4. Контрольные вопросы
1. Мультиплексоры, принцип работы, таблицы истинности.
2. Дешифраторы, принцип работы, таблицы истинности. Дешифраторы в режиме демультиплексора.
3. Схема базового логического элемента 2И-НЕ. Типы выходов логических микросхем (2С, ОК, 3С).
4. Шифраторы, принцип работы, таблицы истинности. Схема увеличения разрядности шифраторав на микросхеме ИВ3
5. Компараторы кодов. Таблица истинности компаратора СП1. Схема выделения адреса
6. Схема базового логического элемента 2И-НЕ, технические характеристики микросхем ТТЛ
7. Характеристики различных серий микросхем ТТЛ логики
Приложение I. Представления чисел, переменных и математических выражений
При создании принципиальных схем используются числа, переменные и математические выражения следующего вида.
Числа
Числовые значения параметров компонентов представляются в виде:
действительных чисел с фиксированным десятичным знаком (обратим внимание, что в качестве десятичного знака в программе МС9 используется точка). Например, сопротивление 2,5 кОм, записывается как 2500, а емкость 1 мкФ как 0.000001;
действительных чисел с плавающим десятичным знаком — научная нотация. Например, емкость 1 мкФ может быть записана как 1Е-6;
действительных чисел с плавающим десятичным знаком — инженерная нотация, согласно которой различные степени 10 обозначаются следующими суффиксами:
F фемто 10-15
Р пико 10-12
N нано 10-9
U микро 10-6
М* милли 10-3
К кило 103
MEG* мera 10б
G гига 109
Т тера 1012
*Для экономии места на осях X, Y графиков результатов моделирования малая буква "m" обозначает 10-3, большая буква "М" — 103 (вместо MEGA). Во всех остальных случаях большие и малые буквы не различаются.
Например, сопротивление 1,5 МОм может быть записано как 1.5MEG, 1.5meg или 1500К, емкость 1 мкФ как 1U или 1uF. В последнем примере показано, что для большей наглядности после стандартных суффиксов допускается помещать любые символы, которые при интерпретации чисел не будут приниматься во внимание. Пробелы между числом и буквенным суффиксом не допускаются!
Переменные
В программе МС9 ряд констант и переменных имеют стандартные значения:
Т — время в секундах,
F
— частота в герцах;
Е — ЕХР(1)=2,718281828;
S — комплексная переменная, используемая при анализе аналоговых устройств;
PI — число 71=3.14159265389795;
TEMP — температура компонентов в градусах Цельсия;
J — корень квадратный из -1;
Tmin — начальный момент времени расчета переходных процессов;
Тmах — конечный момент времени расчета переходных процессов;
Fmin — начальная частота расчета частотных характеристик;
Fmax — начальная частота расчета частотных характеристик;
PGT — общая мощность, генерируемая в схеме;
PST — общая мощность, запасаемая в схеме;
PDT — общая рассеиваемая в схеме мощность;
Z — комплексная переменная, используемая при анализе цифровых устройств.
Номера узлов, присваиваемые программой МС9 автоматически, представляют собой целые числа, например 0, 2, 25. Кроме того, пользователь по команде Options>Mode/Text может присвоить любому узлу имя в виде текстовой алфавитно-цифровой переменной, начинающейся с буквы или символа "_" и содержащей не более 50 символов, например А1, Out, Reset.
В математических выражениях могут использоваться следующие переменные:
D(A) |
Логическое состояние цифрового узла А |
V(A) |
Напряжения на узле А (напряжения измеряются относительно узла "земли", которой программа присваивает номер 0) |
V(A,B) |
Разность потенциалов между узлами А и В |
V(D1) |
Напряжение между выводами устройства D1 |
I(D1) |
Ток через устройство D1 |
I(A,B) |
Ток через ветвь между узлами А и В (между этими узлами должна быть включена единственная ветвь) |
IR(Q1) |
Ток, втекающий в вывод R устройства Q1 |
VRS(Q1) |
Напряжение между выводами R и S устройства Q1 |
CRS(Q1) |
Емкость между выводами R и S устройства Q1 |
QRS(Q1) |
Заряд емкости между выводами R и S устройства Q1 |
R(R1) |
Сопротивление резистора R1 |
C(X1) |
Емкость конденсатора или диода Х1 |
Q(X1) |
Заряд конденсатора или диода Х1 |
L(X1) |
Индуктивность катушки индуктивности или сердечника Х1 |
X(L1) |
Магнитный поток в катушке индуктивности или сердечнике Х1 |
B(L1) |
Магнитная индукция сердечника L1 |
H(L1) |
Напряженность магнитного поля в сердечнике L1 |
RND |
Случайное число с равномерным законом распределения на отрезке [0, 1] |
ONOISE |
Корень квадратный из спектральной плотности выходного напряжения |
INOISE |
Корень квадратный из спектральной плотности входного напряжения, равный ONOISE/коэффициент передачи по мощности |
PG(V1) |
Мощность, генерируемая источником V1 |
PS(X1) |
Реактивная мощность, накапливаемая в устройстве Х1 |
PD(D1) |
Мощность, рассеиваемая в устройстве D1 |
В этом перечне символы А и В обозначают номера узлов схемы, D1 — имя компонента с двумя выводами или управляемого источника, Q1 — имя любого активного устройства или линии передачи. Символы R и S заменяются аббревиатурами выводов устройств согласно следующей таблице:
Устройство |
Аббревиатуры выводов |
Названия выводов |
МОП-транзистор (MOSFETs) |
D, G, S, В |
Сток, затвор, исток, подложка |
Полевой транзистор (JFETs) |
D, G.S |
Сток, затвор, исток |
Арсенид-галлиевый транзистор (GaAsFETs) |
D, G,S |
Сток, затвор, исток |
Биполярный транзистор (BJT) |
В, Е, С, S |
База, эмиттер, коллектор, подложка |
Статически индуцированный биполярный транзистор (IGBT) |
С, G, Е |
Коллектор, затвор, эмиттер |
Например, следующие выражения означают: I(R1) — ток через резистор R1; R(Rload) — сопротивление резистора Rload; IC(VT1) — ток коллектора биполярного транзистора VT1; VBE(Q1) — напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора Q1.
Математические выражения и функции
При описании математических выражений используются следующие обозначения:
Символ |
Обозначение |
х,y |
Действительные величины, например V(10) при анализе переходных процессов |
z |
Комплексная величина z = x+jy, например V(1) при анализе частотных характеристик |
u, v |
Действительные сигналы при анализе переходных процессов, например V(10) |
S, S1 |
Спектры, рассчитываемые с помощью операций обработки сигналов |
D1,D2 |
Логические состояния цифровых узлов, например D(1), D(QB) |
В сложных текстовых переменных директивы .DEFINE и при указании переменных, выводимых на графиках при проведении моделирования, возможно использование следующие математические операции
Арифметические операции
+ — Сложение;
- — Вычитание;
* — Умножение;
/ —Деление;
DIV — Целочисленное деление;
MOD — Остаток целочисленного деления.
Тригонометрические функции от действительных и комплексных величин (х — действительная, z — комплексная
величина)
Ехр(х) — экспонента;
Ln(х) — натуральный логарифм |х|;
Log(x) или Log10(x) —десятичный логарифм |х|;
Sin(x) — синус, х в радианах;
Cos(x) — косинус, х в радианах;
Таn(х) — тангенс, х в радианах;
Asin(x) — арксинус;
Acos(x) — арккосинус;
Atn(x) или Arctan(x) — арктангенс;
Atan2(y,x)= Atn(y/x);
Sinh(z) — гиперболический синус;
Cosh(z) — гиперболический косинус;
Tanh(z) — гиперболический тангенс;
Coth(z) — гиперболический котангенс.
Прочие функции от действительных и комплексных величин
ABS(y) — абсолютное значение у
SQRT(y) — корень квадратный из модуля у;
SGN(y) — знак числа у
FACT(n) — факториал целого числа n;
RND — случайные числа на отрезке [0, 1] с равномерным законом распределения;
Операции отношения и логические операции
= — равно;
> — больше;
< — меньше;
>= — больше или равно;
<=— меньше или равно;
<> или != — не равно;
== — равно;
AND — логическое И;
NAND — отрицание логического И;
NOT — отрицание;
OR — логическое ИЛИ;
NOR — отрицание логического ИЛИ;
XOR — исключающее ИЛИ;
Примечание: логическим выражениям присваиваются значения 1, если они истинны, и 0, если они ложны.
MIN(x,y) — минимальное значение величин х, у
МАХ(х,у) — максимальное значение величин х, у
LIMIT (u,x,y) — равно и, если х< и<у, равно х, если и< х, равно у, если и>у,
IF(b,x,y) — функция равна х, если b истинно, в противном случае равна у.
Функции от комплексных чисел
DB(z) — величина в децибелах, равная 20*LOG(|z|);
RE(z) — действительная часть z,
IM(z) — мнимая часть z,
MAG(z) — модуль z. При построении графиков допустимо просто указать z
PH(z) — фаза z в град.;
GD(z) — групповое время запаздывания.
Операции с логическими переменными
HEX(A,B,C,D) — значение состояний цифровых узлов А, В, С, D в шестнадцатеричной системе;
BIN(A,B,C,D) — значение состояний цифровых узлов А, В, С, D в двоичной системе;
DEC(A,B,C,D) — значение состояний цифровых узлов А, В, С, D в десятичной системе;
OCT(A,B,C,D) — значение состояний цифровых узлов А, В, С, D в восьмеричной системе;
+ — сумма двух двоичных, восьмеричных, шестнадцатеричных или десятичных чисел;
- - разность двух двоичных, восьмеричных, шестнадцатеричных или десятичных чисел;
DIV — целочисленное деление двух двоичных, восьмеричных, шестнадцатеричных или десятичных чисел;
MOD — остаток после целочисленного деления двух двоичных, восьмеричных, шестнадцатеричных или десятичных чисел;
& — операция поразрядного логического И состояний двух цифровых узлов;
| — операция поразрядного логического ИЛИ состояний двух цифровых узлов;
^ — операция поразрядного логического исключающего ИЛИ состояний двух цифровых узлов.
~ - Операция поразрядного логического отрицания состояния цифрового узла
Приложение
II.
Функциональное назначение цифровых
микросхем стандартных серий
Обозначение |
Аналог SN74 |
Функция |
AГ3 |
121 |
Одновибратор без перезапуска |
АГЗ |
123 |
Два одновибратора с перезапуском |
АГ4 |
221 |
Два одновибратора без перезапуска |
АПЗ |
240 |
Два 4-разрядных буфера с ЗС и инверсией |
АП4 |
241 |
Два 4-разрядных буфера с ЗС |
АП5 |
244 |
Два 4-разрядных буфера с ЗС |
АП6 |
245 |
8-разрядный двунаправленный буфер с ЗС |
АП9 |
640 |
8-разрядный двунаправленный буфер с ЗС |
АП10 |
640 |
8-разрядный двунаправленный буфер с ЗС и инверсией |
АП14 |
465 |
8-разрядный буфер с ЗС |
АП15 |
466 |
8-разрядный буфер с ЗС и инверсией |
АП16 |
643 |
8-разрядный буфер с ЗС |
АП20 |
646 |
8-разрядный двунаправленный буфер с регистром и с ЗС |
ВА1 |
226 |
Схема сопряжения с магистралью |
ВЖ1 |
630 |
