1 цифровые электронные схемы 2


Название1 цифровые электронные схемы 2
страница1/17
Дата публикации06.08.2013
Размер1.01 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Информатика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


СОДЕРЖАНИЕ








1 ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ

2

1.1 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

2

1.2 ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ ЛОГИКА (ТТЛ)

4

1.3 Выходной каскад с активной нагрузкой

7

1.4 МОНТАЖНАЯ ЛОГИКА

8

1.5 Выходные схемы с тремя состояниями

10

^ 1.6 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

12

1.7 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА КМОП-СТРУКТУРАХ

14

^ 2 ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

18

2.1 ОРГАНИЗАЦИЯ ЗУ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ДОСТУПОМ

18

2.2 Внутренняя организация ЗУ с произвольным доступом

20

2.3 Двумерная адресация

21

2.4 ЗУ с внутренней двунаправленной шиной данных

23

2.5 Выборка столбца с помощью селектора данных

24

^ 2.6 ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

25

3 Программируемые логические интегральные схемы

33

3.1 Классификация PLD

34

3.2 Основные свойства PLD

42

3.3 Выбор архитектуры PLD

47

3.4 Методика проектирования на основе PLD

49

3.5 Области применения PLD

53

3.6 Основные структуры CPLD

54

3.7 Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA)

62


^

1 ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ



1.1 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ


Логический элемент, или вентиль,— это схема, реализующая одну из основных логических функций. В оставшейся части этой главы мы рассмотрим полупроводниковые логические элементы различных типов, уделив особое внимание тем, которые производятся в настоящее время в виде интегральных схем.

Чтобы проиллюстрировать некоторые основные понятия, характеризующие работу логических элементов, наверное, полезно будет начать с наиболее простых схем, а именно с диодных вентилей. Один из таких вентилей изображен на рис. 1. Он состоит из двух диодов и резистора. Эта схема должна представлять логический 0 и логическую 1 потенциалами соответственно 0 В и V В. У вентиля два входа А и В. Если на оба входа подается потенциал +V В, то на выходе также установится потенциал +V В, т. е. на обоих входах и на выходе мы имеем логическую 1. Однако если какой-либо из входов имеет нулевой потенциал (логический 0), то на выходе установится потенциал, близкий к нулю, поскольку диод на входе с нулевым потенциалом будет смещен вперед и через него потечет ток, причем падение напряжения на проводящем диоде мало ввиду его незначительного сопротивления. Поведение этой схемы соответствует логической функции И, поскольку логическая 1 наблюдается на выходе тогда и только тогда, когда па обоих входах логическая 1.



Рисунок 1 - Диодный вентиль.
Такой диодный вентиль оказывается полезным в некоторых применениях, но его широкому использованию в качестве логического элемента препятствуют два присущих ему недостатка. Первый недостаток заключается в том, что потенциал на выходе оказывается чувствительным к небольшим вариациям в уровне потенциала на входе. Особенно сильно этот недостаток проявляется, когда на одном из входов логический 0. В этом случае любое отклонение от идеального нулевого потенциала на входе приводит к такому же точно отклонению в величине выходного потенциала, вдобавок некоторое отклонение от нулевого напряжения на выходе обусловлено ненулевым падением напряжения на диоде, имеющим прямое смещение.

Подобная чувствительность к колебаниям входного сигнала может привести к серьезным нарушениям, если диодные вентили включены последовательно,— в этом случае отклонения будут накапливаться при прохождении сигнала от одного вентиля к другому.

Второй недостаток диодного вентиля заключается в том, что работа вентиля зависит от нагрузки на выходе. При высоком уровне выходного сигнала ток течет от выхода вентиля в нагрузку и при этом проходит через резистор вентиля, в результате чего появляется падение напряжения на резисторе и уровень потенциала на выходе уменьшается.

Это уменьшение составляет довольно значительную величину, поскольку сопротивление резистора должно быть сравнительно большим, чтобы избежать перегрузки входных цепей при низких потенциалах на входе. При низком уровне выходного сигнала ток течет от нагрузки в вентиль. Этот ток должен протекать через те входы, которые имеют низкий потенциал. Это может привести к ситуации, когда один вход должен принять ток, приходящий от многих других вентилей, что также приводит к определенным трудностям.

Недостатки, присущие диодным схемам, вообще говоря, объясняются тем, что диод — это пассивный прибор. Транзисторы, напротив, являются активными приборами в том смысле, что слабый сигнал у них управляет сильным сигналом. Описанные выше недостатки диодных вентилей можно устранить, подключив к диодам транзисторы. В частности, можно ввести в вентиль дополнительную схему, которая восстанавливала бы уровень потенциала на выходе до величин, близких к идеальному значению, и тем самым уменьшала бы чувствительность вентиля к небольшим колебаниям в уровне входного сигнала. Другая дополнительная цепь могла бы изолировать выходной ТОК нагрузки от входов, а также обеспечить ток, достаточный для управления большим числом входов других вентилей.

Эти две дополнительные схемы можно назвать соответственно восстановителем и буфером. Исходная схема на диодах, поскольку она комбинирует входные сигналы, может быть названа комбинационной частью вентиля или просто комбинатором. Улучшенная таким образом схема, состоящая из трех частей, имеет конфигурацию, показанную на рис. 2. Такой вентиль относится к семейству, которое называется диодно-транзисторной логикой, сокращенно ДТЛ. В этом названии отражен тот факт, что во входной части схемы используются диоды, а остальные части выполнены на транзисторах.



