого (это явление не отражено на рисунке).
В реальной схеме задержка обычно измеряется между средними точками переходов в сигналах, как показано на наших временных диаграммах. Одна единственная временная диаграмма может содержать много различной информации о задержках. Каждая задержка имеет свое обозначение; на нашем рисунке это г яоу из . В сложных временных диаграммах задержки обычно нумеруются для облегчения ссылки на них (например: лп г, ..., 1 ). В любом случае временная диаграмма обычно сопровождается таблицей временных параметров (Ит1па гаЫ«), в которой указаны величина каждой задержки и условия, при которых задержка имеет такое значение. Величина задержки редко определяется одним числом, так как задержки в реальных цифровых компонентах могут сильно зависеть от напряжения питания, температуры и различных производственных факторов. Поэтому в таблице временныхх параметров может быть указан диапазон значений, определяющий минимальна«типичное и малсимальна«значение ддя каждой задержки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
