10640

Цифровые элементы в информационно-управляющих системах

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Цифровые элементы в информационноуправляющих системах Рассмотрев систему управления можно отметить следующее: объект управления характеризуется изменением энергетических и материальных потоков и соответственно изменением параметров или координат во вре

Русский

2013-03-29

393 KB

16 чел.

Цифровые элементы в информационно-управляющих системах

Рассмотрев систему управления

можно отметить следующее:

- объект управления характеризуется изменением энергетических и материальных потоков и, соответственно, изменением параметров или координат во времени; эти изменения происходят непрерывно либо дискретно во времени (например, изменение температуры, расхода, скорости вращения, напряжения, тока и т. д.);

- интересующие нас параметры объекта преобразуются устройством ввода (преобразователями параметров) в сигналы, доступные устройству обработки информации; выходом устройства ввода могут быть электрические, пневматические, световые сигналы, изменяющиеся непрерывно во времени (аналоговые) или дискретно. Информацию о параметре несет, как правило, амплитуда аналогового сигнала на выходе УВ или частота гармонического сигнала. В дискретных , в т. ч. импульсных сигналах, информация отражается амплитудой, частотой следования импульсов, положением их на периоде следования и т. д.;

- в качестве устройства обработки информации в настоящее время используются в основном цифровые устройства с двоичной формой представления информации;

- устройства вывода осуществляют преобразование информации из формы, используемой  устройстве обработки, к форме, необходимой для исполнительного устройства.

В последние годы область применения цифровых элементов в системах управления значительно расширилась, приблизившись непосредственно к первичным преобразователям информации (датчикам) и исполнительным механизмам. Все чаще применяются т.н. «интеллектуальные» датчики, ИМ.

Дискретные сигналы, виды модуляции.

Сигналы с различной формой представления информации применяются в устройствах и каналах связи при кодировке с целью дальнейшей обработки информации, передачи и управления исполнительными механизмами.

В цифровых устройствах на входах, выходах логических элементов, межэлементных линиях связи, каналах данных циркулируют двухуровневые дискретные сигналы, соответствующие двоичной форме представления информации:

Основными достоинствами цифровых методов с двоичной системой исчисления являются:

- большая помехоустойчивость и стабильность работы по сравнению с аналоговыми;

- простота реализации устройств по сравнению с другими системами исчисления;

- большие возможности по запоминанию (накоплению) информации.

Помимо двоичной системы исчисления из  информатики известны также восьмеричная, шестнадцатиричная системы, но эти системы  используются в описаниях и программировании как удобный переход к двоичной. Двоично-десятичная система  в основном применяется при операциях ввода, вывода информации на устройства ее отображения.

При выполнении арифметических операций числа представляются в прямых кодах со знаком или дополнительных, в форме с фиксированной или плавающей запятой.

Основы алгебры логики

Алгебра логики первоначально возникла как наука решения логических задач алгебраическими методами. Условия таких задач допускали формулировку в виде составных высказываний, построенных из простых высказываний с помощью логических терминов «и», «или», «не», «если ..., то», «тогда и только тогда» и т. д. Ускорили развитие алгебры логики работы английского ученого Джона Буля (1815 – 1864 гг.).

Булева алгебра рассматривает высказывания, которые могут принимать два смысла: «ложь» и «истина», - или два значения: «0» и «1» (булевы или логические константы). Высказывания обычно обозначают большими буквами латинского алфавита: A, B, C,... Высказывания, истинные в одних условиях и ложные в других, обозначают буквами:X, Y, Z. Логические переменные обозначают малыми буквами латинского алфавита.

В алгебре логики определено отношение эквивалентности «=», одна унарная операция – отрицание, обозначаемое чертой над переменной (), и две бинарных: конъюнкция (операция И), обозначаемая знаками &, и дизъюнкция (операция ИЛИ), обозначаемая как .

Алгебра логики определяется системой следующих аксиом:

1)

2)

3)

4)

Если в аксиомах 2 – 4 произвести замену нуля на единицу а дизъюнкцию на конъюнкцию и наоборот, то получим из первых аксиом  вторые. Это свойство называется принципом двойственности.

Законы алгебры логики

Легко доказываются с помощью аксиом алгебры логики методом перебора значений логических переменных, множество которых состоит всего лишь из двух элементов: 0 и 1. Эти законы используются, в частности, для упрощения логических функций.

Законы:

- идемпотентные:

- коммутативные или переместительные:

- ассоциативные или сочетательные:

- дистрибутивные или распределительные:

- отрицания:  

                      

                           

- двойственности (теоремы де Моргана):

- двойного отрицания: ;

- поглощения:

- склеивания:

- обобщенного склеивания:

.

