Введение в цифровую технику


НазваниеВведение в цифровую технику
страница1/11
Дата публикации12.04.2013
Размер1.12 Mb.
ТипРеферат
userdocs.ru > Журналистика > Реферат
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ ПАРТИН

ВИКТОР ГАВРИЛОВИЧ БОРИСОВ
ВВЕДЕНИЕ В ЦИФРОВУЮ ТЕХНИКУ

ББК 32.847
П 18 УДК 621.3.049.77.037.372
Редакционная коллегия:
Б.Г.Белкин, С.А.Бирюков, В.Г.Борисов, В.М.Бондаренко Е.Н.Геништа, А.В.Гороховский, С.А.Ельяшкевич, И.П.Жеребцов, В.Г.Корольков, В.Т.Поляков, А.Д.Смирнов, Ф.И.Тарасов О.П.Фролов, Ю.Л.Хотунцев, Н.Я.Чистяков
Партин А. С., Борисов В. Г.
П 18 Введение в цифровую технику.- М.: Радио и связь, 1987.- 64 с.: ил.- (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1105)
Через опыты, эксперименты, конструирование генераторов, игровых автоматов и аттракционов, электронных переключателей, измерительных приборов на интегральных микросхемах широкого применения книга знакомит с основами цифровой техники.

Для широкого круга радиолюбителей; может быть полезна руководителям радиотехнических кружков.

2402020000-64 04б(01)-87
-73-87

ББК 32.847
Рецензент канд. техн. наук С. А. Бирюков

ПРЕДИСЛОВИЕ
Микроэлектроника, заявившая о себе в начале 60-х годов, сегодня оказывает решающее влияние на техническое перевооружение всех областей радиоэлектроники. За примерами ходить далеко нет надобности. Аналоговые интегральные микросхемы широко и прочно закрепились в радиовещательной, телевизионной, звукозаписывающей в воспроизводящей аппаратуре, а логические, или цифровые, микросхемы заняли доминирующее положение в больших, мини- и микроЭВМ, в устройствах автоматического управления производственными процессами, движением транспорта, в станках с числовым программным управлением, в аппаратуре сбора, переработки и хранения различной информации, в других устройствах и приборах цифровой техники. Для нас уже стали привычными электронные кассовые аппараты, быстро и точно подсчитывающие стоимость покупок в универсамах, весы с цифровым представлением результата взвешивания продуктов, автоматизированные системы управления продажей авиа- и железнодорожных билетов, наручные электронные часы, микрокалькуляторы, ставшие предметами первой необходимости инженеров и техников, бухгалтеров, многих школьников.

Цифровая техника-самое перспективное направление в современной электронике, в народном хозяйстве. Без нее немыслимы дальнейший научно-технический прогресс, эффективность учебы в общеобразовательных школах, ПТУ, техникумах, институтах и университетах. Врядли нужно доказывать, какие огромные возможности вносит цифровая техника в радиолюбительское творчество.

Цель книги - познакомить ее читателей с цифровыми интегральными микросхемами и использованием их в разных по сложности любительских приборах и устройствах цифровой техники. Предполагается, что читатели уже знакомы с устройством и принципом работы транзисторов, диодов и имеют некоторый опыт конструирования радиоприемной и усилительной аппаратуры, поэтому их описание в книге опущено. Главным же ее содержанием являются опыты, эксперименты, которые, как мы считаем, позволяют лучше освоить практическую сторону применения цифровых микросхем.

При изложении познавательных сведений и сложности практических работ мы опирались на опыт кружков радиоэлектроники Свердловской областной станции юных техников. Этот опыт, надеемся, может быть приемлемым для кружков других внешкольных учреждений и общеобразовательных школ, занимающихся освоением основ цифровой техники.

Отзывы о книге просим направлять по адресу: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство "Радио и связь", Массовая радиобиблиотека.

^ ЧТО ТАКОЕ ЦИФРОВАЯ МИКРОСХЕМА
Современная цифровая интегральная микросхема - это миниатюрный электронный блок, содержащий в своем корпусе транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные элементы, общее число которых может достигать нескольких десятков и даже сотен тысяч! В зависимости от числа элементов различают микросхемы малой степени интеграции, микросхемы средней степени интеграции, большие интегральные микросхемы и сверхбольшие интегральные микросхемы. Микросхемы малой степени интеграции могут содержать до 10-30, а сверхбольшие интегральные микросхемы до 100 тыс. и более активных и пассивных элементов.

