- •Цифровая электроника в устройствах управления
- •Оглавление
- •Раздел 1. Методические вопросы 7
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы цифровой электроники 29
- •Раздел III. Элементная база комбинационных цифровых узлов и устройств 71
- •Раздел IV. Последовательностные функциональные узлы 103
- •Введение
- •Раздел 1. Методические вопросы Лекция 1. Сведения о дисциплине
- •Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
- •Место дисциплины в структуре ооп впо
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Разделы дисциплины
- •Содержание разделов дисциплины
- •Раздел I. Введение. Методические вопросы –1 час.
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы цифровой электроники – 5 часов.
- •Раздел III. Элементная база комбинационных цифровых узлов и устройств – 6 часов.
- •Раздел IV. Элементная база последовательностных цифровых узлов – 4 часа.
- •Рекомендуемая литература
- •Учебники (рис. 2)
- •Справочники
- •Программное обеспечение и интернет-ресурсы
- •Методические рекомендации для студентов по изучению учебной дисциплины для очной формы и нормативного срока обучения
- •Указания по работе с основной и дополнительной литературой, рекомендованной программой дисциплины
- •1.5. Советы по подготовке к текущей аттестации и зачету
- •Материал для самостоятельной работы
- •1.6. Основные определения и понятия в цепи: процесс – информация – процесс
- •Информация и данные
- •Событие – сигнал – данные
- •Раздел II. Математические, логические и аппаратные основы цифровой электроники Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 2. Варианты выполнения интегральных микросхем
- •2.1. Начальные сведения
- •2.2. Классификация имс
- •Определение
- •2.3. Сравнительный анализ имс семейства ттл различных серий
- •2.4. Особенности применения микросхем с тт-логикой
- •2.5. Варианты выполнения выходного каскада имс семейства ттл
- •2.6. Характеристика логического элемента
- •Лекция 3. Понятие кодирования и разновидности кодов
- •3.1. Основные положения
- •3.2. Специальные виды кодов
- •Лекция 4. Системы логических функций и их реализации
- •4.1. Основные тождества алгебры логики (повторение) 4
- •4.2. Системы логических функций от 1 и 2 аргументов
- •4.3. Минимизация логических функций
- •Метод Карно-Вейча
- •4.4. Дополнительные возможности логических преобразований на базе комбинационных микросхем ттл
- •Раздел III. Элементная база комбинационных цифровых узлов и устройств Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 5. Сложные комбинационные схемы
- •5.1. Преобразователи кодов: классификация, назначение и функционирование
- •5.2. Шифраторы и дешифраторы семейства ттл: функционирование и использование
- •Лекция 6. Коммутаторы
- •6.1. Общее определение, классификация, назначение и функционирование
- •6.2. Функциональные схемы коммутаторов
- •6.3. Реализации коммутаторов информационных потоков
- •Лекция 7. Преобразователи специальных кодов и схемы анализа кодов
- •7.1. Преобразователи специальных кодов
- •7.2. Схемы анализа кодов
- •7.3. Арифметико-логические устройства
- •8.2. Триггеры Разновидности триггеров
- •Преобразование триггеров
- •8.3. Регистры
- •8.4. Счетчики: классификация, функционирование, использование
- •Вопросы для зачета Теоретическая часть
- •П римеры практических заданий
- •Заключение
- •Приложение Зарубежные аналоги наиболее распространенных микросхем ттл малой и средней интеграции
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Информация и данные
Понятие «данные» можно истолковать как сведения, полученные путем измерения, наблюдения, логических или арифметических операций и представленные в форме, пригодной для постоянного хранения, передачи и (автоматизированной) обработки.
Для понятия «информация» существует множество формулировок. В частности, по законодательству РФ ИНФОРМАЦИЯ – это, как и данные, сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления. Однако подчеркивается, что информация уменьшает степень неопределенности, неполноту знаний о лицах, предметах, событиях и т.д. Отсюда связь с толкованием, предлагаемым ниже.
Автору пособия представляется наиболее системным следующее:
Информация представляет собой активное состояние данных, возникающее при взаимодействии данных с пользователем, имеющим потребность в снятии соответствующей неопределенности и вооруженным адекватными методами работы с этим конкретным типом данных.
Вне взаимодействия информация не существует, существуют лишь данные, содержание которых недоступно без соответствующих средств. Примеры – шифры, японский текст и т.п. (повторно рассмотрите связи на рис. 3).