Теорема разложения

Любую функцию  можно разложить по переменной в форме

.

Теорема легко доказывается методом перебора значений переменной :

1) подставляем в левую и правую части равенства

и получаем тождество;

2) подставляем в левую и правую части равенства

также получаем тождество. Следовательно, при всех возможных значениях исходное равенство справедливо.

По принципу двойственности исходное равенство можно записать в другой форме, заменив нули единицами, единицы нулями , операции дизъюнкции – конъюнкциями, а конъюнкции – дизъюнкциями.

.

С теоремой разложения связаны два тождества:

,

.

Доказывается умножением формулы разложения на  и .

Приведенный набор элементарных операций И, ИЛИ, НЕ образует функционально полную систему булевых функций, через которые можно выразить все остальные. Помимо перечисленных основных функций используется ряд других. Все функции можно представить в виде таблицы.

x1

1

0

1

0

Наименование

операции

Обозначение

x2

1

1

0

0

F0

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F10

F11

F12

F13

F14

F15

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

Константа 0

Инверсия суммы или стрелка Пирса

Запрет по х2

Инверсия х2

Запрет по х1

Инверсия х1

Исключающее ИЛИ , неравнозначность

Инверсия И или штрих Шеффера

Конъюнкция

Равнозначность

х1

Импликация х1

х2

Импликация х2

Дизъюнкция

Константа 1

0

х1

х2

1

Импликация х1 – если х1 истинно, то оно следует из любого высказывания х2, если ложно – то из него следует любое х2.

Переключательные функции

Логическое выражение, составленное из булевых переменных, объединенных логическими операциями и принимающее значение 0 либо 1, называют логической или переключательной функцией. Переключательные функции можно также задавать таблично с помощью таблиц истинности.

В системах управления переключательные функции используют при формировании дискретных воздействий элементам системы. Пример: двигатель глубинного насоса в скважине включается (у1=1) если переключатель  режима установлен в положение «автомат» (х1=1), давление столба воды в скважине выше минимально допустимого (х2=1), уровень воды в водонапорной башне при выключенном насосе ниже  уровня его включения (х3=0, х4=1), или же переключатель режима установлен в положение «ручное управление» (х1=0), давление столба воды в скважине выше минимально допустимого (х2=1), нажата кнопка «Пуск» (х4=1). Выключается двигатель (у2=1) если нажата кнопка «Стоп» (х6=1) или давление столба воды в скважине меньше допустимого, или в режиме «автомат» при включенном насосе  уровень воды в башне выше уровня отключения (х3=1, х7=1) или

Переключательные функции: , .

Задание переключательных функций с помощью таблиц истинности.

Если количество логических переменных невелико (<7), а зависимость между входами и выходами сложная, то проще эти зависимости представлять в виде таблиц, называемых таблицами истинности. Часто таблицы истинности применяют при проектировании арифметических устройств. Обычно в левой части таблицы приводятся функции, в левой - аргументы. Чтобы получит все возможные комбинации аргументов, в самом правом столбце аргумент меняет значение в каждой строке, в следующем изменение происходит только через строку, в следующем – через 3 строки и т.д. Например, таблица для устройства возведения в квадрат трехразрядного двоичного числа.

У5

У4

У3

У2

У1

У0

Х2

Х1

Х0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

При реализации переключательных функций на дискретных элементах большое значение имеет минимизация исходных логических выражений.

Формы логических функций

1.Элементарной конъюнкцией называется логическое произведение нескольких переменных и их отрицаний, причем, каждая переменна в произведении присутствует только один раз. Количество переменных называют рангом элементарной конъюнкции.

Примеры: , .

2.Элементарной дизъюнкцией называется логическая сумма нескольких переменных и их отрицаний. Количество переменных называют рангом элементарной дизъюнкции.

Примеры: , .

3.Дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ) называют дизъюнкцию элементарных конъюнкций. Пример .

4.Конъюнктивной нормальной формой (КНФ) называют конъюнкцию элементарных дизъюнкций. Пример .

5.Совершенной ДНФ (СДНФ) называют дизъюнкцию элементарных конъюнкций одинакового ранга, составленных из одних и тех же переменных.

Пример .

6.Совершенной конъюнктивной нормальной формой (СКНФ) называют конъюнкцию элементарных дизъюнкций одинакового ранга. Пример .

Переменные  и их отрицания  называют еще первичными термами, для которых использую обозначения

, где  или 1.

   или    и .

Минимизация логических функций

Аналитические методы

Логическую функцию, заданную таблично в виде таблицы истинности, можно записать либо в виде СДНФ, либо СКНФ. Например.

у

х3

х2

х1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

Для записи СДНФ выбираем все строки, где у=1 и записываем в виде суммы конъюнкций элементов х, равных 1, или их отрицаний, если соответствующий х равен 0. . (1.3)

Для записи СКНФ выбирают строки с нулевыми значениями у

и записывают дизъюнкции элементов, имеющих нулевые значения, и отрицания элементов с единичными значениями:

.                 (2.3)

В выражении (1.3) у будет иметь единичное значение если хотя бы одна элементарная конъюнкция будет равна 1, в противном случае имеем у=0. В выражении (2.3) у=0 если хотя бы одна элементарная дизъюнкция будет равна 0.

При минимизации СДНФ проводят последовательно операции склеивания конъюнкций, отличающихся состоянием только одного элемента, и поглощения. При необходимости любую конъюнкцию или дизъюнкцию можно раздвоить, т.к. , .

Для (1.3) .

Склеивая два последних элемента, получим

.

По формуле обобщенного склеивания последняя функция преобразуется к виду .

Аналогично для (2.3) .

В соответствии с дистрибутивным законом , последнее выражение можно записать как.

Проблема заключается в том, что склеивать можно различные соседние конъюнкции и результат может получиться различный. Для упорядочения последовательностей операций при минимизации применяют методы Двайна, Мак-Класки и др.

При ручной минимизации для небольшого количества входных переменных наиболее эффективно применения диаграмм Вейча или матриц Карно, что почти одно и то же.

Исходной для минимизации является логическая функция в виде СДНФ. Если функция содержит n переменных, то СДНФ может содержать не более чем  конъюнкций. Матрица Карно  содержит  клеток, каждая из которых предназначена для записи результата соответствующей конъюнкции. Адресация клеток выполняется таким образом, что конъюнкции соседних по вертикали или горизонтали клеток отличаются состоянием только одного элемента. Для двух переменных матрица Карно имеет вид. Если в соответствии с логической функцией имеются единицы в соседних по вертикали или горизонтали клетках, то эти клетки объединяются (склеиваются) и переменная, имеющая различные значения для этих клеток, исчезает.

Пусть . Матрица Карно для этой функции содержит единицы в первой колонке, соответствующей х2=1. В результате склеивания соседних клеток первой колонки получаем у=х2.

При получении минимальной нормальной дизъюнктивной формы (МДНФ) для числа переменных больше 2-х необходимо составить матрицу Карно и накрыть все единичные клетки минимальным количеством как можно больших прямоугольников с количеством клеток, равным , но без нулевых клеток. Перекрытие прямоугольников допустимо. Количество конъюнкций в МДНФ будет равно числу прямоугольников, количество элементов в i-ой конъюнкции равно .

Для трех переменных матрица Карно имеет вид:

При такой адресации соседними являются клетки находящиеся на границах матрицы, в частности, на правой и левой границах, т. к. они отличаются только состоянием х3. Фактически матрица сворачивается в цилиндр с вертикальной осью.

Для рассмотренного ранее примера с логической функцией (1.3) матрица Карно представлена ниже. Все единицы объединяются двумя прямоугольниками  с m=1 и m=2. Соответственно, логическая функция может быть записана как

.

Для четырех переменных адресация осуществляется таким образом, что матрица Карно при сворачивании в тор обеспечивает соседство клеток по обоим осям. На рисунке в клетках указаны десятичные адреса, полученные из соответствующей двоичной кодировки трок и столбцов матрицы входными элементами.

Для пяти входов и более склеивание элементов существенно усложняется. Матрица для пяти входов составляется из двух четырехвходовых матриц. Номера соответствующих клеток двух матриц отличаются на 16. Поэтому клетки с номерами 0 и 16, 1 и 17, 2 и 18, ..., 15 и 31 также являются соседними и могут быть склеены, если в них записаны единицы. Но клетки 8 и 16, 9 и 17, 10 и 18, 11 и 19 не являются соседними, т. к. они отличаются состоянием двух разных разрядов.

Комбинационные схемы

МДНФ и МКНФ позволяют получать логические выражения, реализуемые с помощью элементарных операций дизъюнкции, конъюнкции, отрицания. Соответственно, простейшими логическими элементами являются инверторы, схемы логического умножения, логического сложения, а также комбинированные элементы. В настоящее время для условного обозначения на функциональных и электрических принципиальных схемах используют стандарты BS3939 и MIL/ANSI (американский).

BS3939                                             MIL/ANSI

Инвертор (НЕ), символьное обозначение ЛН

Логический умножитель (И), символьное обозначение ЛИ

Логический сумматор (ИЛИ), символьное обозначение ЛЛ

Комбинированный элемент И-НЕ, символьное обозначение ЛА

Исключающее ИЛИ (неравнозначность)

С помощью базовых элементов логические функции можно реализовать в виде электронных комбинационных схем. В комбинационных схемах выход в любой момент времени без учета переходных процессов однозначно зависит от состояния входов в этот же момент времени. Функциональная схема устройства, реализующего логическую функцию

приведена ниже

Полупроводниковые логические элементы

Основу ПП логических элементов составляют диоды и  транзисторы.

Диоды : биполярные на p-n переходах, носителями тока являются электроны и дырки;

диоды Шоттки – на переходах металл-полупроводник, отсутствуют неосновные носители. Падение напряжения на переходе при прямом смещении для германия равно ~0.3 В, для кремния ~0.7  В, для диодов Шоттки ~0.3-0.5 В.

Биполярные транзисторы.

Различают по типу переходов p-n-p и  n-p-n. Соответственно, обозначения на схемах

В логических элементах транзисторы работают в основном в ключевом режиме: либо переход коллектор – эмиттер заперт, падение напряжения на переходе почти равно напряжению питания, а ток перехода и рассеиваемая мощность близки  к нулю; либо переход полностью открыт, падение напряжения на переходе мало (0,7 В для кремния), ток ограничивается током источника и ограничивающим резистором в коллекторной цепи. Рассеиваемая мощность  небольшая.

Биполярные транзистор управляются током. Быстродействие ограничивается временем рассасывания зарядов неосновных носителей на переходах.

Полевые транзисторы (FET – field effect transistor).

Используют переходы металл – диэлектрик – полупроводник (MOS). Управление осуществляется электрическим полем. Различают приборы со встроенным и индуцированным каналами p-типа и n-типа. В приборах со встроенным каналом ток между истоком и стоком протекает при отсутствии напряжений на затворе, а закрывается канал р-типа положительным напряжением, n-типа – отрицательным. В приборах с индуцируемым каналом при отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком отсутствует, канал отпирается при подаче на затвор положительного напряжения для n- типа и отрицательного для р-типа.

Изображение на схемах.

Два однотипных транзистора с различным типом проводимости образуют комплиментарную пару.

Транзисторно-транзисторная логика.

Построена на биполярных транзисторах, работающих в режиме усиления напряжения. Простейший инвертор можно получить, включив n-p-n транзистор как усилитель напряжения (режим с общим эмиттером).

В логических элементах в качестве входного устройства используется многоэмиттерный транзистор n-p-n типа, причем, режим работы транзистора соответствует двухдиодному ключу.

На свободных входах (не подключенных к источнику тока) наводится напряжение 1,7В. Ток VT1 через переход база-коллектор течет в базу  VT2, отпирая его. Резистор R1, ограничивает ток базы VT1. Поскольку, VT2 открыт, напряжение на переходе коллектор-эмиттер VT2 мало и напряжение на выходе близко к 0. При подключении любого входа или всех входов к положительному полюсу источника питания (подача на вход напряжения соответствующего уровню логической единицы) состояние выхода не изменяется.

При подключении входа к нулевому полюсу источника питания, ток базы VT1 уходит через эмиттер, коллекторный ток уменьшается и транзистор VT2 запирается. Напряжение на его выходе повышается до уровня близкого к напряжению питания, т.е. на выходе устанавливается уровень логической единицы.

Основные серии ИС ТТЛ.

  1.  Малая мощность и низкое быстродействие (специальная и общего назначения): 134; 136 – аналог SN54L; 158 – SN74L.
  2.  Средняя мощность и среднее быстродействие: 133 – SN54; 155 – SN74;

с диодами Шоттки: 533 – SN54LS; 555 – SN74LS.

улучшенная технология: 1533 – SN54ALS; KP1533 – SN74ALS.

  1.  Повышенной мощности и быстродействия:

130 – SN54H;  131 – SN74H  

с диодами Шоттки: 530 – SN54S; 531 – SN74S.

улучшенная технология: 1531 – SN54F; KP1531 – SN74F (fast – быстрая).

В серии элементы различают по виду выполняемой операции, количеству входов, типу выходов, количества элементов в корпусе ИС.

Наиболее распространенные типы выходов:

  •  обычный или стандартный,
  •  с открытым коллектором,
  •  с тремя состояниями,
  •  с открытым эмиттером.

На схемах для указания типа выхода зачастую используют дополнительные обозначения:

причем, в элементах с выходом последнего типа на выходе может быть низкий уровень (логический 0), высокий уровень (логическая 1) или отключенное состояние (высокий импеданс), когда оба выходных транзистора VT3 и VT4 заперты. Для управления состоянием выходных транзисторов используется еще один входной сигнал (разрешение) или ОЕ (output enable) .