16-разрядная схема контроля по коду Хемминга |
ГГ1 |
124 |
Два генератора, управляемых напряжением |
ИВ1 |
148 |
Приоритетный шифратор 8-3 |
ИВЗ |
147 |
Приоритетный шифратор 9-4 |
ИД1 |
14 |
Двоично-десятичный дешифратор с высоковольтным выходом |
ИД3 |
154 |
Дешифратор 4-16 |
ИД4 |
155 |
Сдвоенный дешифратор 2-4 |
ИД5 |
156 |
Два дешифратора 2-4 с ОК |
ИД6 |
42 |
Двоично-десятичный дешифратор 3-8 |
ИД7 |
138 |
Дешифратор 3-8 |
ИД10 |
145 |
Двоично-десятичный дешифратор 3-8 с большим выходным током |
ИД14 |
139 |
Два дешифратора 2-4 |
ИД 18 |
247 |
Дешифратор двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора |
ИЕ2 |
90 |
4-разрядный двоично-десятичный счетчик |
ИЕ4 |
92 |
Счетчик-делитель на 12 |
ИЕ5 |
93 |
4-разрядный двоичный счетчик |
ИЕ6 |
192 |
4-разрядный реверсивный двоично-десятичный счетчик |
ИЕ7 |
193 |
4-разрядный реверсивный двоичный счетчик |
ИЕ8 |
97 |
Делитель частоты с переменным коэффициентом деления |
ИЕ9 |
160 |
4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик с асинхронным сбросом |
ИЕ10 |
161 |
4-разрядный синхронный двоичный счетчик с асинхрон ным сбросом |
ИЕН |
162 |
4-разрядный двоично-десятичный счетчик с синхронным сбросом |
ИЕ12 |
190 |
4 разрядный синхронный реверсивный десятичный счетчик |
ИЕ13 |
191 |
4-разрядный синхронный реверсивный двоичный счетчик |
ИЕН |
196 |
Счетчик-делитель на 2 и на 5 |
ИЕ15 |
197 |
4-разрядный асинхронный счетчик с предварительной установкой |
ИЕ16 |
168 |
4-разрядный синхронный двоично-десятичный счетчик с параллельной загрузкой |
ИЕ17 |
169 |
4-разрядный синхронный двоичный счетчик с параллельной загрузкой |
ИЕ18 |
163 |
4-разрядный двоичный счетчик с синхронным сбросом |
ИЕ19 |
393 |
Сдвоенный 4-разрядный двоичный счетчик |
ИЕ20 |
390 |
Два двоично-десятичных счетчика со сбросом |
ИМ1 |
80 |
1-разрядный полный сумматор |
ИМ2 |
82 |
2-разрядный полный сумматор |
ИМЗ |
83 |
4-разрядный полный сумматор |
ИМ5 |
183 |
4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом |
ИМ6 |
283 |
4-разрядный полный сумматор с ускоренным переносом |
ИМ7 |
385 |
4-разрядный сумматор-вычитатель |
ИП2 |
180 |
8-разрядная схема контроля четности |
ИПЗ |
181 |
АЛУ для двух 4-разрядных слов |
ИП4 |
182 |
4-разрядная схема ускоренного переноса |
ИП5 |
280 |
9-разрядная схема контроля четности |
ИП6 |
242 |
Двунаправленный 4-разрядный буфер с инверсией |
ИП7 |
243 |
Двунаправленный 4-разрядный буфер |
ИП8 |
261 |
Параллельный умножитель 2x4 разряда |
ИП9 |
384 |
8-разрядный последовательно-параллельный умножитель |
ИР1 |
95 |
4-разрядный двунаправленный сдвиговый регистр |
ИР8 |
164 |
8-разрядный сдвиговый регистр с последовательным входом и параллельными выходами |
ИР9 |
165 |
8-разрядный сдвиговый регистр с параллельными входами и последовательным выходом |
ИР10 |
166 |
8-разрядный сдвиговый регистр |
ИР11 |
194 |
4-разрядный 2-направленный сдвиговый регистр |
ИР12 |
195 |
4-разрядный 2-направленный сдвиговый регистр |
ИР13 |
198 |
8-разрядный сдвиговый регистр |
ИР15 |
173 |
4-разрядный регистр с ЗС |
ИР16 |
295 |
4-разрядный реверсивный сдвиговый регистр с выходами ЗС |
