WYKŁAD 7 CYFROWE UKŁADY SCALONE

Transkrypt

1 65 KŁAD 7 CYFRO UKŁADY SCALONE Ukłdy nlogowe są przystosowne do przetwrzni npięć (lu prądów), których wrtości zwierją się w pewnym przedzile ukłd nlogowy wrtości Ukłdy cyfrowe służą do przetwrzni sygnłów o dwóch H wielkościch npięć (ewentulnie prądów): wysokiej (H-high) i niskiej (Llow) L ukłd cyfrowy N ogół ukłd cyfrowy posid n wejść, m wyjść i q stnów pmięciowych Kżdy z wektorów,, czy c nzywmy słowem logicznym Kżdy element słow logicznego nzywmy item Słowo ośmioitowe nzywne jest jtem Stny n wyjściu zleżą od ktulnej sytucji n zsilnie 1 m wejście wejściu Stny pmięciowe zleżą zrówno od ktulnej konfigurcji n wejściu jk i od słów, jkie istniły tm w poprzednich chwilch czsu c 1, c 2 c q ukłd cyfrowy GND pmięć 1 n wyjście Prcę ukłdów cyfrowych opisuje się z pomocą dwuwrtościowej lgery Boole, zwnej logiką mtemtyczną W tym celu poziomom H i L ukłdu cyfrowego przyporządkowuje się wrtości logiczne - np odpowiednio 1 (prwd) i 0 (fłsz) (tzw logik dodtni) lu odwrotnie 0 i 1 (logik ujemn) Ukłdy cyfrowe są więc ukłdmi wykonującymi pewne funkcje logiczne Podstwowe twierdzenie logiczne : Kżdą funkcję logiczną możn złożyć z komincji trzech podstwowych dziłń logicznych : sumy (lterntywy- lu - OR), iloczynu (koniunkcji - i - AND) orz negcji (inwersji - nie - NOT)

2 66 Urządzeni elektroniczne relizujące te funkcje nzywmy rmkmi odpowiednio OR, AND i NOT Są one dostrczne w wyspecjlizownych ukłdch cyfrowych OR AND NOT Wy Wy Wy Wy = + Wy = = Powszechnie wykorzystuje się prw de Morgn : + = = + OR) Njrdziej uniwerslnymi rmkmi są rmki NAND (NOT-AND) i NOR (NOT- NAND NOR Kżą funkcję logiczną możn utworzyć z pewnej komincji tylko rmek NAND lu tylko rmek NOR Dowód - w trkcie wykłdu

3 67 Zmin funkcji logicznej dnej rmki w przypdku zminy rodzju logiki LOGIKA dodtni ujemn AND OR OR AND NAND NOR NOR NAND Jedną z rdziej użytecznych funkcji logicznych jest Exclusive OR = + EX-OR Z rmek cyfrowych (rmek logicznych) możn łtwo udowć rozmite użyteczne ukłdy elektroniczne Grupy rmek cyfrowych tworzą tzw rodziny Njrdziej rozpowszechnion jest rodzin rmek TTL (Trnsistor - Trnsistor Logic), w niej seri 74 N przykłd, w ukłdzie sclonym typu 74xx00 znjdują się cztery rmki NAND (xx ozncz rodzj rmki: S-szyk, LSszk młej mocy itd): Po zsileniu ukłdu sclonego (miedzy końcówkmi oznczonymi przez V CC i GND) złożony schemt relizuje się poprzez proste łączenie wejść i wyjść rmek Poziomy logiczne określone są przez wrtość npięci odpowiednio między wejściem (lu wyjściem) GND Zsilnie V CC wytłoczenie GND - ms