Одна цифровая микросхема может выполнять функцию целого блока измерительного прибора, микрокалькулятора, устройства автоматического управления производственным процессом, микропроцессора, узла электронной вычислительной машины (ЭВМ). К примеру, "механизм" наручных электронных часов, индицирующих текущее время в часах, минутах и секундах, дни недели и месяцы, работающий одновременно и как секундомер, будильник, состоит всего лишь из одной специально разработанной большой интегральной микросхемы. Благодаря цифровым микросхемам современные компьютеры, как все чаще стали называть ЭВМ, по сравнению со своими "предками" в 300 тыс. раз меньше по размерам, но работают в 10 тыс. раз быстрее, к тому же надежнее, и энергии потребляют значительно меньше.

В основу описания и логики действия цифровых микросхем положена двоичная система счисления, состоящая всего из двух цифр - единицы (1) и нуля (0). Отсюда и обобщенное название логических элементов, интегральных микросхем и создаваемых на их базе всевозможных приборов и устройств - цифровые. Эти две цифры двоичной системы счисления позволяют записывать и "запоминать" практически любые числа. Например, число 25 привычной нам десятичной системы счисления, записанное в двоичной системе счисления, выглядит так: 1.1001. Здесь каждая позиция числа, которая может быть представлена в виде электрических импульсов, соответствует одному из двух логических состояний - логической 1 или логическому 0. Особенно удобной такая система кодирования информации оказалась для программирования и работы ЭВМ.

Относительно электрических сигналов, несущих ту или иную цифровую информацию, двоичная система счисления также соответствует двум состояниям или двум условным электрическим уровням: высокому, т. е. более положительному, и низкому-менее положительному, нулевому и даже отрицательному напряжению. Если напряжение высокого уровня рассматривать как логическую 1, а напряжение низкого уровня- как логический 0, то такую логику называют положительной. При отрицательной логике, наоборот, напряжение высокого уровня принимают за логический 0, а низкого уровня - за логическую 1. В этой книге рассматриваются только микросхемы с положительной логикой.

Но на практике невозможно выполнить условие, при котором бы все цифровые сигналы имели одинаковые уровни напряжения. Поэтому, учитывая возможные допуски, свойства цифровых микросхем, электрические импульсы, несущие информацию, характеризуют некоторыми интервалами напряжений. Так, например, для микросхем серий К155, К133 для низкого уровня, соответствующего логическому 0, приняты напряжения сигналов от 0 до 0,4 В, т. е. не более 0,4 В, а высокого, соответствующего уровню логической 1,-не менее 2,4 В и не более напряжения, на которое они рассчитаны,- 5 В. Для микросхем других серий эти границы уровней напряжений могут быть несколько меньшими или, наоборот, несколько бблыпими, но неизменными для данной серии цифровых микросхем. Опыты, эксперименты, различные приборы и устройства, описанные в этой книге, рассчитаны на использование микросхем серии К155 малой и средней степеней интеграции. Микросхемы именно этой серии радиолюбители наиболее широко применяют в конструируемых ими генераторах, игровых и сигнализирующих автоматах, электронных часах, измерительных приборах, в том числе с цифровым отсчетом результатов измерения или времени. Подобные устройства и Приборы предстоит конструировать и вам, взявшим в руки эту книгу.

В серию К155 входит около 100 микросхем разных степеней интеграции и функционального назначения. Это различные триггеры, счетчики импульсов, делители частоты, преобразователи цифровых кодов, дешифраторы и т. д. Основой же многих из них служат так называемые логические элементы- электронные устройства, реализующие простейшие функции алгебры логики. С них и следует4 начать знакомство с устройством и работой цифровых микросхем, с основами цифровой техники.
^ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АНАЛОГИ
Логических элементов, работающих как самостоятельные цифровые микросхемы малой" степени интеграции и как компоненты микросхем более высокой степени интеграции, можно насчитать несколько десятков. Но здесь мы поговорим лишь о четырех из них - о логических элементах И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ. чЭлементы И, ИЛИ и НЕ - основные, а И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ.

Что представляют собой эти "кирпичики" цифровой техники, какова логика их действия? Сразу уточним: напряжения от 0 до 0,4 В, т. е. соответствующие уровню логического 0, мы будем называть напряжением низкого уровня, а напряжения более 2,4 В, соответствующие уровню логической 1,- напряжением высокого, уровня. Именно такими уровнями напряжений на входе и выходе элементов и микросхем серии К155 принято характеризовать их логические состояния и работу.

Графическое изображение логического элемента И показано на рис. 1, а. Его условным символом служит знак "&", стоящий внутри прямоугольника: он заменяет союз "И" в английском языке. Слева - два (может быть и больше) логических входа-rxj и \2, справа-выход у. Логика действия элемента такова. Напряжение высокого уровня появляется на выходе лишь тогда когда сигналы такого же уровня будут поданы на все его входы.

Разобраться в логике действия логического элемента И поможет его электрический аналог (рис. 1, б), составленный из последовательно соединенных источника питания GB1 (например! батареи 3336Л), кнопочных переключателей SB1, SB2 любой конструкции и лампы накаливания HL1 (МНЗ,5-0,26). Переключатели имитируют электрические сигналы на входе аналога, а нить лампы индицирует уровень сигнала на выходе. Разомкнутое состояние контактов переключателей соответствует напряжениям низкого уровня, замкнутое-высокого уровня. Пока контакты кнопок не замкнуты (на обоих входах элемента напряжение низкого уровня), электрическая цепь аналога разомкнута и лампа, естественно, не горит. Нетрудно сделать другой вывод: лампа накаливания на выходе аналога элемента


















Рис. 1. Логический элемент И:

а-условное графическое обозначение; б-его электрический аналог; в-временные диаграм-мы; г-таблица истинности работы элемента



Рис. 2. Логический элемент ИЛИ, его электрический аналог принцип действия
И загорается тогда и только тогда, когда контакты кнопок SB1 и SB2 окажутся замкнутыми одновременно. В этом и заключается логическая связь между входными и выходным сигналами элемента И.

Теперь взгляните на рис. 1, е. На нем изображены временные диаграммы электрических процессов, дающие достоверное представление о работе логического элемента И. На входе Xi сигнал появляется первым. Как только подается такой же сигнал и на вход xj, тут же появляется сигнал и на выходе у, который существует до тех пор, пока на обоих входах имеются сигналы, соответствующие напряжению высокого уровня. О состоянии и логической связи между входными и выходными сигналами в элементе И дает представление так называемая таблица истинности (рис. 1, г), напоминающая таблицу умножения. Глядя на нее, можно сказать, что сигнал высокого уровня на выходе элемента будет тогда и только тогда, когда сигналы такого же уровня появятся на обоих его входах. Во всех других случаях на выходе элемента будет напряжение низкого уровня.

Условный символ логического элемента ИЛИ - цифра 1 внутри прямоугольника (рис. 2, а). У этого элемента, как и у элемента И, может быть два и больше входов. Сигнал на выходе у, соответствующий напряжению высокого уровня, появляется при подаче такого же сигнала на вход xj, или на вход х2, или одновременно на оба входа. Чтобы убедиться в таком действии элемента ИЛИ, проведите опыт с его электрическим аналогом (рис. 2, б). Лампа накаливания HL1 на выходе аналога будет загораться всякий раз, когда окажутся замкнутыми контакты или кнопки SB1, или SB2, или одновременно обеих (всех) кнопок.



Рис. 3. Логический элемент НЕ, его электрический аналог и принцип действия
Закрепить в памяти электрическое свойство элемента ИЛИ помогут временные диаграммы его работы (рис. 2, в) и таблица истинности (рис. 2, г) логической связи между входными и выходными сигналами.

Условный символ логического элемента НЕ - тоже цифра 1 в прямоугольнике (рис. 3, а). Но у него один вход и один выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое отрицание "не" на выходе элемента. На языке цифровой техники "не" означает, что данный элемент является инвертором- электронным устройством, выходной сигнал которого противоположен входному. Иначе говоря, пока на его входе действует сигнал низкого уровня, на выходе присутствует сигнал высокого уровня, и наоборот.

Электрический аналог элемента НЕ можно собрать по схеме, приведенной на рис. 3, б. Электромагнитное реле К1, срабатывающее при данном напряжении батареи SB1, должно быть с группой нормально замкнутых контактов. Пока контакты кнопки SB1 разомкнуты, обмотка реле обесточена, его контакты К1.1 остаются замкнутыми и, следовательно, лампа HL1 горит. При нажатии на кнопку ее контакты замыкаются, имитируя появление входного сигнала высокого уровня, в результате чего реле срабатывает. Его контакты, размыкаясь, разрывают цепь питания лампы HL1 - погасая, она символизирует появление на , выходе сигнала низкого уровня.

Попробуйте начертить самостоятельно временные диаграммы работвт элемента НЕ и составить таблицу истинности логической связи между его входным и выходным сигналами-они должны получиться такими же, как приведенные на рис. 3, в, г.




Рис. 4. Логический элемент И-НЕ, его электрический аналог и принцип действия
Как мы уже говорили, логический элемент И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ. Поэтому на его графическом изображении (рис. 4, а) есть знак "&" и небольшой кружок на линии выходного сигнала, символизирующий логическое отрицание. Выход один, а входов два и больше. *

Разобраться в принципе действия такого логического элемента цифровой техники вам поможет его электрический аналог, собранный по схеме на рис. 4, б. Электромагнитное реле К1, батарея GB1 и лампа накаливания HL1 такие же, как в аналоге элемента НЕ. Последовательно с обмоткой реле включите две кнопки (SB 1 и SB2), контакты которых будут имитировать входные сигналы. В исходном состоянии, когда контакты кнопок разомкнуты, лампа горит, символизируя сигнал высокого уровня на выходе. Нажмите на одну из кнопок во входной цепи. Как на это реагирует индикаторная -лампа? Она продолжает гореть. А если нажать обе кнопки? В этом случае элек-трическая цепь, образованная батареей питания, обмоткой реле и контактами

кнопок, оказывается замкнутой, реле срабатывает и его контакты К 1.1, размыкаясь, разрывают вторую цепь аналога- лампа гаснет.

Эти опыты позволяют сделать вывод: при сигнале низкого уровня на одном или на всех входах элемента И-НЕ (когда контакты входных кнопок аналога разомкнуты) на выходе действует сигнал высокого уровня, который изменяется на сигнал низкого уровня при появлении таких же сигналов на всех входах элемента (контакты кнопок аналога замкнуты). Такой вывод подтверждается диаграммами работы и таблицей истинности, показанными на рис. 4, в, г.

Логический элемент И-НЕ обладает еще одним существенным свойством, суть которого заключается в следующем: если его входы соединить вместе и подать на них сигнал высокого уровня, на выходе элемента будет сигнал низкого уровня. И наоборот, при подаче на объединенный вход, сигнала низкого уровня на выходе элемента будет сигнал высокого уровня. В этом случае элемент И-НЕ, как, вероятно, вы уже догадались, становится инвертором, т. е. логическим элементом НЕ. Это свойство элемента И-НЕ очень широко используется в приборах и устройствах цифровой техники.
^ ЗНАКОМСТВО С ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМОЙ
В разнообразных приборах и устройствах цифровой техники, конструируемых радиолюбителями, наиболее широко используется микросхема К155ЛАЗ. С нее, считаем, и следует начинать практическое знакомство с микросхемами этой серии.

Внешний вид и условное графическое изображение микросхемы показаны на рис. 5. Она представляет собой пластмассовый корпус прямоугольной формы с 14 пластинчатыми выводами (некоторые микросхемы этой серии имеют по 16 выводов), расположенными вдоль обе их длинных сторон корпуса. Сверху на корпусе условный ключ - небольшая круглая метка. От нее и ведется нумерация выводов. Если смотреть на микросхему сверху, то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу - то по часовой стрелке. Такое правило распространено на все микросхемы серии К155.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Введение в цифровую технику iconОпорный конспект для студентов менеджеров Введение
Статистика (от лат status – состояние) обеспечивает цифровую информацию, необходимую для управления экономикой и разработки эффективной...
Введение в цифровую технику iconУрок Введение в технику тренировки памяти Урок Механизмы памяти
Настало утро, и золотые блики молодого-солнца заплясали на едва заметных волнах спокойного моря
Введение в цифровую технику icon  Вначале, доступ в Интернет осуществлялся по телефонной линии с...
Вначале, доступ в Интернет осуществлялся по телефонной линии с помощью модема специальное устройство преобразовывало цифровую компьютерную...
Введение в цифровую технику iconЛето 2012, Ергаки, кемпинг «Звёздный»
...
Введение в цифровую технику iconАртур Шопенгауэр Введение в философию «Введение в философию»: Белорусский...
«Новые паралипомены», «Об интересном», а также «Введение в философию», представляющее собой краткий набросок университетского курса лекций, в...
Введение в цифровую технику iconКонспекты лекций по физиологии. Введение
Введение. Жизнь – сложная открытая саморегулирующаяся, самовоспроизводящаяся система, постоянно обменивающаяся с окружающей средой...
Введение в цифровую технику iconКурс лекций по дисциплине
Предмет ее составляют явления и процессы общественной жизни. Статистика дает им цифровую (количественную) характеристику в неразрывной...
Введение в цифровую технику iconКнига Свами Шивананды «Йога-терапия»
Технику выполнения упражнений для создания иллюстраций продемонстрировал и объяснил А. Сидерский
Введение в цифровую технику iconКнига Свами Шивананды «Йога-терапия»
Технику выполнения упражнений для создания иллюстраций продемонстрировал и объяснил А. Сидерский
Введение в цифровую технику iconКнига Свами Шивананды «Йога-терапия»
Технику выполнения упражнений для создания иллюстраций продемонстрировал и объяснил А. Сидерский
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница