
- •Часть 1: схемотехника дискретных цифровых устройств
- •160905 (201300) - «Техническая эксплуатация транспортного
- •Дополнительная
- •Введение
- •Раздел 1. Основы цифровой электроники
- •1.1. Арифметические и логические основы цифровой электроники
- •Тема 1. Дискретные бинарные сигналы и двоичные цифровые коды
- •1.1. Цифровая электроника.
- •1.2. Цифровой двоичный (бинарный) сигнал и двоичные коды.
- •1.3. Запись положительных чисел в виде двоичных кодов.
- •1.4. Двоичные коды чисел со знаком.
- •1.5. Восьмиричная и шестнадцатиричная кодировка чисел и перекодировка двоичных кодов.
- •Тема 2. Арифметика числовых двоичных и двоично-десятичных кодов
- •2.1. Арифметические операции над двоичными числовыми кодами.
- •Тема 3. Логические операции над двоичными кодами
- •3.1. Простейшие логические операции.
- •3.2. Базисы цифровых логических устройств. Комбинированные логические элементы.
- •Тема 4. Микросхемы логических операций
- •1.2. Анализ и синтез цифровых логических устройств
- •Тема 5. Алгебра логики для анализа и синтеза
- •5.1. Алгебра логики, ее законы и постулаты в виде тождеств.
- •5.2. Анализ цифровых комбинационных устройств азбукой логики.
- •5.3. Цели и этапы синтеза цифрового комбинационного устройства.
- •5.4. Составление уравнения состояний выхода по таблице истинности.
- •5.5. Минимизация уравнения состояний выхода с помощью карт Карно.
- •5.6. Пример синтеза цифрового логического устройства.
- •5.7. Пример синтеза с минимизацией картами Карно.
- •Раздел 2. Типовые функциональные узлы логических устройств цифовой электроники
- •2.1. Комбинационные цифровые устройства
- •Тема 6. Дешифраторы
- •6.1. Определение и классификация дешифраторов.
- •6.2. Принципы построения дешифратора двоичных кодов.
- •6.3. Примеры микросхемного исполнения дешифраторов и наращивания их разрядности.
- •Тема 7. Шифраторы
- •7.1. Определение и классификация шифраторов.
- •7.2. Принципы построения шифратора в двоичный код.
- •7.3. Примеры микросхемного исполнения шифраторов и наращивания их разрядности.
- •7.4. Использование пары шифратор-дешифратор в линиях связи.
- •Тема 8. Универсальный преобразователь двоичных кодов. Логическая программируемая матрица (лпм)
- •8.1.Принцип универсального преобразования кодов.
- •8.2. Принципы построения двухступенчатых схем преобразователей двоичных кодов.
- •8.3. Логические программируемые матрицы (лпм).
- •8..4. Пример микросхемного многоэтапного преобразования кодов и наращивания разрядности преобразования.
- •Тема 9. Двоичные сумматоры
- •9.1. Одноразрядные и многоразрядные последовательные сумматоры.
- •9.2. Принципы построения полного одноразрядного двоичного сумматора
- •Тема 10. Компараторы числовых двоичных кодов
- •10.1. Принцип сравнения многоразрядных числовых двоичных кодов.
- •10.2. Принципы построения компараторов двоичных числовых кодов.
- •Тема 11. Арифметико-логические устройства
- •Тема 12 мультиплексоры
- •12.1. Определение и классификация мультиплексоров.
- •12.2. Принципы построения мультиплексора.
- •12.3. Микросхемное исполнение мультиплексоров и наращивание их разрядности.
- •12.4. Использование мультиплексора для реализации логической переключательной функции.
- •Тема 13. Демультиплексоры
- •13.1. Определение и классификация демультиплексоров.
- •13.2. Принципы построения демультиплексора.
- •13.3. Микросхемное исполнение демультиплексоров и наращивание их разрядности.
- •Тема 14. Мультиплексированние и демультиплексирование линий цифровой связи
- •14.1. Цель и принцип мультиплексирования линии передачи цифровых данных.
- •14.2. Способы минимизации количества линий связи при мультиплексированной передаче цифровых данных.
- •2.2. Последовательностные цифровые устройства
- •Тема 15. Классификация и обозначения триггеров
- •Тема 16. Триггеры с потенциальным управлением
- •Тема 17. Триггеры с динамическим управлением
- •17.1. Двухтактные триггеры с динамическим управлением.
- •17.2. Однотактный d-триггер Веба.
- •17.3. Примеры микросхемного исполнения триггеров.
- •Тема 18. Регистры для записи и хранения двоичных кодов
- •18.1. Определение и классификация регистров.
- •18.2. Параллельная потенциальная запись кода в регистр.
- •18.3. Динамическая параллельная запись кода в регистр.
- •18.4. Сдвиговой регистр с параллельным или последовательным считыванием кодов и с динамическим входом управления записью.
- •18.5. Реверсивный сдвиговой регистр.
- •18.5. Примеры микросхемного исполнения регистров.
- •Тема 19. Счетчики импульсов с последовательным переносом
- •19.1. Определение и классификация счетчиков импульсов.
- •19.2. Счетчик Джонсона на базе сдвигового регистра.
- •19.3. Асинхронные счетчики импульсов с весовым кодом показаний и последовательным переносом.
- •19.3.1. Суммирующий счетчик.
- •19.3.2. Вычитающий счетчик.
- •19.4. Быстродействие счетчиков с последовательным переносом.
- •Тема 20. Счетчики импульсов с параллельным и сквозным переносом
- •20.1. Определение и особенности счетчиков импульсов с параллельным и сквозным переносом.
- •20.2. Суммирующие счетчики импульсов с параллельным переносом.
- •20.3. Суммирующие счетчики со сквозным переносом.
- •20.4 Вычитающие счетчики с параллельным или сквозным переносом.
- •Тема 21. Счетчики-делители частоты импульсов с произвольным коэффициентом пересчета
- •21.1. Определение и классификация счетчиков-делителей частоты импульсов с произвольным коэффициентом пересчета.
- •21.2. Счетчики импульсов с ограничением предела счета «сверху» с помощью дешифратора показаний счетчика.
- •21.3. Счетчики-делители частоты импульсов с ограничением предела счета «снизу» дешифратором нулевого состояния триггеров.
- •Тема 23. Цифровые автоматы
- •23.1. Понятие о цифровом автомате, его логической схеме и графе его состояний.
- •23.2.Методика анализа и синтеза цифрового автомата.
- •23.3. Пример реализации цифрового автомата в виде декадного счетчика-делителя с нулевым исходным показанием.
- •Тема 24. Микросхемы счетчиков импульсов
- •24.1. Каскадирование микросхем счетчиков.
- •24.2. Микросхемы счетчиков импульсов и счетчиков-делителей частоты импульсов.
- •24.3.Способы управления коэффициентом деления микросхемных счетчиков и счетчиков-делителей.
- •Раздел 3. Элементная база цифровой электроники
- •Тема 25. Базовые логические элементы (блэ), их характеристики и параметры
- •25.1. Понятие базового логического элемента.
- •25.2. Статическая характеристики и статические параметры блэ.
- •25.3. Динамические характеристики и параметры блэ.
- •25.4. Релейные, диодные и непосредственно связанные транзисторные логические элементы (нстл).
- •25.5. Диодно-транзисторные блэ, их статические и динамические параметры.
- •Тема 26.Блэ транзисторно-транзисторной логики (ттл)
- •26.1. Блэ ттл с логикой и-не.
- •26.2. Блэ ттл с логикой и-или-не.
- •26.3. Статические и динамические параметры блэ ттл.
- •26.4. Модификации инверторов блэ ттл.
- •Тема 27. Блэ на транзисторах и диодах шотки (ттлш и дтлш)
- •27.1. Транзисторы Шотки.
- •27.2. Энергосберегающие и быстродействующие блэ ттлш и дтлш.
- •Тема 28. Блэ эмиттерно-связанной логики (эсл)
- •28.1. Электронный ключ с переключением тока.
- •Тема 29. Логические элементы интегрально-инжекционной технологии (и2л)
- •Тема 30. Блэ на полевых транзисторах
- •30.1. Электронные ключи на полевых транзисторах.
- •30.2. Блэ на моп-транзисторах.
- •Тема 31. Сравнительные статические и динамические параметры блэ различных технологий.
- •3.2. Схемотехника устройств адресного хранения цифровых кодов
- •Тема 32. Структура и параметры устройств адресного хранения цифровых кодов
- •32.1. Классификация устройств памяти.
- •32.2. Комплексирование микросхем в устройствах адресного хранения цифровых кодов.
- •32.3. Структура микросхем адресуемой памяти большого объема.
- •Тема 33. Ячейки памяти
- •33.1. Принципы построения ячеек памяти пзу.
- •33.2. Принципы построения ячеек памяти ппзу.
- •33.3. Принципы построения ячеек памяти озу.
- •Раздел 4. Формирователи, генераторы и преобразователи сигналов цифровых уровней
- •4.1. Формирователи и генераторы импульсов
- •Тема 34. Формирователи цифровых сигналов
- •34.2. Формирователи стробов.
- •Тема 35. Генераторы импульсных цифровых сигналов
- •35.1. Определения и классификация.
- •35.2. Ждущие генераторы импульсов (одновибраторы).
- •35.3. Автогенераторы импульсов (мультивибраторы).
- •35.4. Микросхемы генераторов импульсов.
- •Тема 36. Универсальный микросхемный интервальный таймер
- •4.2. Сопряжение цифровых устройств с периферий-ными устройствами
- •Тема 37. Решения проблем сопряжения цифровых устройств с периферийными устройствами
- •37.1. Периферия цифровых устройств.