ИР22 |
373 |
8-разрядный регистр-защелка с ЗС |
ИР23 |
374 |
8-разрядный регистр с ЗС |
ИР24 |
299 |
8-разрядный двунаправленный реверсивный сдвиговый регистр с ЗС |
ИР25 |
395 |
4-разрядный сдвиговый регистр с ЗС |
ИР26 |
670 |
Регистровый файл 4 х 4 с ЗС |
ИР27 |
377 |
8-разрядный регистр с разрешением записи |
ИР29 |
323 |
8-разрядный сдвиговый регистр с ЗС |
ИР30 |
259 |
8-разрядный регистр хранения с адресацией |
ИР32 |
170 |
Регистровый файл 4 х 4 с ОК |
.ИРЗЗ |
573 |
8-разрядный буферный регистр |
ИР34 |
873 |
Два 4-разрядных регистра с ЗС |
ИР35 |
273 |
8-разрядный регистр со сбросом |
ИР37 |
574 |
8-разрядный регистр с ЗС |
ИР38 |
874 |
Два 4-разрядных регистра с ЗС |
ИР40 |
533 |
8-разрядный регистр-защелка с ЗС и инверсией |
ИР41 |
534 |
8-разрядный регистр с ЗС и инверсией |
КП1 |
150 |
16-канальный мультиплексор |
КП2 |
153 |
Сдвоенный 4-канальный мультиплексор |
КП5 |
152 |
8-канальный мультиплексор |
КП7 |
151 |
8-канальный мультиплексор со стробированием |
КПП |
257 |
4-разрядный 2-канальный мультиплексор с ЗС |
КП12 |
253 |
2-разрядный 4-канальный мультиплексор |
КП13 |
298 |
4-разрядный 2-канальный мультиплексор со стробированием |
КП14 |
258 |
4-разрядный 2-канальный мультиплексор с ЗС с инверсией |
КП15 |
251 |
8-канальный мультиплексор с ЗС |
КП16 |
157 |
4-разрядный 2-канальный мультиплексор |
КП17 |
353 |
2-разрядный 4-канальный мультиплексор с ЗС и инверсией |
КП18 |
158 |
4-разрядный 2-канальный мультиплексор с инверсией |
КП19 |
352 |
2-разрядный 4-канальный мультиплексор с инверсией |
ЛА1 |
20 |
Два логических элемента 4И-НЕ |
ЛА2 |
30 |
Логический элемент 8И-НЕ |
ЛАЗ |
00 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ |
ЛА4 |
10 |
Три логических элемента ЗИ-НЕ |
ЛА6 |
40 |
Два логических элемента 4И-НЕ с повышенным выходным током |
ЛА7 |
22 |
Два логических элемента 4И-НЕ с ОК и повышенным выходным током |
ЛА8 |
01 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК |
ЛА9 |
03 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК |
ЛА10 |
12 |
Три логических элемента ЗИ-НЕ с ОК |
ЛА11 |
26 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным напряжением |
ЛА11 |
37 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с повышенным выходным током |
ЛА13 |
38 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным током |
ЛА16 |
140 |
Два логических элемента 4И-НЕ для работы на линию 50 Ом |
ЛА19 |
134 |
Логический элемент 12И-НЕ с разрешением |
ЛА21 |
1000 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с повышенным выходным током |
ЛА22 |
1020 |
Два логических элемента 4И-НЕ с повышенным выходным током |
ЛА23 |
1003 |
Четыре логических элемента 2И-НЕ с ОК и повышенным выходным током |
ЛА24 |
1010 |
Три логических элемента ЗИ-НЕ с повышенным выходным током |
ЛД1 |
60 |
Два 4-входовых расширителя по ИЛИ |
ЛЕ1 |
02 |
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ |
ЛЕ2 |
23 |
Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием |
ЛЕЗ |
25 |
Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием |
ЛЕ4 |
27 |