Рисунок 2 - Три части вентиля.
Мы воспользуемся обобщенной схемой на рис. 2, чтобы проанализировать и некоторые другие типы логических элементов. Такое условное разбиение схемы позволит нам изучить работу каждой части в отдельности. В частности, буферную часть вентиля можно подвергать тем или иным модификациям для достижения тех или иных целей, не затрагивая остальных компонентов. Однако, как мы увидим в дальнейшем, некоторые типы вентилей не поддаются подобному разбиению на три части. В частности, это относится к семейству вентилей, известных под названием схем с непосредственной связью. В таких вентилях транзисторы, работающие как одна неразрывно связанная схема, выполняют все три функции.

В каждом из последующих разделов этой главы будут рассмотрены вентили, принадлежащие какому-то конкретному виду, или семейству. Семейство объединяет набор вентилей, выполняющих различные логические функции и построенных на основе какой-то одной технологии.

Обычно какая-то одна логическая функция является превалирующей для данного семейства вентилей; поэтому мы уделим основное внимание вентилям, выполняющим эту функцию. Превалирующая в семействе логическая функция всегда является универсальной (например, И-НЕ, ИЛИ-НЕ), т. е. такой, при помощи которой можно реализовать все логические функции. Логические семейства можно разделить на два основных класса: выполненные на биполярных транзисторах и выполненные на полевых МОП-транзисторах.

При обсуждении диодного вентиля мы предполагали, что высокий уровень потенциала соответствует логической 1, а низкий — логическому 0. Такое соглашение носит название положительной логики. Соглашение противоположного характера, при котором более высокий потенциал соответствует логическому 0, а более низкий — логической 1, называется отрицательной логикой. Поэтому логическая функция, реализуемая тем или иным конкретным вентилем, зависит от типа подразумеваемой логики. Чтобы избежать путаницы, в дальнейшем мы будем без ограничения общности считать, что действует соглашение, соответствующее положительной логике.

Прежде чем завершить общее обсуждение логических вентилей, следует ввести некоторые понятия, характеризующие наиболее важные технические показатели вентилей, такие, как коэффициент разветвления по выходу, коэффициент объединения по входу, время задержки, помехоустойчивость и рассеиваемая мощность.

^ Коэффициент разветвления по выходу — это максимальное число входных линий других вентилей, которыми может управлять выход данного вентиля. Обычно коэффициент разветвления по выходу определяется силой тока, которую способен поддерживать выход вентиля без существенных отклонений от стандартных уровней потенциала, соответствующих логическому 0 и логической 1.

^ Коэффициент объединения по входу — это максимальное число возможных входов для вентиля данного типа.

Время задержки, или задержка распространения сигнала,— это время, которое проходит от момента подачи комбинации входных сигналов до момента установления соответствующего выходного сигнала. Очень часто время задержки зависит от нагрузки на выходе вентиля и, в особенности, от емкостных составляющих нагрузки.

Помехоустойчивость характеризует способность схемы справляться с отклонениями в уровне сигнала от стандартных величин, соответствующих двум логическим значениям. Каждое логическое семейство имеет свой допуск (запас помехоустойчивости); благодаря этому допуску схема не реагирует на небольшие отклонения в уровне сигналов, вызываемые помехами.

Наконец, рассеиваемая мощность — это мощность, потребляемая вентилем во время работы. Обычно эта мощность обеспечивается источником питания и, следовательно, должна быть по возможности минимальной, в особенности там, где питающим элементом являются батареи. Более того, рассеиваемая вентилем мощность переходит в тепло, и его нужно каким-то образом отводить. Однако скорость, с которой можно отводить тепло из интегральной схемы, ограничена. Как следствие, рассеиваемая вентилем мощность часто играет роль основного фактора, ограничивающего плотность упаковки вентилей в интегральных схемах.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Похожие:

1 цифровые электронные схемы 2 iconПрограмма для 10 класса «Оператор пк»
Построение таблиц истинности для логических функций. Законы алгебры логики. Логические элементы и основные логические устройства...
1 цифровые электронные схемы 2 icon1. Определить состав ядра атома (число протонов и нейтронов) для...
Составить электронные схемы, электронные и электронно-графические формулы атома магния и атома хлора
1 цифровые электронные схемы 2 icon2 Электронные таблицы
Электронные таблицы (табличные процессоры) – это прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки...
1 цифровые электронные схемы 2 iconТипы промышленных зданий по объемно-планировочным решениям и их схемы
Железнодорожный транспорт. Три схемы организации внешнего железнодорожного транспорта
1 цифровые электронные схемы 2 iconРабочая программа -2012 г по курсу «Электротехника, электроника и схемотехника»
...
1 цифровые электронные схемы 2 iconСтабилизаторы напряжения (СН)
Изменения напряжения источника питания могут вызвать изменения напряжения на выходе питаемой схемы, неотличимые от тех изменений,...
1 цифровые электронные схемы 2 iconЦифровые показатели работы по циклу акушерства

1 цифровые электронные схемы 2 iconЭлектронные часы с календарем и будильником
Электронные часы предназначены для индикации теку­щего времени суток (минуты и часы), дней недели (по­недельник — воскресенье), месяца...
1 цифровые электронные схемы 2 icon1. Понятие электрической цепи, электрической схемы, схемы замещения,...
Электрическая цепь  — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы...
1 цифровые электронные схемы 2 iconПараллельное и последовательное соединение аккумуляторов что это такое?
При параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница