Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (5-е изд.,1998) (1151957), страница 128
Текст из файла (страница 128)
например в детекторе частиц или «биты>. ации, поступающие от ключа, ы или ЗВМ. В подобных слуесгвенно и удобно использовать ,ую электронику, т.е. схемы, котоеют дело с информациеи., предан в виле «елинипгу нли «нулейв. ,ого чтобы непрерывную (амалогоформапню можно было обраба'-на ЗВМ мли хранить н виде чисел. .одммо преобразовать э цифровую .. и наоборот (с помощью пиф, . оговых ЦАП и аналого-пмфровыч образователей), Характерным ,,ом служит ситуация, в которой процессор мли ЗВМ воспринимает от экспериментальной нли проЕнной установки, на основе полу- , .данных управляет параметрамм ента и хранит полученные ре зультаты для последующего использования в процессе эксперимента.
Другим интересным примером, который демонстрирует возможности цифровых методов, является передача аналоговых сигналов без искажений, связанных с воздействием помех. Например. звуковые и видеосигналы, передаваемые по кабелю или с помощью радиоволн.
воспринимают <апумуу, который потом нельзя отделить от полезного сигнала. Если же перелаваемый сигнал преобразовать в рущ чисел, опрелеляющих его амплитуду а поиуедовательвые моменты времени„а затем эти числа передавать в виде цифровых сигналов, то. аналоговый сигнал. восстановленныи на приемной стороне (с помощью.
ЦАИ), не будей содержать ошибок., если уровень шума в .канале связи не настолько выеок„,чтобы .помешать правильному .распознаванию «едмницв и акулей». Зтот.метод;,известный под названием импульснокодовой модуляпии (ИКМ), особенно. эффективен в том случае, когда сигнал "должен проходить через рял ретрансляторов, например, при межконтинентальной телефонной. авязи, гак как восстановление цифрового сигнала в каждом пункте ретрансляции гарантирует, помехоустойчиаую передачу.
Космические зонзты с помощью НКМ перелают на землю данные и изображения. Цифровая звукозапись в вашем ломе размещается на (2-см оптических «компакт-дискаху которые хранит стереомуэыкальные произвеления в виде 16 разрядов каждые 23 мкс, порядка 6 млрд. бит информации на все. Возможности цифровой аппаратуры настолько велики, что задачи, предназначенные, казалось бы, исключительно для 496 Глава 3 пуф»овна схемы 497 на~ з~ аналоговых методов. гораздо лучше зачастую решаются цифровым путем. Например„в аналоговом измерителе температчры можно установить микропроцессор и память, в результате этого повысится точность измерений за счет компенсации нелинейности прибора.
Подобные применения микропроцессоров стали обычным делом Ввиду их широкой доступности. Однако вместо того, чтобы пьпаться перечислить все случаи, где может применяться цифровая электроника, лучше перейдем к ее изучению, в процессе которого примеры будут возникать сами собой. 8.02. Логические состояния Под цифровой электроинкои мы имеем в виду схемы, для каждой точки которых можно определить, как правило, только два состояния. например транзистор может быть либо закрыт, либо насьпцен. В качестве параметра обычно выбирают ие ток, а напряжение. Уровень которого может быть ВЫСОКИМ или НИЗКИМ.
Эти два состояния могут представлять различные «биты» (Ьшагу ййнз-двоичные разряды) информации. например, следующим образом: олин бит числа; ключ замкнут и.ти разомкнут, присутствует илн отсутствует сигнал, уровень аналогового сигнала выше нли ниже заданного предела, некоторое событие произошло нлн ие произошло, требуется илн не требуется выполнять некоторые лейсгвия и т.п. Высокий и низкий уронив.
