Logikchips. Del 1

Inledande artikel om logikchips. Beskriver nummersystem och representation av ett binärt nummer med hjälp av elektriska signaler.

Den moderna digitala integrerade kretsen är en miniatyr elektronisk enhet vars hus innehåller aktiva och passiva element anslutna i ett visst mönster. Dessa är transistorer, dioder, motstånd och kondensatorer.

Antalet element i moderna mikrokretsar kan nå flera hundra tusen och till och med miljoner element. Kom bara ihåg mikroprocessorer, mikrokontroller, minneschips.

För att helt enkelt lista alla moderna mikrokretsar behöver du inte en artikel utan en hel ganska tjock bok. I den här artikeln kommer vi att överväga mikrokretsar med liten och medelhög grad av integration, främst enkla logikelement.

För ungefär tjugo år sedan Integrerade kretsar (LSI)Som regel utförde de funktionen inbäddad i dem under tillverkningsprocessen. I en mikrokrets kan en mikroberäknare, en klocka eller en nod på en elektronisk dator (dator) döljas.

För närvarande utbredd alla typer av mikrokontroller: till och med en så enkel enhet som Kineslagd julkrans det finns inget annat än en programmerad mikrokontroller.

Elektroniska klockor, hushållstimrar, olika prat- och sångleksaker erhålls också genom att programmera motsvarande mikrokontroller. Eller, som alla hör nu, en blinkande.

Med andra ord inte programmerad styrenhet Detta är den skiva från vilken enheten med de egenskaper som är nödvändiga för utvecklaren kommer att erhållas. Och trots en sådan universalitet är in- och utgångssignalerna från mikrokontrollern samma som de digitala mikrokretsarna med liten och medelhög integration. Utan kunskap om dessa redan föråldrade och glömska element finns det därför inget sätt att gå.

Kärnan i arbetet digitala kretsar ligger ett binärt talsystem. Det ligger också till grund för driften av moderna persondatorer och alla dator- och kommunikationssystem.

I vardagen använder vi decimaltalssystemet som innehåller tio siffror 0 ... 9. Ett sådant system uppstod eftersom varje person har tio fingrar på händerna. Vissa människor i norr räknade upp till tjugo, och numret tjugo kallades "hela mannen."

Tio är inte längre en siffra, utan ett nummer som består av en tio och noll enheter: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. På exakt samma sätt kommer numret 640 att innehålla sex hundra + fyra tiotals + noll enheter, eller i form av siffrorna 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Ett sådant system kallas en decimal decimal, dvs. urladdningens vikt beror på dess position i antalet. Det är lätt att märka att dessa kommer att vara enheter, tiotals, hundratals, tusentals, tiotusentals, hundratusentals och så vidare.

I ett binärt system erhålls ett tal på exakt samma sätt, men inte tio, utan två och dess grad används som grund. Det vill säga inte 1, 10, 100, 1000, 10000 och så vidare, utan 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Varje efterföljande nummer erhålls genom att multiplicera det föregående med basen i systemet (i detta fall med 2), dvs. höja föregående till nästa grad. För decimalsystemet multipliceras varje föregående nummer med tio, eftersom siffrsystemets bas är tio.

Med hjälp av ett åtta-bitars binärt tal (byte kallas i datorteknologi) är det möjligt att representera decimaltal i intervallet 0 ... 255 eller i binär form 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Nummeret 640 som nämns ovan kommer att motsvara posten 640 = 10 1000 0000 (b) eller, som i föregående exempel

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

(b) i slutet av posten indikerar att antalet är binärt.Det enklaste sättet att kontrollera korrektheten för denna post är med Windows-kalkylatorn. Denna form för kodningsinformation visade sig vara mycket bekväm för datorer, för att skilja noll från en är lika enkel som en sluten kontakt från en öppen eller en brinnande lampa från en utdöd.

Om binär information överförs med elektriska signaler krävs endast två spänningsnivåer. Som regel är det mer positivt (högt) och mindre positivt eller till och med negativt (noll).

Oftast anses en högspänning vara en logisk enhet och en lågspänning - som en logisk noll. Då säger de att vi har att göra med positiv logik.

Dessutom finns det också negativ logik: en hög nivå spänning är en logisk 0, och en låg nivå är en logisk enhet. I den här artikeln kommer vi bara att överväga positiv logik.

En av de vanligaste och mest populära på den tiden bland radioamatörer var mikrokretsar i K155-serien. För dem är den logiska nollspänningen på nivån 0 ... 0,4V, och den logiska enheten är 2,4 ... 5,0V. Detta trots att den nominella matningsspänningen för denna serie är 5V med en tolerans på + - tio procent.

För andra serier av mikrokretsar med en annan matningsspänning är dessa nummer naturligtvis olika, men inom samma serie, oförändrade. Grovt kan vi säga att spänningen för den logiska enheten i de flesta serier av mikrokretsar är i området från halva matningsspänningen till hela matningsspänningen.

Till exempel för K561-mikrokretsar med en matningsspänning på + 15V kommer spänningen för en logisk enhet att ligga i intervallet + 7,5 ... 15V. K561-serien kan köras med en matningsspänning inom 3 ... 15V. I detta fall kommer spänningen för den logiska enheten att ligga inom de ovan angivna gränserna.

Vi kommer att betrakta beskrivningen av logiska kretsar som använder K155-serien som den vanligaste och kräver inga särskilda försiktighetsåtgärder när du arbetar.

Denna serie chips anses fungera som komplett och innehåller cirka 100 artiklar. Detta innebär att du med denna serie kan implementera alla till och med den mest komplexa logiska funktionen.

I nästa artikel kommer vi att bekanta oss med funktionen och enheten för digitala mikrokretsar. Vi börjar bekanta med logiska element som implementerar de enklaste funktionerna. Booleska algebra (algebra av logik).

Boris Aladyshkin

Fortsättning av artikeln: Logikchips. Del 2 

E-bok -Nybörjarguide för AVR-mikrokontroller