- •Цифровая схемотехника.
- •Занятия по курсу
- •Информация
- •Темы
- •Лабораторные работы.
- •Литература.
- •Цифровая схемотехника
- •Тема 1.1. «Введение в цифровую схемотехнику»
- •Аналоговые электрические сигналы
- •Дискретные и цифровые сигналы
- •Значения (состояния) цифровых сигналов
- •Цифровые микросхемы.
- •Характеристики МОП-транзисторов
- •Функционирование МОП-транзистора
- •КМОП-инвертер
- •Пример аналогичных схем ТТЛ и КМОП: инвертор
- •КМОП-элемент И-НЕ (NAND)
- •КМОП-элемент ИЛИ-НЕ (NOR)
- •Реализация логических элементов КМОП без инверсии
- •Параметры цифровых сигналов и схем
- •Значения напряжений «0» и «1»
- •Что дает кодирование уровней диапазонами напряжений
- •Помехоустойчивость
- •Совместимость схем по уровням
- •Несовместимость схем с различным напряжением питания
- •Параметры уровней напряжения для цифровых схем
- •Уровни напряжений сигналов для цифровых ИМС различных типов с различным напряжением питания (пример)
- •Нагрузочная способность
- •Последствия перегрузки выходов
- •Длительность переключения выхода
- •Передний и задние фронты цифрового сигнала
- •Задержка распространения сигнала
- •Энергопотребление
- •ПОРТЫ ВВОДА И ВЫВОДА ЦИФРОВЫХ СХЕМ
- •Порты вывода (выходы) цифровых схем
- •Двухтактный порт вывода
- •Однотактный порт вывода с пассивной нагрузкой
- •Открытый порт вывода
- •Двунаправленные порты
- •Порт ввода с триггером Шмитта
- •Подтягивающие и понижающие резисторы
- •Подтягивающие и понижающие резисторы. Применение (2).
- •Пример полнофункционального дискретного порта ввода-вывода
- •Специальные варианты использования портов
- •Электропитание цифровых схем
- •Комбинационные и последовательностные схемы
- •Комбинационные и последовательностные схемы
- •Функциональные узлы
- •Функциональные элементы: логические элементы/вентили.
- •Функциональные элементы: цифровые триггеры.
- •Функциональные элементы: базовые операционные элементы
- •Мультиплексоры
- •Наращивание «ширины» мультиплексора
- •Мультиплексоры в составе УЛМ (LUT)
- •Демультиплексоры
- •Дешифратор (Decoder)
- •Дешифратор: обозначение и схема
- •Применение дешифраторов
- •Схема наращивания размерности двоичного дешифратора
- •Дешифратор семисегментного индикатора
- •Шифратор (Encoder)
- •Компаратор (Comparator)
- •Компаратор: схема и наращивание
- •Схемы контроля
- •Схемы свертки (по модулю 2)
- •Схемы контроля по коду Хемминга
- •Сумматоры
- •Полный сумматор
- •Многоразрядные сумматоры
- •Комбинационные схемы сдвига
- •Комбинационный матричный умножитель
- •Триггеры
- •Классификация цифровых триггеров по логике работы
- •Классификация триггеров по способу синхронизации
- •Классификация триггеров по внутренней структуре
- •Классификация триггеров по схемотехнике
- •Структура триггера
- •RS-триггер
- •D-триггер
- •T-триггер
- •JK-триггер
- •Классификация синхронных универсальных триггеров
- •MS-триггер с инвертором
- •JK-триггер на основе MS-триггера с инвертором.