Три логических элемента ЗИЛИ-НЕ |
ЛЕ5 |
28 |
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ с повышенным выходным током |
ЛЕ6 |
128 |
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ с повышенным выходным током |
ЛЕ7 |
260 |
Два логических элемента 5ИЛИ-НЕ |
ЛИ1 |
08 |
Четыре логических элемента 2И |
ЛИ2 |
09 |
Четыре логических элемента 2И с ОК |
ЛИЗ |
11 |
Три логических элемента ЗИ |
ЛИ4 |
15 |
Три логических элемента ЗИ с ОК |
ЛИ6 |
21 |
Два логических элемента 4И |
ЛЛ1 |
32 |
Четыре логических элемента 2ИЛИ |
ЛЛЗ |
136 |
Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ с ОК |
ЛН1 |
04 |
Шесть инверторов |
ЛН2 |
05 |
Шесть инверторов с ОК |
ЛН3 |
06 |
Шесть инверторов с ОК и повышенным выходным напряжением |
ЛН4 |
07 |
Шесть буферных элементов с ОК |
ЛН5 |
16 |
Шесть инверторов с ОК и повышенным выходным напряжением |
ЛН6 |
366 |
Шесть инверторов с ЗС и с управлением |
ЛП4 |
17 |
Шесть буферных элементов с ОК и повышенным выходным напряжением |
ЛП5 |
86 |
Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ |
ЛП8 |
125 |
Четыре буферных элемента с ЗС и раздельным управлением |
ЛП9 |
07 |
Шесть буферных элементов с ОК и повышенным выходным напряжением |
ЛП10 |
365 |
Шесть буферных элементов с ЗС |
ЛП11 |
367 |
Шесть буферных элементов с ЗС |
ЛП12 |
136 |
Четыре двухвходовых логических элемента Исключающее ИЛИ сОК |
ЛП16 |
1034 |
Шесть буферов с повышенным выходным током |
ЛП17 |
1035 |
Шесть буферов с ОК и повышенным выходным током |
ЛР1 |
50 |
Два элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ |
ЛРЗ |
53 |
Элемент 2-2-2-ЗИ-4ИЛИ-НЕ |
ЛР4 |
55 |
Элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ |
ЛР9 |
64 |
Элемент 2-4-2-ЗИ-ИЛИ-НЕ |
ЛР10 |
65 |
Элемент 2-4-2-ЗИ-ИЛИ-НЕ с ОК |
ЛР11 |
51 |
Элементы 2-2И-2ИЛИ-НЕ и 2-ЗИ-2ИЛИ-НЕ |
ЛР13 |
54 |
Элемент 3-2-2-3 И-4ИЛИ-НЕ |
ПР6 |
184 |
Преобразователь двоично-десятичного кода в двоичный |
ПР7 |
185 |
Преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный |
РП1 |
170 |
Регистровое ЗУ 4 х 4 |
РПЗ |
172 |
Регистровое ЗУ 8 х 2 с ОК |
РУ1 |
81 |
ОЗУ с организацией 4x4 |
РУ2 |
89 |
ОЗУ с организацией 16x4 |
РУЗ |
84 |
ОЗУ 4 х 4 с дополнительными входами записи |
РУ5 |
130 |
ОЗУ с организацией 256 х 1 |
РУ9 |
289 |
ОЗУ с организацией 16x4 |
РУ10 |
225 |
ОЗУ с организацией 16x4 |
СП1 |
85 |
4-разрядный компаратор кодов |
TBI |
72 |
JK-триггер с элементом ЗИ на входе |
ТВ6 |
107 |
Два JK-триггера |
ТВ9 |
112 |
Два JK-трнггера |
ТВ10 |
113 |
Два JK-триггера |
ТВ11 |
114 |
Два JK-триггера |
ТВ15 |
109 |
Два JK-триггера |
ТЛ1 |
13 |
Два триггера Шмитта с инверсией и элементом 4И на входе |
ТЛ2 |
14 |
Шесть триггеров Шмитта с инверсией |
ТЛЗ |
132 |
Четыре триггера Шмитта с инверсией и элементом 2И на входе |
ТМ2 |
74 |
Два D-триггера с прямыми и инверсными выходами |
ТМ5 |
77 |
Четыре D-триггера типа «защелка» |
ТМ7 |
75 |
Четыре D-триггера типа «защелка» с прямыми и инверсными выходами |
ТМ8 |
175 |
Четыре D-триггера с прямыми и инверсными выходами |
ТМ9 |
174 |
Шесть D-триггеров с общим синхровходом |
ТР2 |
279 |
Два DS-триггера |