Jetoane logice. Partea 1

Articol introductiv despre cipurile logice. Descrie sistemele de numere și reprezentarea unui număr binar folosind semnale electrice.

Circuitul digital digital modern este o unitate electronică în miniatură, a cărei carcasă conține elemente active și pasive conectate într-un anumit tipar. Acestea sunt tranzistoare, diode, rezistențe și condensatoare.

Numărul de elemente din microcircuitele moderne poate ajunge la câteva sute de mii și chiar milioane de elemente. Doar amintiți-vă microprocesoare, microcontrolere, cipuri de memorie.

Pentru a enumera pur și simplu toate microcircuitele moderne, veți avea nevoie de un singur articol, ci de o carte întreagă destul de groasă. În acest articol, vom lua în considerare microcircuitele de integrare mică și medie, în principal elemente logice simple.

Acum vreo douăzeci de ani Circuite integrate (LSI)De regulă, ei au îndeplinit funcția încorporată în ele în timpul procesului de fabricație. Într-un microcircuit poate fi ascuns un micro-calculator, un ceas sau un nod al unui computer electronic (computer).

În prezent răspândită tot felul de microcontrolere: chiar și un dispozitiv atât de simplu ca Ghirlanda de Crăciun făcută din China nu există decât un microcontroler programat.

Ceasuri electronice, cronometre de uz casnic, diverse jucării de vorbire și cântare sunt, de asemenea, obținute prin programarea microcontrolerului corespunzător. Sau, așa cum toată lumea aude acum, o clipire.

Cu alte cuvinte nu controler programat Acesta este discul de pe care va fi obținut dispozitivul cu proprietățile necesare dezvoltatorului. Și, în ciuda unei astfel de universalități, semnalele de intrare și de ieșire ale microcontrolerului sunt aceleași ca și microcircuitele digitale cu un grad de integrare mic și mediu. Prin urmare, fără cunoașterea acestor elemente deja depășite și uitate, nu există pur și simplu niciun drum de urmat.

În centrul operei circuite digitale se află un sistem de numere binare. De asemenea, stă la baza funcționării computerelor personale moderne și a tuturor sistemelor de calcul și comunicare.

În viața de zi cu zi, folosim sistemul de numere zecimale care conține zece cifre 0 ... 9. Un astfel de sistem a apărut deoarece fiecare persoană are zece degete pe mâini. Unele popoare din Nord au numărat până la douăzeci, iar numărul douăzeci a fost numit „omul întreg”.

Zece nu mai este o cifră, ci un număr format dintr-un număr de zece și zero unități: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. În același mod, numărul 640 va conține șase sute + patru zeci + unități zero, sau sub forma numerelor 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Un astfel de sistem se numește pozițional zecimal, adică. greutatea descărcării depinde de poziția sa în număr. Este ușor de observat că acestea vor fi unități, zeci, sute, mii, zeci de mii, sute de mii și așa mai departe.

Într-un sistem binar, un număr este obținut în același mod, dar nu zece, dar două și gradul său sunt utilizate ca bază. Adică nu 1, 10, 100, 1000, 10000 și așa mai departe, ci 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Fiecare număr ulterior se obține prin înmulțirea precedentului cu baza sistemului (în acest caz, cu 2), și anume ridicarea anterioară la gradul următor. Pentru sistemul zecimal, fiecare număr anterior este înmulțit cu zece, deoarece baza sistemului de numere este zece.

Folosind un număr binar de opt biți, (octetul este numit în tehnologia computerului) este posibil să fie reprezentate numere zecimale în intervalul 0 ... 255, sau în formă binară 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Numărul 640 menționat mai sus va corespunde intrării 640 = 10 1000 0000 (b) sau, ca în exemplul precedent

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

(b) la sfârșitul înregistrării indică faptul că numărul este binar.Cel mai simplu mod de a verifica corectitudinea acestei intrări este cu calculatorul Windows. Această formă de codificare a informațiilor s-a dovedit a fi foarte convenabilă pentru computere, deoarece este la fel de ușor să distingem zero de unul ca un contact închis de un contact deschis sau o lampă de ardere de una extinsă.

Dacă informațiile binare sunt transmise folosind semnale electrice, atunci sunt necesare doar două niveluri de tensiune. De regulă, este mai pozitiv (mare), și mai puțin pozitiv sau chiar negativ (zero).

Cel mai adesea, o tensiune de nivel înalt este considerată o unitate logică, iar o tensiune de nivel scăzut este considerată un zero logic. Atunci ei spun că avem de-a face cu o logică pozitivă.

În plus, există și o logică negativă: o tensiune de nivel înalt este 0 logică, iar un nivel scăzut este o unitate logică. În acest articol vom lua în considerare doar logica pozitivă.

Unul dintre cele mai comune și populare la acea vreme în rândul radioamatorilor a fost microcircuite din seria K155. Pentru ei, tensiunea logică zero este la nivelul de 0 ... 0,4V, iar unitatea logică de 2,4 ... 5,0 V. Aceasta în ciuda faptului că tensiunea nominală de alimentare pentru această serie este de 5V cu o toleranță de + - zece la sută.

Pentru alte serii de microcircuite cu o tensiune de alimentare diferită, aceste numere sunt, desigur, diferite, dar în cadrul aceleiași serii, neschimbate. Aproximativ putem spune că tensiunea unei unități logice din majoritatea seriilor de microcircuite variază de la jumătate din tensiunea de alimentare la tensiunea completă de alimentare.

De exemplu, pentru microcircuitele din seria K561 cu o tensiune de alimentare de + 15V, tensiunea unității logice va fi cuprinsă în intervalul + 7,5 ... 15V. Seria K561 poate funcționa cu o tensiune de alimentare în 3 ... 15V. În acest caz, tensiunea unității logice se va încadra în limitele indicate mai sus.

Vom considera descrierea circuitelor logice folosind seria K155 ca fiind cea mai frecventă și nu necesită precauții speciale în timpul funcționării.

Această serie de jetoane este considerată funcțională completă și conține aproximativ 100 de articole. Aceasta înseamnă că cu această serie puteți implementa orice funcție logică cea mai complexă.

În articolul următor vom face cunoștință cu funcționarea și dispozitivul microcircuitelor digitale. Vom începe această cunoaștere cu elemente logice care implementează cele mai simple funcții. Algebra booleană (algebra logicii).

Boris Aladyshkin

Continuarea articolului: Jetoane logice. Partea a 2-a 

Carte electronică -Ghid pentru începători pentru microcontrolere AVR