Состояния ВЪ|СОКОГО и НИЗКОГО уровней определязо ~ некоторым заданным образом «истинные» и «ложные» значения в булевон алгебре. Если в какой-либо точке схемы истинное значение определяет ВЫСОКИЙ уровень, то говорят, что зга сигнальная линия использует «положительную логику» н наоборот Пример «отрицательной логики» показан на рис. 8,1 Котла состояние КЛЮЧ ЗАМКНУТ истинно, выход имеет НИЗКИЙ уровень. Выходной сигнал таким образом соответствует «отрицательной логике» (более правильным было бы название «нулевая логика», поскольку отрицатель.
ное напряжение в схеме отсутствует)' В может быть обозначен, как показано яа! рисунке. (Черта нал символом означя»,"м, операцию НЕ, т.е. данная линия ыч»й),'„"з ВЫСОКИЙ уровень, когда ключ не зац~.,".;. нут.) Запомните, что наличие или отсутйа вне черты отрицания над обозначениейуг."~ говорит о том, какой уровень (ВЫЩ!„:) КИЙ или НИЗКИЙ) будет иметь данви8»» провод„ когда заданное условие (КЛ)()ф:: ЗАМКНУТ) истинно. Цифровая схема «знает», что за снгнйа'., она представляет по тому.
откуда паетр"':," пает этот сигнал, так же как в аналогоюй' схеме выход какого-либо операционнощ"::,,"-.'. усилителя «представляет» опрелелешнпа-~- величину. Цифровые схемы, однако. обл~+, дают дополнительной гибкостью. ннови "'. одни и те же сигнальные линии нспой6;;:.: зуются для передачи различных вндс)~.'„:;, информации и для посылки ее в ра вы»."; направлениях в различные моменты вф:-; мени.
Для то~ о чтобы выполнить, зза',; «мультнплекснровагше». необходимо ли", ". ниформалыФ (адресные биты или биты состояний). Далее буде1 показано много примераИГ а которых используется это лопезнш своиство пдфровои электроники а пой)" будем считать. что любая схема предяау начена лля аьиюлненая однои запаядс$ функпнн н она «знает». откуда пос~тлак~ф входные и куда идут выходные сил~ахи: Введем понятия 1 н О, внеся некоторУЮ:', путаницу в эту простую по существу еле' ралнзо.
Эти символы использюотся а.бу левой алгебре для обозначения учвержяе' ',у ннй ИСТИНА и ЛОЖЬ соответственно': В ыум же значении онн иногда вспоуп».';: зуются и в электронике. но, к сожалениях:! злесь они применяются 1акже и в друток '; а именно: 1 означает ВЫСОКй»Й , а О -НИЗКИЙ уровень В этой ::йгы постараемся избежать какой ,:3()йусмысленности, будем использообозначения логических состоя- ВЫСОКИЙ уровень (или симги НИЗКИЙ уровень (или символ ' ' д, который широко используется иной промьппленности а обо- 1 и 0 будут применяться лишь аях. где их двусмысленное толнсключается ' 'Зви напряжений высокого и ииз.
Как упоминалось в разя. 1.! О, я напряжений, соответствующих ИМ и НИЗКИМ уровням, могут в некотором диапазоне. На"„:.,пля выоакоскоростной КМОП --логики входнЫе напряжения от ' 'чемли до 1,5 В представляются как ', Й уровень. а напряжения в преде- еВ от напряжения питания +5 ВСОКИИ уровень. Типичные на ' ' н НИЗКОГО и. ВЫСОКОГО сосоставляют десятую долю В и ниже 5 В соответственно (оста- "напряжение одного МОП-трап ): широкие диапазоны выбраны для ,!:чтобы изготовитель микросхем :своем распоряжении определенный , в пределах которого параметры '4иогли бы колебаться за счет измеемпературы,нагрузки. напряжения ', а также пол воздействием шу',ге.