Напряжения питания: SN74   -  +; SN54  - .

Диапазон рабочих температур:  SN74 – 0 - ; SN54 - - .

Стандартные величины напряжений для входов, выходов:

вход: «0» - 0 – 0,8 В;  «1» - 2,2 В – 5В;

выход: «0» - 0 - 0,4В; «1» - 2,4 В – 5 В.

Нагрузочная способность: в среднем можно подключать до 10 входов на один выход;

для элементов с повышенной нагрузочной способностью можно подключать до 30 входов на 1 выход.

Время задержки: 3 – 30 пикосекунд на вентиль.

Эмиттерно-связанная логика

Имеет максимальное быстродействие но и отличается максимальным энергопотреблением. Входные биполярные транзисторы включены по схеме «общий коллектор» и объединены эмиттерами, выходные также работают как эмиттерные повторители.

Транзисторы VT1-VT3 образуют дифференциальный усилитель. Ток протекает либо через VT1, VT2, либо через VT3. Напряжение питания . Опорное напряжение базы транзистора VT3 составляет -1,29 В. Если , т.е. на вход подан логический нуль, транзисторы VT1, VT2 заперты, VT3 открыт. Ток через R3 течет в базу транзистора VT4 и на выходе У1 высокий уровень (Uвых1>-0,96 B), т.е. уровень логической единицы. Транзистор VT3 открыт, на его коллекторе и на базе VT5 низкий уровень (Uвых2=-1,65 В), т.е. уровень логического нуля.

При подаче на любой вход логической единицы (U1=-0,81 B), соответствующий транзистор VT1 илиVT2 открывается, VT3 закрывается. На выходе VT4 напряжение понижается до уровня логического нуля, на выходе VT5 повышается до уровня логической единицы. Схема реализует операцию ИЛИ, причем, , .

Отечественные серии ИС 100, 500. Зарубежный аналог МС10000.

Время задержки на вентиль составляет 2 пс.

Имеет низкую помехоустойчивость, большое энергопотребление.

Комплиментарная логика

Интегральные схемы на полевых транзисторах по сравнению с биполярными конструктивно более просты, занимают меньшие размеры на кристалле и, следовательно, позволяют получить большую плотность упаковки (до 105 ключей/кристалл), имеют высокую помехоустойчивость и малую мощность рассеивания. В то же время, быстродействие приближается к ТТЛ. Инвертор на КМОП транзисторах работает следующим образом: при подаче на вход сигнала низкого уровня транзистор VT1 c каналом р-типа открывается, т.к. потенциал затвора относительно истока будет отрицательным и ниже порога открытия. Нижний транзистор VT2 заперт. На выходе инвертора, к которому подключены стоки обоих транзисторов буде высокий потенциал, соответствующий уровню логической единицы. При подаче на вход сигнала высокого уровня VT1 закрывается, но открывается транзистор VT2 с каналом n – типа. На выходе инвертора установится низкий уровень.

Соединяя транзисторы с каналом одного типа группами, последовательно или параллельно, можно получать многовходовые элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Если соединить параллельно транзисторы n – типа , а последовательно p – типа, получим элемент ИЛИ-НЕ, если наоборот – получим И-НЕ. При подаче на любой вход (или на оба входа) сигнала низкого уровня, соответствующий верхний транзистор (или транзисторы) откроется, на выходе будет высокий уровень, т. к. один из нижних транзисторов (или оба) бет закрыт.

Если на оба входа подать высокий уровень, оба верхних транзистора будут закрыты, а нижние открыты – на выходе схемы будет низкий уровень.

Основные серии ИС на полевых транзисторах

Отечественные: 164, 176,  зарубежный аналог CD4000,  U питания  3...15 В и 9 В.

С диодами Шоттки: 564, 561; аналог  CD4000A (фирма RCA), CD14000A(Motorola), U питания  3...15 В.

Улучшенной технологии: КР1561; аналог CD4000B, MC14000B; U питания  3...18 В.

                                           1564; аналог 54НС. U питания  2...6 В.

Время задержки в наиболее быстродействующих сериях – до 5 пс/вентиль.

Интегрально – инжекционная логика И2Л

Это транзисторная логика с непосредственными связями без промежуточных ограничивающих ток резисторов. Построена на комплиментарных биполярных транзисторах. Отсутствие резисторов позволяет ускорить процесс рассасывания зарядов в базах транзисторов при переключении и, тем самым, повысить быстродействие. Дл уменьшения рассеиваемой мощности используют пониженное напряжение питания (до 2 В). Имеют высокую плотность упаковки (>1000 элементов/мм2), высокое быстродействие, но меньшую по сравнению с ТТЛ помехоустойчивость. Используют во внутренних структурах БИС с внешним обрамлением из элементов ТТЛ.

