pdm_03
.pdf
Потребляемая мощность
Три базовых состояния логических элементов: выключено, включено, переключение. В связи с этими состояниями микросхемы реализующие логические элементы разделяют:
- потребляют наибольшее количество энергии в статическом состоянии
(выключено, включено); -потребляют наибольшее количество энергии при переключении.
Среднее потребление энергии в статических состояниях
характеризуется величиной: Pср=(Pвкл.+Pвыкл.)/2, где Pвкл. – потребление в состоянии выключено, Pвыкл. - потребление в состоянии включено.
Для микросхем потребляющих наибольшее количество энергии при переключении вводят характеристику выражающую среднюю потребляемую мощность при максимальной частоте переключения.
Корректный расчѐт потребляемой мощности позволяет:
-выбрать источники питания достаточной мощности;
-выбрать тип и параметры системы охлаждения;
-произвести компоновку элементов на плате с учѐтом распределения тепла;
-как следствие повысить надѐжность и устойчивость системы на логических элементах.
Повышение рабочей температуры полупроводниковых микроэлементов,
над номинальной на каждые 2-3 сокращает срок службы вдвое. |
11 |
|
Элементы одноступенчатой логики
И
x
& x∙y
y
ИЛИ
x
1 x+y
y
|
НЕ |
|
x |
1 |
¬x |
|
И-НЕ
x |
& |
|
|
¬(x∙y) |
|
|
|
|
y |
|
|
ИЛИ-НЕ
x
1 ¬(x+y)
y
Элементы «И», «ИЛИ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» могут содержать более двух входов.
12
И
ИЛИ
НЕ
|
Взаимные преобразования |
|
|
И-НЕ |
ИЛИ-НЕ |
|
|
1 |
& |
& |
1 |
|
|
1 |
&
& |
1 |
1 |
&
& |
1 |
13
Примеры элементов двухступенчатой логики
И-ИЛИ
& 1
&
ИЛИ-И
1 &
1
И-ИЛИ-НЕ
& 1
&
ИЛИ-И-НЕ
1 &
1
14
A1 |
|
|
A0 |
|
|
|
Дешифратор 1:n |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
любой |
момент |
времени |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дешифратор |
активизирует |
только |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
один из n возможных выходов. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выбор |
активного |
|
выхода |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осуществляется |
при |
|
помощи |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
управляющих входов (адресов). |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y0 |
На |
|
изображении |
схема на |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
логических |
элементах |
и |
таблица |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y1 |
истинности дешифратора 1:4. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
адрес |
|
выходы |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y2 |
|
A1 |
|
A0 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
|
Y0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y3 |
|
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На базе дешифратора реализуют различные схемы адресации т.е.
выборки данных или адреса, преобразования кодов и др. |
15 |
Мультиплексор и демультиплексор
A0 |
A0 |
MS |
|
|
Y0 |
A1 |
|
|
|
||
A1 |
|
|
|
|
|
X0 |
|
|
|
Y0 |
A0 |
D0 |
|
F |
|||
|
|
A |
|||
X1 |
D1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
X2 |
D2 |
|
|
|
|
X3 |
D3 |
|
|
|
|
Мультиплексор
X0
X1
X2
X3
D |
DMS |
|
D0 |
Z0 |
|
|
|
D1 |
Z1 |
|
|
|
||
|
|
|
||
A0 |
|
|
D2 |
Z2 |
A1 |
|
|
D3 |
Z3 |
Демультиплексор
Z0
Z1
Z2
Z3
Мультиплексор и демультиплексор возможно использовать для построения произвольной логической функции.
16
Схемы с обратной связью
+ x |
y=f(x) |
y |
|
||
b |
b=m(a) |
a |
|
|
Примеры аналоговых схем с обратной связью
|
Интегрирующая |
|
|
Дифференцирующая |
|||||||
|
схема на ОУ |
|
|
|
|
схема на ОУ |
|
|
|||
|
|
С |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
ui |
R |
|
ОA |
|
|
|
|
ui |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
ОA |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
ou |
|
|
uout |
|
|
|
|
1 |
∫ |
|
t |
|
uout = |
RC |
duin |
|
|
|
|
|
|
|
dt |
||||
|
u |
|
= |
|
|
dt |
|
||||
|
out |
|
u |
|
|
||||||
|
|
|
RC |
|
in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обратная связь позволяет получать информацию о некотором состоянии |
|
системы на промежуточных звеньях или выходе. Такая информация |
|
является откликом системы на входящий ранее сигнал (или группу |
17 |
|
сигналов).
|
Обратная связь в схемах на базе |
С |
логических элементов |
D1 |
D2 |
1 |
1 |
R1
R2 R3
Генератор сигналов на элементах «НЕ»
Многие схемы на базе логических элементов построены с применением обратной связи. В схемах логики обратная связь, при формировании нового значения, позволяет учитывать предыдущие значения на выходе, т.е. позволяет реализовать рекуррентные схемы или схемы с памятью.
Логику с памятью называют секвенциальной логикой. Хорошим примером могут быть триггеры.
*графики получены на основании расчѐтов в программе
схемотехнического моделирования MicroCap. |
18 |
Триггеры
Триггер – элемент класса объектов (в частности устройств) обладающих двумя или более состояниями устойчивого равновесия, способных под действием внешних управляющих воздействий переключаться в любое из этих состояний и находиться в них сколь угодно продолжительное время.
В сфере электронных логических элементов триггером называют электронное устройство способное переключаться и запоминать логические состояния 0 или 1 (или их различные комбинации в случае множества выходов) под воздействием внешних управляющих сигналов.
Триггеры применяют для реализации множества функциональных логических устройств: регистров, переключателей, счѐтчиков, делителей, сумматоров и др.
Триггеры являются наиболее распространѐнными элементами в цифровых схемах.
Триггеры с двумя устойчивыми состояниями называют –
бистабильными.
19
Классификация электронных триггерных устройств
Триггеры потенциального кодирования Способ схемотехнической реализации
Динамические |
Статические |
|
Импульсно- |
Квази- |
||||
|
статические |
статические |
||||||
триггеры (ДТ) |
триггеры (СТ) |
|
||||||
триггеры (ИСТ) |
триггеры (КСТ) |
|||||||
|
|
|
|
|||||
Функциональный |
Способ |
|
Способ управления |
|||||
|
признак |
записи |
|
|
записью |
|||
|
Асинхронные |
Тактируемые |
L, ¬L, F, ¬F, L(¬F), |
|||||
|
(не тактируемые) |
(синхронные) |
(¬L)F, ¬(LF), LF, T(¬F) |
|||||
|
|
D, RS, JK, RST, E, R, S, T |
|
|
||||
L |
|
L |
|
|
|
|
|
|
F |
¬F |
F |
Номенклатура триггеров определяется на |
|||||
основании условного обозначения совокупности |
||||||||
¬L |
¬L |
|
||||||
|
|
классификационных признаков. |
||||||
|
|
|
|
|||||
Обозначение
20
фрагментов сигнала