разнообразных паразитных сит'; которые добавляются к рабочему при его прохождении через схему "'т емкостных связей. внешних пан т. и.). Схема. получив сигнал, 'еляеп каков с~о уровень (ВЫСО- лили НИЗКИЙ). и ленщвует соогппьм образом, Ест«помеха не щает 1 а 0 нли наоборот, то все но и любые помехи отсеиваются ои ступени. поскольку на выхоле восс1анавливаются «чистые» зна. :. 1 или О. Цифровая электроника смысле не подвержена влиянию -и является илеальной н аомехщ Стой««вость нспольздесь для обозначения максималь- ного уровня помехи.
которая, будучи добавлена к логическому сигналу при самых неблагоприятных условиях. не будет еще приводить к ошибочной работе схемы. Например. для элементов ТТЛ помехоустойчивость составляет 0,4 В, так как любой сигнал ниже 0.8 В интерпретируется ими как НИЗКИЙ уровень, а любой сигнал выше 2,0 В -как ВЫСОКИЙ, в то время как уровни выходных сигналов составляют в самом неблагоприятном случае +0,4 н +2,4 В соответ. ствеино (см. таблицу до| ических уровней в гл.
1). В действительности помехоустойчивость этих схем значительно выше приведенной величины, поскольку типичные значения ВЫСОКОГО и НИЗКОГО напряжений составляют -~-0,2 и 3,4 В, а входной порог принятия решения равен 1,3 В, Однако необходимо помнить. что хорошая схема рассчитана на самый неблагоприятный случай Не слелуег также забывать о том. что различные семейства логических элементов обладают различной помехоустойчивостью. Элементы КМОП имеют по сравнению с ТТЛ более высокую помехоустойчивость, а быстродействующие элементы ЭСЛ более низкую. Конечно, восприимчивость к шуму цифровых систем зависит также от амплитуды шума„которая в свою очередь зависит от таких факторов, как цара- метры выхолной ступени инцуктивности проводников земли.
существования,щнн. ных линий «шии», скорости нарастания на выходе во время логияеского перехода (когда из-за емкостной нагрузки возникают переходные токи, вызывающие выбросы напряжения пинии земли). Мы будем касаться некоторых из этих проблем в разд. 9.11 .9.13. ЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ диаграмма аа рис ьГ,а а«кмнаает аа»ааз«аы аа па»ааааа, кт»рыа ~»тае.~егвуы~ а»ум а»аякс»ам етг»хааа» 1ВЫе ЗКИЙ а ВИЗКИЙ1 аля сааа»» »аа а»ран» еамаае.а аафр»асй .«хааа дж хааа«о лага»~а«ага е май~ .
Ва ааааа»аам«ап1»ааааа» а»аус гамм а«а«авиа ааа а»»лама 1аа а аыхеааы» а»ар». жеана;»апаеачву»»«ах от«ааа»«ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ Заараи)аам еа«1«ваа аьаа: ааааа пс ка :ы»ат аепуетмыа ааааа ма аю»ааых а»а»ааааа« ари»«1»р«м гара»1иру>ока а»'«ааааа а«лая»а» 498 Глава 8 цифровые.схемы 499 8.03. Числовые колы бипспяркн» ттп Окк= 1 2 5 4 5 бнстссдеис кмоп 0 =»5 сг 0 1 2 З 4 5 КМОП с ттд-серого 0 — "»5 сс кмап !4000, 740) П =»5 О 1 2 5 4 О„= » 12 сс ЗСЯ 10000 У =-5,2»5У, зз Рис 8.1, л 0 1 2 5 4 5 .0 2 4 б 5 10 \2 НИЗКИЙ н ВЫСОКИЙ без ошибок, с двумя сгрезквми. уквзывяю»ними тюзовы»: выколиые знвчении ОНИЗКИЙ и ВЫСОКИЙ). вс речвюшиесв нл прзкгнке. Злкряшеннея длоюь и иижс .»инни плказывяе~ Лимзлзоп вко жык нппряисннй, »т»рв»пируюлгий прел с"«влепив клк НИЗКИЙ к»и ВЫСОКИЙ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