Классификация ИС в зависимости от числа элементов

Малые ИС: цифровые - до 100 элементов, аналоговые – до 30.

Средние ИС: цифровые на полевых транзисторах 100 – 1000, на биполярных 100 – 500, аналоговые 30 – 100.

Большие ИС: цифровые на полевых транзисторах 1000 – 10000, на биполярных 500 – 2000, аналоговые 100 – 300.

Сверхбольшие ИС: цифровые на полевых транзисторах  > 10000, на биполярных > 2000, аналоговые > 300.

Степень интеграции еще определяют как ближайшее целое число для логарифма количества элементов: .

Условные символьные обозначения ИС

В одном корпусе ИС малой и средней степеней интеграции может содержаться несколько простых логических элементов, размещаемых на одном кристалле и объединенных общим питанием. Для этих ИС наиболее распространены металлостеклянные, металлокерамические, пластмассовые или керамические корпуса с 14 или 16 выводами.

Условное обозначение, пример:

К  5  3  3   Л  А  3  А

1   2    3      4  5   6  7

Первый символ или группа (1) определяют область применения ИС или материал корпуса (К – общего применения (ОП), КР – ОП в пластмассовом корпусе, КМ – ОП  керамическом корпусе, при отсутствии символа – ИС специального назначения);

2 – группа по конструктивно-технологическому исполнению (5 – с диодами Шоттки, 15 – улучшенная технология);

3 – порядковый номер серии;

4 – подгруппа по функциональному назначению ( Л – логические элементы ...);

5 – вид по функциональному назначению в подгруппе (А – в логических элементах функция И-НЕ);

6 – условный номер разработки ИС в заданной серии, определяет особенности элемента, такие как количество входов, тип выхода и т.д.;

7 – разброс параметров (может не присутствовать).

Классификация ИС по подгруппам

А – формирователи: АГ- импульсов прямоугольной формы, ...,АП – прочие ;

Б – схемы задержки: БМ – пассивные, БР – активные;

В – схемы вычислительных  средств:

ВА – сопряжения с магистралью;

ВБ- синхронизации;

ВВ – управления вводом, выводом (интерфейсы);

ВГ – контроллеры;

ВЕ – микро – ЭВМ;

ВЖ – специализированные;

ВИ – времязадающие;

ВК – комбинированные;

ВМ – микропроцессоры;

ВН – управления прерываниями;

ВП – прочие;

ВР – расширители, в т.ч. умножители;

ВС – микропроцессоры секционные;

ВТ – управления памятью;

ВУ – микропрограммного управления;

ВФ – функциональные преобразователи информации;

Г – генераторы;

В – детекторы;

Е – элементы вторичных источников питания (стабилизаторы);

И – схемы арифметических и дискретных устройств:

ИА – арифметическо – логические устройства;

ИВ – шифраторы;

ИД – дешифраторы;

ИЕ – счетчики;

ИК – комбинированные устройства;

ИЛ – полусумматоры;

ИМ – сумматоры;

ИП – прочие;

ИР – регистры;

К – коммутаторы и ключи:

КН – напряжения;

КП – прочие;

КТ – тока;

Л – логические элементы:

ЛА – И-НЕ;

ЛБ – И-НЕ/ИЛИ-НЕ;

ЛД – расширители;

ЛЕ – ИЛИ-НЕ;

ЛИ – И;

ЛК – И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ;

ЛЛ – ИЛИ;

ЛМ – ИЛИ-НЕ/ИЛИ;

ЛН – НЕ;

ЛП – прочие;

ЛР – И-ИЛИ-НЕ;

ЛС – И-ИЛИ;

М – модуляторы;

Н – наборы элементов:

НД – диодов;

НЕ – конденсаторов;

НТ – транзисторов;

НР – резисторов;

П – преобразователи:

ПА – цифро-аналоговые;

ПВ – аналого-цифровые;

ПУ – уровня сигнала;

Р – запоминающие устройства:

РВ – постоянные (ПЗУ);

РЕ – ПЗУ масочного типа;

РМ – оперативные;

РР – ПЗУ с электрическим стиранием и многократной перезаписью;

РТ – ПЗУ однократно программируемые;

РУ – ОЗУ со схемами управления;

РФ – ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации многократно программируемые;

С – схемы сравнения:

СА – аналоговых сигналов (компараторы);

СП – прочие;

Т – триггеры:

ТВ – JK – триггеры;

ТД – динамические;

ТЛ – Шмитта;

ТМ – Д-триггеры;

ТП – прочие;

ТР – RS-триггеры;

ТТ – Т- типа (счетные);

У – усилители;

Ф – фильтры;

Х – многофункциональные элементы.

