ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

А.В. Микушин, В.И. Сединин

Схемотехника цифровых устройств Учебное пособие Новосибирск

2008

УДК 681.325.5-181.8(07)

Доцент А.В. Микушин.

Профессор В.И. Сединин

Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей, однако может быть использовано как радиолюбителями, так и инженерами, желающими освоить новые методы исследования цифровых схем. Пособие содержит описание цифровой техники, достаточное для понимания начинающими читателями. В качестве примеров применения цифровых микросхем использованы наиболее распространенные узлы радиоэлектронной аппаратуры. Особое внимание уделено применению цифровой техники в аппаратуре связи. При этом подробно рассмотрены особенности цифрового формирования радиосигналов и прием этих сигналов в цифровой форме.

Кафедра сапр

Иллюстраций – 274, список литературы – 16 названий

Рецензенты: д.т.н., профессор В.Д. Фроловский

д.т.н., профессор В.А. Майстренко.

Для студентов, обучающихся по направлению: 210400 – Телекоммуникации.

Утверждено РИС СибГУТИ в качестве учебного пособия.

 Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики, 2008г.

Оглавление

Введение 5

1 Параметры цифровых микросхем 7

1.1 Уровни логического нуля и единицы 7

1.2 Входные и выходные токи цифровых микросхем 10

1.3 Параметры, определяющие быстродействие цифровых микросхем 11

1.4 Описание логической функции цифровых схем 13

2 Основные логические функции и элементы 17

2.1 Функция "НЕ", инвертор 17

2.2 Функция "И", логическое умножение 18

2.3 Функция "ИЛИ", логическое сложение 20

3 Основные схемотехнические решения цифровых микросхем 24

3.1 Диодно-транзисторная логика (ДТЛ) 24

3.2 Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) 29

3.3 Логика на комплементарных МОП транзисторах (КМДП) 33

4 Согласование цифровых микросхем между собой 40

4.1 Согласование микросхем из различных серий между собой 41

4.2 Регенерация цифрового сигнала 45

5 Арифметические основы цифровой техники 49

5.1 Системы счисления 49

5.2 Преобразование чисел из одной системы счисления в другую 60

64

6 Комбинационные цифровые схемы 67

6.1 Законы алгебры логики 67

6.2 Построение цифровой схемы по произвольной таблице истинности 72

6.3 Декодеры 77

6.4 Шифраторы 82

6.5 Мультиплексоры 85

6.6 Демультиплексоры 89

7 Генераторы 91

7.1 Усилительные параметры КМОП инвертора 92

7.2 Осцилляторные схемы 93

7.3 Мультивибраторы 96

7.4 Особенности кварцевой стабилизации частоты генераторов 98

7.5 Одновибраторы 100

8 Цифровые схемы последовательностного типа 105

8.1 Триггеры 105

8.2 Регистры 121

8.3 Счётчики 128

9 Индикаторы 146

9.1 Малогабаритные лампочки накаливания 147

9.2 Газоразрядные лампы 151

9.3 Светодиодные индикаторы 156

9.4. Динамическая индикация 160

9.5 Жидкокристаллические индикаторы 164

10 Разработка цифрового устройства на примере электронных часов 172

10.1 Разработка структурной схемы часов 172

10.2 Разработка принципиальной схемы часов 177

11 Синхронные последовательные порты 187

11.1 SSI интерфейс (DSP порт) 188

11.2 SPI порт 192

11.3 I²С порт 198

12 Синтезаторы частоты 200

12.1 Схемы фазовой подстройки частоты 202

12.2 Схемы определения ошибки по частоте 205

12.3 Умножители частоты 213

12.4 Частотные детекторы, построенные на основе ФАПЧ 215

13 Цифровая обработка сигналов 217

13.1 Структурная схема цифрового устройства обработки сигнала 217

13.2 Особенности аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования 220

13.3 Фильтры для устранения эффекта наложения спектров (Антиалайзинговые фильтры) 232

13.4 Дискретизация сигнала на промежуточной частоте (субдискретизация) 239

13.5 Статическая передаточная функция АЦП и ЦАП и погрешности по постоянному току 241

13.6 Погрешности преобразования переменного тока 249

Искажения и шум в идеальном N-разрядном АЦП 250

14 Виды аналого-цифровых преобразователей 251

14.1 Параллельные АЦП 251

14.2 Последовательно-параллельные АЦП 253

14.3 АЦП последовательного приближения 256

14.4 -АЦП 258

15 Основные блоки микросхем цифровой обработки сигналов 264

15.1 Двоичные сумматоры 264

15.2 Цифровые умножители 270

15.3 Постоянные запоминающие устройства 273

15.4 Статические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 284

15.5 Цифровые фильтры 287

16 Реализация передатчиков радиосигналов в цифровом виде 300

16.1 Генераторы с цифровым управлением (NCO) 301

16.2 Микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) 306

16.3 Квадратурные модуляторы (Up converter) 307

16.4 Интерполирующие цифровые фильтры 308

17 Реализация радиоприёмников в цифровом виде 319

17.1 Цифровые преобразователи частоты 320

17.2 Цифровой квадратурный демодулятор 321

17.3 Децимирующие фильтры 323

Список литературы 328