Loogiset sirut. Osa 1

Alustava artikkeli logiikkapiireistä. Kuvailee numerojärjestelmiä ja binaarinumeron esittämistä sähköisiä signaaleja käyttämällä.

Moderni digitaalinen integroitu piiri on pienoiskoossa toimiva elektroninen yksikkö, jonka kotelossa on aktiiviset ja passiiviset elementit, jotka on kytketty tietyssä kuviossa. Nämä ovat transistoreita, diodeja, vastuksia ja kondensaattoreita.

Elementtien lukumäärä nykyaikaisissa mikropiireissä voi olla useita satoja tuhansia ja jopa miljoonia elementtejä. Muista vain mikroprosessorit, mikro-ohjaimet, muistisirut.

Kaikkien nykyaikaisten mikropiirien luetteloimiseksi tarvitset yhden artikkelin, mutta kokonaisen melko paksun kirjan. Tässä artikkelissa tarkastellaan pääasiassa pienten ja keskisuurten integraatioiden mikropiirejä yksinkertaiset logiikkaelementit.

Noin kaksikymmentä vuotta sitten Integroidut piirit (LSI)Yleensä he suorittivat heihin upotetun toiminnon valmistusprosessin aikana. Yhdessä mikropiirissä mikrolaskin, kello tai elektronisen tietokoneen (tietokoneen) solmu voisi olla piilossa.

Tällä hetkellä laajalle levinnyt kaikenlaisia ​​mikro-ohjaimia: jopa niin yksinkertainen laite kuin Kiinassa valmistettu joulun seppele ei ole muuta kuin ohjelmoitu mikrokontrolleri.

Elektroniset kellot, kotitalousajastimet, erilaiset puhuvat ja laulavat lelut saadaan myös ohjelmoimalla vastaava mikrokontrolleri. Tai, kuten kaikki kuulevat nyt, vilkkuva.

Toisin sanoen ei ohjelmoitu ohjain Tämä on levy, josta laite, jolla on kehittäjälle tarvittavat ominaisuudet, saadaan. Tästä yleisyydestä huolimatta mikro-ohjaimen tulo- ja lähtösignaalit ovat samat kuin pienten ja keskisuurten integraatioiden digitaaliset mikropiirit. Siksi ilman tietämystä näistä jo vanhentuneista ja unohdetuista osista ei yksinkertaisesti ole mitään tapaa edetä.

Työn ydin digitaaliset piirit on binaarilukujärjestelmä. Se on myös nykyaikaisten henkilökohtaisten tietokoneiden ja kaikkien tieto- ja viestintäjärjestelmien toiminnan perustana.

Käytämme arjessa desimaalijärjestelmää, joka sisältää kymmenen numeroa 0 ... 9. Tällainen järjestelmä syntyi, koska jokaisella henkilöllä on kymmenen sormea ​​käsillään. Joitakin pohjoisen kansoja oli jopa kaksikymmentä, ja lukumäärää kaksikymmentä kutsuttiin "koko ihmiseksi".

Kymmenen ei ole enää numero, vaan luku, joka koostuu yhdestä kymmenestä ja nollasta: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Täsmälleen samalla tavalla luku 640 sisältää kuusisataa + neljä kymmenen + nollayksikköä tai numeroiden 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1 muodossa.

Tällaista järjestelmää kutsutaan desimaalipositionaaliseksi, ts. purkauksen paino riippuu sen sijainnista lukumäärässä. On helppo huomata, että nämä ovat yksiköitä, kymmeniä, satoja, tuhansia, kymmeniä tuhansia, satoja tuhansia ja niin edelleen.

Binaarisessa järjestelmässä luku saadaan täsmälleen samalla tavalla, mutta ei kymmenen, mutta perustana käytetään kahta ja sen astetta. Toisin sanoen ei 1, 10, 100, 1000, 10000 ja niin edelleen, vaan 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Jokainen seuraava luku saadaan kertomalla edellinen numero järjestelmän pohjalla (tässä tapauksessa 2), eli nostaa edellisen seuraavalle asteelle. Desimaalijärjestelmässä jokainen aikaisempi luku kerrotaan kymmenellä, koska numerojärjestelmän perusta on kymmenen.

Käyttämällä kahdeksan bittistä binaarinumeroa (tavu kutsutaan tietotekniikassa) on mahdollista edustaa desimaalilukuja alueella 0 ... 255 tai binaarimuodossa 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Edellä mainittu luku 640 vastaa merkintää 640 = 10 1000 0000 (b) tai, kuten edellisessä esimerkissä

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

(b) merkitsee tietueen lopussa, että numero on binäärinen.Helpoin tapa tarkistaa tämän merkinnän oikeellisuus on Windows-laskin. Tämä koodaustiedon muoto osoittautui erittäin käteväksi tietokoneille, koska nollan erottaminen yhdestä on yhtä yksinkertaista kuin suljettu kosketin avoimesta tai palava lamppu kuolleesta.

Jos binaaritietoja lähetetään sähköisillä signaaleilla, tarvitaan vain kaksi jännitetasoa. Pääsääntöisesti se on positiivisempi (korkea) ja vähemmän positiivinen tai jopa negatiivinen (nolla).

Yleensä korkean tason jännitettä pidetään loogisena yksikönä ja matalan jännitteen loogisena nollana. Sitten he sanovat, että kyse on positiivisesta logiikasta.

Lisäksi on myös negatiivista logiikkaa: korkea jännite on looginen 0 ja matala on looginen yksikkö. Tässä artikkelissa tarkastelemme vain positiivista logiikkaa.

Yksi tuolloin yleisimmistä ja suosituimmista radioamatöörien keskuudessa oli K155-sarjan mikropiirit. Heille looginen nollajännite on tasolla 0 ... 0,4 V ja looginen yksikkö on 2,4 ... 5,0 V. Tämä on huolimatta siitä, että tämän sarjan nimellinen syöttöjännite on 5 V toleranssilla + - kymmenen prosenttia.

Muiden mikroskooppisarjojen sarjoilla, joilla on erilainen syöttöjännite, nämä numerot ovat tietysti erilaisia, mutta saman sarjan sisällä, muuttumattomat. Voidaan karkeasti sanoa, että loogisen yksikön jännite useimmissa mikrosirusarjoissa on alueella puolet syöttöjännitteestä täyteen syöttöjännitteeseen.

Esimerkiksi K561-sarjan mikropiireissä, joiden syöttöjännite on + 15 V, loogisen yksikön jännite on alueella + 7,5 ... 15 V. K561-sarjaa voidaan käyttää syöttöjännitteellä 3 ... 15 V: n sisällä. Tässä tapauksessa loogisen yksikön jännite on edellä ilmoitetuissa rajoissa.

Pidämme K155-sarjaa käyttävien loogisten piirien kuvausta yleisimminä eikä vaadi erityisiä varotoimia työskennellessäsi.

Tämän sirusarjan katsotaan olevan toiminnallisesti täydellinen ja sisältää noin 100 tuotetta. Tämä tarkoittaa, että tällä sarjalla voit toteuttaa minkä tahansa monimutkaisimmankin loogisen toiminnon.

Seuraavassa artikkelissa tutustumme digitaalisten mikropiirien toimintaan ja laitteeseen. Aloitamme tämän tutustumisen logiikkaelementeillä, jotka toteuttavat yksinkertaisimmat toiminnot. Boolen algebra (logiikan algebra).

Boris Aladyshkin

Artikkelin jatko: Loogiset sirut. Osa 2 

E-kirja -Aloittelijan opas AVR-mikrokontrollereihin