4 68 Inne ukłdy z tej serii zwierją inne funkcje logiczne, np cztery rmki NOR, wejściową rmkę NAND itd - ptrz - instrukcj do ćwiczeni Cyfrowe ukłdy sclone Uprwijąc elektronikę z ukłdmi TTL serii 74 nleży wiedzieć, że : ukłdy zsil się npięciem 5±025 V; ukłdy prcują w logice dodtniej; npięcie odpowidjące logicznemu zeru zwier się między 0 04 V z dopuszczlnym mrginesem łędu 04 V; npięcie odpowidjące logicznej jedynce wynosi 33 V lecz nie mniej niż 24 V z mrginesem łędu 04 V; wejście rmki niepodłączone do niczego znjduje się w stnie logicznym 1 ; wyjść rmek nie wolno łączyć równolegle!!! Może to spowodowć ich uszkodzenie; średni czs propgcji sygnłu przez rmkę wynosi od 1 do 30 ns (typowo - około 10 ns); średnie zużycie mocy przez rmkę wynosi około 10 mw; Użyteczne schemty: Wielowejściow funkcj AND Wrtość logiczn 1 pojwi się n wyjściu wtedy i tylko wtedy, gdy stn logiczny wszystkich wejść wynosi 1 Przez fizyków yw nzywny ukłdem koincydencyjnym n Ukłd ntykoincydencyjny f = Ukłd opóźnijący W pierwszym przypdku - opóźnienie jest proporcjonlne do stłej x U U x U czs czsowej RC W drugim - do liczy rmek o czsu propgcji sygnłu przez nie U U czs

5 69 Cyfrowy ukłd różniczkujący - wytwrzjący sygnły w momentch rozpoczęci i 1 n zkończeni pewnego sygnłu W X przypdku, gdy licz rmek (n) w lini opóźnijąc linii opóźnijącej jest nieprzyst, U sygnł wyjściowy m odwróconą polryzcję U X U Brmki nie powinny yć ndmiernie ociążne Kżdy ukłd cyfrowy m określoną ociążlność, czyli liczę mówiącą ile wejść cyfrowych może yć podłączonych do dnego wyjści W przypdku, gdy ukłd +5V cyfrowy m sterowć innym ukłdem nleży posłużyć się wzmcniczem np trnzystorowym () lu driverem 700Ω () - wzmcniczem znjdującym się w rodzinie cyfrowych ukłdów sclonych zwiększjącym ociążlność wyjści rmki Gdy do ukłdu cyfrowego wprowdz 35 V się sygnł sterujący z zewnątrz, nleży zdć o zchownie stndrdowych npięć i polryzcji N rysunku c pokzno przykłd rozwiązni z pomocą diody Zener, któr nie dopuszcz do przekroczeni n wejściu rmki npięci 35 V, jk również do pojwieni się npięć o odwróconej polryzcji i npięciu większym niż -07 V

6 70 Ukłdy rytmetyczne Kżde słowo logiczne może yć interpretowne jko pewn licz zpisn w dnym kodzie inrnym N przykłd słowo (1011) w kodzie nturlnym jest liczą 11 : Z pomocą cyfrowych ukłdów elektronicznych możn konstruowć ukłdy dokonujące opercji rytmetycznych n tkich liczch Ich podstwą są półsumtory - ukłdy dodjące dwie liczy jednoitowe i W wyniku sumowni powstje licz dwuitow której elementmi są sum s i przeniesienie p : s p s - funkcj EXOR, p - funkcj AND s p Sumtor jednoitowy, który może prcowć przy sumowniu n i-tej pozycji poz dnymi i i i przyjmuje tkże przeniesienie z pozycji poprzedniej p i-1 ; generuje sumę s i i przeniesienie n pozycję nstępną p i : i i p i-1 s i p i p i-1 i i s i p i

7 71 Brmk AND morze yć wykorzystn do sterowni przepływem informcji Ciąg impulsów podny n wejście ukłdu dostnie się do wyjści wtedy i tylko wtedy gdy n wejściu sterującym pojwi się stn logiczny 1 JŚCIE STEROWANIE JŚCIE Urządzenimi przeznczonymi do kontroli przepływu informcji są multipleksery i demultipleksery W przedstwionym ook przykłdzie multiplekser informcj podwn jest n czteroknłowe wejście Do wyjści dostnie się tylko informcj z knłu, którego dres zostnie wywołny przez podnie n wejście dresowe dwuitowego dresu wejści informcyjnego JŚCIE 0 JŚCIE 1 JŚCIE 2 JŚCIE 3 ZEZWOLENIE A 1 A 0 J ADRESO J W demultiplekserze informcj z wejści jest kierown do tego wyjści, którego dres zostł wywołny przez podnie n wejście dresowe numery wyjści informcyjnego ZEZWOLENIE JŚCIE JŚCIE 0 JŚCIE 1 JŚCIE 2 JŚCIE 3 Dziłnie ou urządzeń jest możliwe dopiero wtedy, gdy wejście zezwolenie znjduje się w stnie logicznym 1 A 1 A 0 J ADRESO