Логічні мікросхеми. частина 1.

Логічні мікросхемиВступна частина статті про логічних мікросхемах. Розповідається про системи числення та поданні двійкового числа за допомогою електричних сигналів.

Сучасна цифрова інтегральна мікросхема є мініатюрний електронний блок, в корпусі якого містяться з'єднані за певною схемою активні і пасивні елементи. Це транзистори, діоди, резистори і конденсатори.

Число елементів в сучасних мікросхемах може досягати декількох сотень тисяч і навіть мільйонів елементів. Досить згадати мікропроцесори, мікроконтролери, мікросхеми пам'яті.

Щоб просто перелічити всі сучасні мікросхеми знадобиться не одна стаття, а ціла досить товста книга. У цій статті ми розглянемо мікросхеми малої і середньої ступені інтеграції, в основному прості логічні елементи.

Приблизно років двадцять тому мікросхеми великої ступеня інтеграції (ВІС), як правило, виконували функцію, закладену в них в процесі виготовлення. В одній мікросхемі міг бути захований мікрокалькулятор, годинник або вузол електронної обчислювальної машини (ЕОМ).

В даний час широкого поширення набули всілякі мікроконтролери: Навіть таке найпростіше пристрій як новорічна гірлянда китайського виробництва є не що інше, як запрограмований мікроконтролер.

електронні годинникиЕлектронний годинник, побутові таймери, різні говорять і співають іграшки виходять також програмуванням відповідного мікроконтролера. Або як зараз у всіх на слуху - перепрошивкой.

Іншими словами не запрограмований контролер це болванка, з якої вийде пристрій, що володіє необхідними розробникові властивостями. І, незважаючи на таку універсальність, вхідні і вихідні сигнали мікроконтролера ті ж самі, що і цифрових мікросхем малої і середньої ступені інтеграції. Тому без знання цих вже застарілих і забуваються елементів просто нікуди не дітися.

В основі роботи цифрових мікросхем лежить двійкова система числення. Вона ж лежить в основі дії сучасних персональних комп'ютерів і всіх обчислювальних і комунікаційних систем.




Логічні мікросхемиУ повсякденному житті ми користуємося десятковою системою числення, що містить десять цифр 0 ... 9. Така система сталася через те, що у кожної людини на руках десять пальців. У деяких народів Півночі рахунок вівся до двадцяти, а число двадцять називалося «вся людина».

Десять це вже не цифра, а число, що складається з одного десятка і нуля одиниць: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. У точності також число 640 буде містити шість сотень + чотири десятки + нуль одиниць, або у вигляді цифр 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Така система носить назву десяткової позиційної, тобто вага розряду залежить від його позиції в числі. Неважко помітити, що це будуть одиниці, десятки, сотні, тисячі, десятки тисяч, сотні тисяч і так далі.

У двійковій системі число виходить в точності таким же способом, тільки в якості підстави використовується не десять, а два і його ступінь. Тобто не 1, 10, 100, 1000, 10000 і так далі, а 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. кожне наступне число отримано множенням попереднього на підставу системи (в даному випадку на 2), тобто зведенням попереднього в наступну ступінь. Для десяткової системи кожне попереднє число множиться на десять, так як основа системи числення є десять.




За допомогою восьмирозрядного двійкового числа, (в обчислювальній техніці називається БАЙТ) можливе подання десяткових чисел в діапазоні 0 ... 255, або в двійковому вигляді 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Згаданому вище числу 640 відповідатиме запис 640 = жовтні 1000 0000 (b) або, як у попередньому прикладі

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

(B) в кінці запису говорить про те, що це число двійкове. У правильності цього запису найпростіше переконатися за допомогою калькулятора Windows. Подібна форма кодування інформації виявилася дуже зручною для комп'ютерів, адже відрізнити нуль від одиниці також просто, як замкнутий контакт від разомкнутого або палаючу лампочку від згаслої.

Логічні мікросхемиЯкщо двійкову інформацію передавати за допомогою електричних сигналів, то буде потрібно всього два рівня напруги. Як правило, це більш позитивний (високий), і менш позитивний або навіть негативний (нульовий).

Найчастіше напруга високого рівня прийнято розглядати в якості логічної одиниці, а напруга низького рівня - як логічний нуль. Тоді кажуть, що ми маємо справу з позитивною логікою.

Крім цього існує ще і негативна логіка: напруга високого рівня це логічний 0, а низького рівня - логічна одиниця. У цій статті ми будемо розглядати тільки позитивну логіку.

мікросхема серії К155Одними з найбільш поширених і популярних у свій час у радіоаматорів були мікросхеми серії К155. Для них напруга логічного нуля знаходиться на рівні 0 ... 0,4В, а логічної одиниці 2,4 ... 5,0В. Це при тому, що номінальна напруга живлення для цієї серії складає 5в з допуском + - десять відсотків.

Для інших серій мікросхем, що мають інше напруга живлення, ці числа, звичайно ж, інші, але в межах однієї серії, незмінні. Орієнтовно можна сказати, що напруга логічної одиниці у більшості серій мікросхем знаходиться в межах від половини напруги живлення до повної напруги харчування.

Наприклад, для мікросхем серії К561 при напрузі живлення + 15В напруга логічної одиниці буде в межах + 7,5 ... 15В. Серія К561 працездатна при напрузі живлення в межах 3 ... 15В. При цьому напруга логічної одиниці буде знаходитися в тих межах, як було зазначено вище.

Опис логічних мікросхем розглянемо на прикладі серії К155, як найбільш поширених і при роботі особливих заходів обережності не потребують.

Ця серія мікросхем вважається функціонально повної і містить близько 100 найменувань. Це означає, що за допомогою даної серії можна реалізувати будь-яку навіть найскладнішу логічну функцію.

У наступній статті ми познайомимося з роботою і пристроєм цифрових мікросхем. Це знайомство почнемо з логічних елементів реалізують найпростіші функції булевої алгебри (Алгебри логіки).



Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Увага, тільки СЬОГОДНІ!
» » » » Логічні мікросхеми. частина 1.