Событие – сигнал – данные
Теперь рассмотрим цепочку «событие – сигнал – данные», начиная снизу 1. Методы выделения сигнала из события рассматриваются в курсе «Информационные устройства роботов». В результате формируются электрические сигналы различного вида – аналоговые или дискретные. Аналоговые сигналы характеризуются возможностью принимать бесконечно большое количество сколь угодно мало отличающихся значений в физически возможном диапазоне (например, напряжение, временной интервал, фаза). Дискретные сигналы могут принимать только конечное множество значений – равномерно или неравномерно распределенных в возможном диапазоне, а в пределе – лишь два значения, которые обычно обозначаются 0 и 1 (присвоение этих обозначений определяется различными специальными соображениями и может не соответствовать ожиданиям с позиции «здравого смысла»).
В технической реальности данные формируются и хранятся в дискретной форме. Для закрепления сигналов в виде данных необходимы методы и средства дискретизации, упорядочения, уплотнения и занесения на носитель (память, диск, бумагу и проч.) – эти методы и средства будут изучаться в курсе «Микропроцессорные устройства управления…». Наиболее применимым в технике является способ структурирования и кодирования данных. В этом методе массив сигналов, представляющий событие, фрагментируется в пространстве и/или во времени по определенным правилам и дискретизируется, образуя массив данных.
Затем каждый фрагмент данных кодируется средствами какого-либо языка. Кодирование или перекодирование необходимы потому, что форма выдачи дискретизированного сигнала (исходной формы данных) зачастую не соответствует той форме, которая требуется пользователю. Обычно данные кодируются позиционным двоичным кодом и только после этого фиксируются.
В цепи «пользователь – объект» преобразования идут аналогично, но в обратном порядке.
Для хранения, передачи и обработки существенны следующие понятия, применимые к структурированным данным:
Алфавит – фиксированный для каждого алгоритмического языка набор основных символов, из которых должен состоять любой текст на этом языке. Никакие другие символы в тексте не допускаются.
Синтаксис – набор правил построения фраз языка, позволяющий определить осмысленные предложения в этом языке. Греч. syntaxis – порядок.
Семантика – система правил истолкования отдельных языковых конструкций. Семантика определяет смысловое значение предложений языка.
В заключение определим некоторые понятия, использующиеся для описания логических сигналов. Это сигналы, которые могут принимать значения из двух допустимых зон (например, ток 0..0,1 мА и 20±1 мА, напряжение 0..0,4 В и 2,4..5 В). Одно из этих состояний обозначается как лог.0, другое – как лог.1, причем отождествление электрического сигнала и логического обозначения имеет чисто условный, договорный характер.
Установка сигнала означает перевод сигнала в активное состояние (лог.1), снятие сигнала – перевод в пассивное состояние (лог.0). Перевод состояния из пассивного в активное называют передним фронтом сигнала, а обратный переход – задним фронтом. В то же время переход сигнала из эл.0 в эл.1 называют фронтом или положительным фронтом, а обратно – срезом или отрицательным фронтом.
Событием, подлежащим фиксации, могут быть как фронты сигнала, так и его уровни. Передача потенциальных сигналов (уровней) может сопровождаться синхронизацией или тактированием. При тактировании будем считать сигнал достоверным в течение активного состояния импульса тактирования (сигнал L, сигнал загрузки). При синхронизации сигнал достоверен в момент одного из переходов синхроимпульса (C – clock).
Оценивать сигналы, в зависимости от цели, можно как в пространстве n-мерных состояний, где n – количество выходов, так и в пространственно-временном континууме. Например, последовательность состояний четырехразрядного двоичного пересчетного узла имеет вид, приведенный на рис. 4.
:
Q4
Q3
Q2
Q1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
Р
Заполните строки таблицы
до конца, обведите все ячейки так, как
это сделано для Q1,
затем поверните лист на 90° по часовой
стрелке и рассмотрите результат справа
налево.
С точки зрения динамики изменения состояния (читая построчно) эта последовательность соответствует прибавлению единицы для каждого последующего состояния, а с точки зрения временнЫх чередований в каждом разряде (анализируя по столбцам) при равномерном переходе от состояния к состоянию выглядит как формирование четырех импульсных последовательностей со скважностью 2 (меандров) и частотой f вх/2, f/вх/4, fвх/8, fвх/16 соответственно.