- •MS-триггер с запрещающими связями
- •D-триггер на основе MS-триггера с запрещающими связями
- •Универсальная трехтриггерная ячейка
- •Регистры
- •Структура регистра
- •Накопительные регистры на RS-триггерах
- •Накопительный регистр на D-триггерах
- •Регистр сдвига на RS-триггерах
- •Регистры сдвига на универсальных синхронных триггерах
- •Сдвигающий регистр на универсальных D-триггерах с приемом и сдвигом информации по синхросигналу
- •Реверсивный регистр на основе D-триггеров
- •Регистровые файлы
- •Счётчики
- •Классификация счётчиков
- •Асинхронные счётчики с непосредственными связями
- •Асинхронные счётчики с внутренними связями
- •Способы ускорения переноса у асинхронных счётчиков
- •Асинхронные счетчики со сквозным (а) и параллельным (б) переносом
- •Синхронные счётчики с параллельным переносом
- •Счётчики с произвольным коэффициентом пересчёта
- •Примеры счетчиков с различными коэффициентами пересчета и вентильной логикой
- •Реверсивные счётчики
- •Продолжение следует …
- •Основные приемы схемотехнического проектирования
- •Способы описания цифровой аппаратуры
- •Документирование схем
- •Инструментально-технологическая цепочка проектирования цифровых схем
Лабораторные работы.
4 часа (2 пары) раз в 2 недели.
4 семестр.
•1. Исследование цифровых сигналов и портов.
•2. Исследование триггеров.
•3. Разработка и исследование комбинационных
•логических схем.
•4. Разработка и исследование последовательностных
•схем.
5 семестр.
•5. Исследование подсистемы памяти ЭВМ.
•6. Исследование подсистемы последовательных
•интерфейсов.
•7. Разработка языкового описания цифровой схемы на
•языке VerilogHDL.
•8. Реализация цифровой схемы на ПЛИС.
5
Литература.
1.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.Уч пособиедля ВУЗов. 2-е изд. – СПб.: БХВ-Петербург,2007.-800с.
2.Harris D., Harris S. Digital Design and Computer Architecture, 2nd edition, -
Morgan Kaufmann, 2012. (к лету 2015 готовится к выпуску открытая электронная русскоязычная версия)
3.Азов А.К., Джалиашвили З.О. Интегральные логические схемы в устройствах цифровой вычислительной техники. Учебное пособие. – СПб.: СПБГУИТМО, 2005.
4.Азов А.К. Интегральные логические элементы на биполярных транзисторах. Учебное пособие. – СПб.: СПБГУИТМО, 2005.
5.Wakerly, John F. Digital Design: principles and practices, third edition. – Prentice Hall, 2000.
6.Jan M. Rabaey Digital Integrated Circuit - Prentice Hall, 2002 (издан русский перевод)
7.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника /Пер. с нем. - М.:Мир, 1983.-512с.
8.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники /Пер. с англ. 6-е изд. – М.: Мир, 2003.-704с.
6
Цифровая схемотехника
•Схемотехника– раздел электроники посвященный принципам функционирования и технологиям проектирования схем электронных устройств.
•Смежные разделы: полупроводниковая электроника (базовые элементы, каскады), микроэлектроника (микросхемы), технология производства электронных компонентов и устройств.
•Цифроваясхемотехникарассматривает дискретные электронные схемы, в которых электрические сигналы могут иметь только определенные (два) устойчивые (дискретных) значения (напряжения или тока). Каждое дискретное значение представляет (кодирует) определенную цифру (например 0 и 1). Переключение между этими значениями сигнала происходит скачкообразно. В цифровых схемах электронные каскады работают в режиме ключа - «открыт-закрыт», то есть находятся в одном из двух состояний: пропускания или отсечки тока.
•Применение:на базе цифровых схем построено большинство современной вычислительной техники и большая часть иной электронной техники (бытовой, промышленной).
7
Тема 1.1.
«Введение в цифровую схемотехнику»
Цель: Сформировать систему базовых понятий в области цифровой электроники и схемотехники.
Содержание: Основные понятия цифровой схемотехники: цифровые сигналы, цепи, способы кодирования цифровых данных, функциональные элементы и блоки, компоненты цифровых схем. Позитивная и негативная логика. Основные параметры цифровых сигналов. Типы цифровых ИМС (ТТЛ, КМОП), их схемотехника и параметры. Синхронные и асинхронные схемы. Комбинационные и последовательностные схемы.
Оценивание: контрольная работа.
8