- •37.2. Сопряжение цифровых устройств с позиционными и нажимными датчиками.
- •37.3. Сопряжение цифровых устройств с знакосинтезирующими индикаторами.
- •37.4 Сопряжение цифровых устройств с мощными релейными исполнительными устройствами. Дистанционное управление цифровыми устройствами.
- •Тема 38. Проблемы и принципы сопряжения цифровых устройств с аналоговой периферией
- •Тема 39. Цифро-аналоговые преобразователи (цап)
- •39.1. Принципы построения цап.
- •39.2. Цап с весовыми резисторами.
- •39.3. Цап на основе матрицы r-2r.
- •39.4. Микросхемное исполнение цап.
- •Тема 40. Аналого-цифровые преобразователи (ацп)
- •40.1. Ацп последовательного счета с цап.
- •40.2. Ацп последовательного счета с двойным интегрированием.
- •40.3. Ацп поразрядного уравновешивания (поразрядного кодирования).
- •40.4. Ацп параллельного сравнения.
- •40.4. Микросхемное исполнение ацп.
- •Заключение
- •1.1. Арифметические и логические основы цифровой электроники
- •2.1. Комбинационные цифровые устройства
- •2.2. Последовательностные цифровые устройства
- •3.2. Схемотехника устройств адресного хранения цифровых кодов
- •4.1. Формирователи и генераторы импульсов
- •4.2. Сопряжение цифровых устройств с периферийными устройствами
5.6. Пример синтеза цифрового логического устройства.
В качестве примера рассмотрим все пять этапов синтеза простейшего цифрового комбинационного устройства.
Первый этап: словесное описание логики.
Необходимо создать двухвходовое цифровое комбинационное устройство, которое будет сигнализировать о несовпадении сигналов на ее входах, то есть тогда, когда сигналы на его входах имеют противоположные значения. Требуется реализовать устройство с минимальным использованием только логических элементов «И-НЕ».
Второй этап: таблица истинности заданной логики.
Поскольку при словесном описании не задано значение сигнализирующего сигнала, его значением следует задаться перед составлением таблицы истинности.
Например, при сигнализации значением «1» таблица истинности будет иметь следующий вид:
-
Входы
Выходы
X1
X2
Y
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
Составленная таблица совпадает с рассмотренной ранее соответствующей таблицей операции «Исключающее ИЛИ».
Третий этап: уравнения состояний выходов.
В примере описывается логика только одного выхода, поэтому таблица состояний устройства описывается одним уравнением.
Для таблицы,
составленной на втором этапе, уравнение
состояний в виде НДФ для прямого значения
функции выхода:
.
Для таблицы,
составленной на втором этапе, уравнение
состояний в виде НДФ
для единичного значения функции выхода:
.
Можно доказать эквивалентность записи в НДФ и НКФ, преобразовав, например, уравнение в НКФ в уравнение, записанное в НДФ следующим образом:
.
Четвертый и пятый этапы: преобразование уравнений для выполнения условий синтеза.
В примере поставлены два условия: минимизация и реализация на логических элементах «И-НЕ».
Непосредственный синтез цифрового устройства по уравнениям состояний его выхода, как правило, требует микросхемы, реализующие различные логические операции.
Так, для реализации выхода рассматриваемого в примере устройства по уравнению в виде НДФ потребуется:
два инвертора для получения инверсных значений входных сигналов;
две логические двухвходовые логические схемы «И» для реализации произведений прямого значения одного из входных сигналов на инвертированное значение другого входного сигнала;
одна двухвходовая логическая схема «ИЛИ» для объединения выходов логических схем «И».
На Рис.7а показана функциональная схема устройства, реализованного непосредственно по уравнению состояния его выхода в виде НДФ.
Преобразование этого уравнения может дать многочисленные иные варианты реализации. В частности, можно привести это уравнение к виду, содержащему только логические операции «И-НЕ», что и требуется поставленным заданием.
Рис.7
Переход от логической операции сложения к операции умножения (исключить сложение) можно, используя тождество Моргана, следующим образом:
Из полученного в результате преобразования уравнения состояний выхода рассматриваемого в примере устройства следует, что возможны два варианта выполнения поставленного условия реализации на двухвходовых логических схемах «И-НЕ»:
- инверсия
заменена логической операцией «И-НЕ»
над одним и тем же аргументом, на основании
тождества X
.
X
= X.
-
общая часть, стоящая в скобках и
сформированная логической схемой
«И-НЕ», одновременно используется для
формирования двух инвертируемых
произведений, а потому снижает количество
требуемых логических схем «И-НЕ».
На Рис.7b и Рис.7с показаны функциональные схемы, реализующие указанные два варианта использования логических схем «И-НЕ» для реализации логики рассматриваемого устройства.
Рис.7с демонстрирует возможность использования меньшего количества логических схем «И-НЕ», чем в варианте, изображенном на Рис.7b, хотя оба варианта отвечают поставленной задаче.