Условные графические изображения элементов на функциональных и электрических принципиальных схемах

Элементы изображаются прямоугольниками, со сторонами, кратными 5 мм или 2,5 мм при использовании машинной графики. На схемах все размеры также кратны этим значениям. С левой стороны обычно прямыми линиями изображаются входы элемента, справа – выходы. Инверсия сигнала обозначается кружком с диаметром до 3 мм. Для ИС средней и большей степеней наличие окружности на входе означает, что активный сигнал, при котором происходит выполнение функции, имеет низкий уровень. Для этих же схем графическое изображение состоит из трех прямоугольников: для обозначения входных сигналов, функции элемента и выходных сигналов.

Логические элементы. Их символьные обозначения и изображение на схемах.

Инверторы.

Примеры: К555ЛН1, К564ЛН2 ...

Обозначения на схемах и пример разводки элементов в корпусе.

По типу выходов могут быть со стандартным выходом (К555ЛН1), с открытым коллектором (ЛН2), с повышенным напряжением на выходе (ЛН3), с тремя состояниями и входом управления.

Элементы, выполняющие логические операции с несколькими входами показаны ниже, причем, справа показано обозначение некоторых элементов на функциональных схемах.

ИС К155ЛР1 является комбинированной (комбинационной) схемой, выполняющей операции 2И-2И-ИЛИ-НЕ.

Входы Э и К предназначены для подключения выходов  (эмиттера и коллектора выходного транзистора) расширителя по И (схем ЛД). Применение комбинированных элементов позволяет сократить количество корпусов ИС в устройстве, уменьшить энергопотребление и увеличить быстродействие, т.к. схемы этих элементов оптимизированы по внутренней структуре.

 

Типовые комбинационные схемы

Дешифраторы

Дешифратором называется комбинационная схема, преобразующая параллельный двоичный код в унитарный. В унитарных кодах состояние только одного разряда отличается от остальных. Например, для двухразрядного входного кода таблица истинности, логические функции  и функциональная схема имеют вид:

у3

у2

у1

у0

х2

х1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

, , ,

Код х2,х1 определяет адрес выбранного выхода, состояние которого отличается от остальных.

Чаще в типовых ИС на выбранном выходе устанавливается логический ноль. Если количество выходов в дешифраторе равно 2m, где m – число входов, то дешифратор называют полным, если количество выходов меньше этого значения – неполным.

Примером неполного дешифратора может быть К555ИД6, приведенный ниже.

Демультиплексоры

Комбинационная схема, передающая на выбранный выход входной бит. Зачастую демультиплексоры определяют как дешифраторы с входом разрешения выполнения операции, т. е. передаваемый бит является входом разрешения или комбинацией входов разрешения дешифрации.

у7

у6

у5

у4

у3

у2

у1

у0

Е

х3

х2

х1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

х

0

0

0

0

1

1

1

1

х

0

0

1

1

0

0

1

1

х

0

1

0

1

0

1

0

1

Пример, К555ИД7.  Сигнал разрешения определяется как   

  

Мультиплексоры

Комбинационные схемы, выполняющие коммутацию выбранного входа на выход.

Например, для  двухразрядного адреса и четырех входов логическая функция равна

                        К155КП5А                                                          К555КП11

     

В счетверенном мультиплексоре КП11 А – адрес выбираемых входов, при А=0 на выходы передаются входы с нулевым номером, при А=1 – с первым. Е – вход разрешения передачи, при Е=0 передача с выбранных входов на выходы происходит, при Е=1 на выходах устанавливается третье состояние.

Шифраторы

Комбинационная схема, преобразующая входной унитарный код в двоичный. Пример для четырехразрядного входа

у2

у1

у0

х4

х3

х2

х1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

у2 = х4

Если входные разряды могут принимать значения независимо друг от друга, то естественно, они могут иметь одновременно единичные значения и код не будет унитарным. При преобразовании таких кодов используют приоритетные шифраторы, т. е. входные разряды расставляют по уровню их значимости (приоритету) и устройство формирует адрес старшей значащей единицы (или нуля), причем, признак наличия единицы может формироваться отдельным разрядом, используемым при шифрации многоразрядных кодов. Нумерацию входов удобнее начинать с нуля, тогда выходной код совпадет с адресом или номером старшего значащего разряда..

упр

у1

у0

х3

х2

х1

х0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

х

0

0

1

1

х

х

0

1

0

1

х

х

х – произвольное значение.

