Logikchips. Teil 1.

Einführungsartikel über Logikchips. Beschreibt Zahlensysteme und die Darstellung einer Binärzahl unter Verwendung elektrischer Signale.

Die moderne digitale integrierte Schaltung ist eine elektronische Miniatureinheit, deren Gehäuse aktive und passive Elemente enthält, die in einem bestimmten Muster verbunden sind. Dies sind Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren.

Die Anzahl der Elemente in modernen Mikroschaltungen kann mehrere hunderttausend und sogar Millionen von Elementen erreichen. Denken Sie daran Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Speicherchips.

Um einfach alle modernen Mikroschaltungen aufzulisten, benötigen Sie nicht einen Artikel, sondern ein ganzes, ziemlich dickes Buch. In diesem Artikel werden hauptsächlich Mikroschaltungen mit kleinem und mittlerem Integrationsgrad betrachtet einfache logische Elemente.

Vor ungefähr zwanzig Jahren Integrierte Schaltungen (LSI)In der Regel haben sie die in sie eingebettete Funktion während des Herstellungsprozesses ausgeführt. In einer Mikroschaltung könnte ein Mikrorechner, eine Uhr oder ein Knoten eines elektronischen Computers (Computers) verborgen sein.

Derzeit weit verbreitet alle Arten von Mikrocontrollern: auch so ein einfaches Gerät wie Chinesische Weihnachtsgirlande Es gibt nichts als einen programmierten Mikrocontroller.

Elektronische Uhren, Haushalts-Timer, verschiedene Sprech- und Gesangsspielzeuge werden ebenfalls durch Programmieren des entsprechenden Mikrocontrollers erhalten. Oder, wie jetzt jeder hört, ein Blinken.

Mit anderen Worten nicht programmierte Steuerung Dies ist die Scheibe, von der das Gerät mit den für den Entwickler erforderlichen Eigenschaften erhalten wird. Und trotz dieser Universalität sind die Eingangs- und Ausgangssignale des Mikrocontrollers dieselben wie die digitalen Mikroschaltungen mit kleinem und mittlerem Integrationsgrad. Ohne Kenntnis dieser bereits veralteten und vergesslichen Elemente gibt es daher einfach keinen Weg mehr.

Im Zentrum der Arbeit digitale Schaltungen liegt ein Binärzahlensystem. Es liegt auch dem Betrieb moderner Personalcomputer und aller Computer- und Kommunikationssysteme zugrunde.

Im Alltag verwenden wir das Dezimalzahlensystem mit zehn Ziffern 0 ... 9. Ein solches System entstand, weil jeder Mensch zehn Finger an den Händen hat. Einige Völker des Nordens zählten bis zu zwanzig, und die Zahl zwanzig wurde "der ganze Mann" genannt.

Zehn ist keine Ziffer mehr, sondern eine Zahl, die aus einer Zehn- und einer Nulleinheit besteht: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Genauso enthält die Zahl 640 sechshundert + vier Zehner + Null-Einheiten oder in Form der Zahlen 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Ein solches System wird als Dezimalposition bezeichnet, d.h. Das Gewicht der Entladung hängt von ihrer Position in der Anzahl ab. Es ist leicht zu bemerken, dass dies Einheiten sein werden, Zehn, Hunderte, Tausende, Zehntausende, Hunderttausende und so weiter.

In einem binären System wird eine Zahl auf genau die gleiche Weise erhalten, jedoch nicht zehn, sondern zwei und ihr Grad werden als Basis verwendet. Das heißt, nicht 1, 10, 100, 1000, 10000 usw., sondern 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Jede nachfolgende Zahl wird erhalten, indem die vorherige mit der Basis des Systems multipliziert wird (in diesem Fall mit 2). d.h. Erhöhen des vorherigen auf den nächsten Grad. Für das Dezimalsystem wird jede vorherige Zahl mit zehn multipliziert, da die Basis des Zahlensystems zehn ist.

Unter Verwendung einer 8-Bit-Binärzahl (Byte wird in der Computertechnologie genannt) ist es möglich, Dezimalzahlen im Bereich von 0 bis 255 oder in Binärform 0000 0000 ... 1111 1111 (b) darzustellen.

Die oben erwähnte Nummer 640 entspricht dem Eintrag 640 = 10 1000 0000 (b) oder, wie im vorherigen Beispiel

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(b) am Ende des Datensatzes zeigt an, dass die Zahl binär ist.Der einfachste Weg, die Richtigkeit dieses Eintrags zu überprüfen, ist der Windows-Rechner. Diese Form der Codierung von Informationen erwies sich für Computer als sehr praktisch, da die Unterscheidung von Null von Eins so einfach ist wie ein geschlossener Kontakt von einem offenen oder eine brennende Lampe von einem erloschenen.

Wenn binäre Informationen unter Verwendung elektrischer Signale übertragen werden, sind nur zwei Spannungspegel erforderlich. In der Regel ist es positiver (hoch) und weniger positiv oder sogar negativ (null).

Am häufigsten wird eine Spannung mit hohem Pegel als logische Einheit betrachtet, und eine Spannung mit niedrigem Pegel wird als logische Null betrachtet. Dann sagen sie, dass es sich um positive Logik handelt.

Darüber hinaus gibt es auch eine negative Logik: Eine Spannung mit hohem Pegel ist eine logische 0 und ein niedriger Pegel ist eine logische Einheit. In diesem Artikel werden wir nur positive Logik betrachten.

Einer der zu dieser Zeit unter Funkamateuren am häufigsten und beliebtesten war Mikroschaltungen der K155-Serie. Für sie liegt die logische Nullspannung auf dem Pegel von 0 ... 0,4 V und die logische Einheit bei 2,4 ... 5,0 V. Dies trotz der Tatsache, dass die Nennversorgungsspannung für diese Serie 5 V mit einer Toleranz von + - zehn Prozent beträgt.

Für andere Serien von Mikroschaltungen mit einer anderen Versorgungsspannung sind diese Zahlen natürlich unterschiedlich, aber innerhalb derselben Serie unverändert. Wir können ungefähr sagen, dass die Spannung einer logischen Einheit in den meisten Reihen von Mikroschaltungen von der halben Versorgungsspannung bis zur vollen Versorgungsspannung reicht.

Beispielsweise liegt bei Mikroschaltungen der Serie K561 mit einer Versorgungsspannung von + 15 V die logische Einheitsspannung im Bereich von + 7,5 ... 15 V. Die K561-Serie kann mit einer Versorgungsspannung von 3 ... 15 V betrieben werden. In diesem Fall liegt die Spannung der logischen Einheit innerhalb der oben angegebenen Grenzen.

Wir werden die Beschreibung von logischen Schaltkreisen unter Verwendung der K155-Serie als die häufigste betrachten und erfordern keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen während des Betriebs.

Diese Serie von Chips gilt als funktional vollständig und enthält ca. 100 Artikel. Dies bedeutet, dass Sie mit dieser Serie sogar die komplexeste logische Funktion implementieren können.

Im nächsten Artikel werden wir uns mit der Funktionsweise und dem Gerät digitaler Mikroschaltungen vertraut machen. Wir werden diese Bekanntschaft mit logischen Elementen beginnen, die die einfachsten Funktionen implementieren. Boolesche Algebra (Algebra der Logik).

Boris Aladyshkin

Fortsetzung des Artikels: Logikchips. Teil 2. 

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