Приоритетные  шифраторы известны в различных сериях, в частности в 155 шифратор ИВ1 для преобразования восьмиразрядного кода (х0 – х7) в трехразрядный адрес нуля в старшем разряде. Адрес представлен в инверсном коде. Е – вход разрешения передачи данных на выход, G – признак наличия хотя бы одного нуля на входе, принимающий

нулевое значения,  если таковой имеется. ЕО – признак отсутствия нуля на входе, равный нулю при отсутствии нулей во входном коде. Применяется при каскадировании шифраторов в случае преобразования многоразрядных кодов с количеством разрядов больше 8.

Сумматоры

Выполняют сложение двоичных m – разрядных чисел. Для трех разрядов

si+1=ci+1

si

yi

xi

сi

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

.

.

Схема сумматора для трех одноразрядных чисел или одноразрядного полного сумматора, а также построение из одноразрядных сумматоров схемы для  двух двухразрядных чисел и типовая интегральная схема приведены ниже.

Основным недостатком сумматором с последовательным распространением переноса (последовательных сумматоров) является малое быстродействие, уменьшающееся с увеличением числа суммируемых разрядов. Для повышения быстродействия используют методы ускоренного формирования переноса за счет увеличения аппаратных затрат. При формировании сумм используют комбинационные схемы, называемые полусумматорами. Последние, в отличие от полного одноразрядного сумматора, получают из исходных ci , xi , yi  разряд si , а также сигналы pi , gi , называемые функциями распространения переноса и генерации переноса. ,

С использованием функций генерации и распространения переноса разряд переноса вычисляется в схеме ускоренного переноса как .

В четырехразрядной схеме переносы формируются в соответствии с приведенным выше выражением и полученным на его основе логическим функциям:

  ,                                                                                                                                           

,

.

Функциональная схема полусумматора и четырехразрядного сумматора со схемой ускоренного переноса приведены ниже.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7736. Особенности составления психокоррекционных программ 69.5 KB
  Особенности составления психокоррекционных программ. Принципы составления и основные виды психокоррекционных программ Основные принципы составления психокоррекционных программ Составляя различного рода коррекционные программы, необходимо опирать...
7737. Основные направления в зарубежной психокоррекционной практике 185 KB
  Основные направления в зарубежной психокоррекционной практике. Коррекционные воздействия в классическом психоанализе Термин психодинамика был введен в 1918 г. Р. Вудвортсом. Согласно определению в центре психодинамического...
7738. Поведенческое направление 81 KB
  Поведенческое направление Поведенческое направление в психокоррекционной работе берет свое начало от работ Д. Вольпе и А. Лазаруса (середина 50-х - начало 60-х годов), хотя корни его уходят в бихевиоризм Д. Уотсона и Э. Торндайка. В основе дан...
7739. Когнитивное направление психокоррекции 149.5 KB
  Когнитивное направление психокоррекции. Особенности когнитивной психокоррекции Когнитивная психология появилась как ответная реакция на бихевиоризм и гештальтпсихологию. Поэтому в когнитивной психокоррекции основное внимание уделяется познавател...
7740. Трансактный анализ Э. Берна 56.5 KB
  Трансактный анализ Э. Берна Э. Берн создал популярную концепцию, корни которой уходят в психоанализ. Однако концепция Берна вобрала в себя идеи и понятия как психодинамического, так и бихевиористского подхода, сделав акцент на определении...
7741. Гештальттерапия Ф. Перлза 64.5 KB
  Гештальттерапия Ф. Перлза Метод, созданный американским психологом Ф. Перлзом под влиянием идей гештальтпсихологии, экзистенциализма, психоанализа, получил большую практическую популярность. Ф. Перлз перенес закономерности образования фигуры...
7742. Методы практической коррекции 171.5 KB
  Методы практической коррекции § 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА Игровая терапия - метод психотерапевтического воздействия на детей и взрослых с использованием игры. В основе различных методик, описываемых этим понятием, лежит признание того, что...
7743. Арттерапия как психокоррекционный метод 220 KB
  Арттерапия как психокоррекционный метод. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА Арттерапия возникла в 30-е годы нашего века. Первый урок применения арттерапии относится к попыткам коррекции эмоционально-личностных проблем детей, эмигрировавших в США из...
7744. Методы поведенческой коррекции 157 KB
  Методы поведенческой коррекции. Метод систематической десенсибилизации и сенсибилизации В 1958 г. вышла книга австрийского психотерапевта Д. Вольпе Психотерапия реципрокным торможением. В теории реципрокного торможения Вольпе речь идет о тормо...