Рабочий стол / Alaev_A_N (1) / Алаев А.Н / DIGITAL_Konsp

21

структурой связей) скорость обмена сигналами. Припростыхструктурахсвязи шиннаяорганизацияможетбытьизбыточна.

Новернемсяктипамвыходовцифровыхмикросхем.

Натретьем уровнепредставления (электрическая модель) необходимо уже учитывать, что выходные ключи (рис. 1.9) представляют собойнепростые тумблеры(какнапервыхдвухуровняхпредставления), атранзисторныеключи сосвоимиспецифическимипараметрами. Однаковбольшинствеслучаевдостаточнознать, какойтокможетвыдатьданныйвыходвсостоянияхлогического нуля(IOL) Илогическойединицы(IOH). Величиныэтихтоковнедолжны превышатьсуммытоковвсех входов, подключенныхкданномувыходу (соответственноIILИIIH). Количествовходов, котороеможноподключитьк одномувыходу, определяеткоэффициент разветвленияилинагрузочную способностьмикросхемы. Существуютмикросхемысобычнойнагрузочной способностьюисповышеннойнагрузочнойспособностью (больше обычной в два раза и более). Выходы ЗС, какправило, имеютповышеннуюнагрузочную способность(тоесть обеспечивают большиевыходные токи). Выходы 2Си ОК могутбытькаксобычной, такисповышеннойнагрузочнойспособностью.

Натретьемуровнепредставления(электрическая модель) необходимо такжеучитыватьвыдаваемыевыходоммикросхемывеличинывыходных напряженийUOLИUOH. ВЫХОДЫОКмогутбытьрассчитаныкакнаобычное выходноенапряжениелогическойединицы(UOH = UCC= 5 В), так и на повышенноенапряжение логической единицы (до 30 В). В последнем случае внешнийрезисторэтоговыхода(см. рис. 1.9) подключаетсякисточнику повышенного напряжения.

Тольковсложныхслучаях, напримерприпереводелогическогоэлементав линейныйрежимзасчетобратныхсвязей, нуженучетдругихпараметров входныхивыходныхкаскадов. Новэтихредкихслучаяхгораздопрощеи надежнеенесчитатьничегосамому, авоспользоватьсястандартными схемами включения микросхем или подобрать режимы работы и номиналы внешних элементов (резисторов, конденсаторов) непосредственно намакете

22

проектируемого устройства. Вотличие от расчетовтакойподходдастполную гарантиюработоспособностивыбранного решения.

1.4. Основныеобозначениянасхемах

Дляизображенияэлектронныхустройствиихузловприменяется три основных типа схем:

•принципиальнаясхема;

•структурнаясхема;

•функциональнаясхема.

Различаютсяэтитривидасхемсвоимназначениеми, самоеглавное, степеньюдетализацииизображенияустройств.

Принципиальная схема — это наиболее подробная схема. Она обязательно показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними. Если схема строится наоснове микросхем, то должны быть показаны номера выводов всех входовивыходовэтихмикросхем. Принципиальная схемадолжнапозволятьполностьювоспроизвести устройство. Обозначенияпринципиальнойсхемынаиболеежестко стандартизованы, отклоненияотстандартовнерекомендуются.

Структурная схема — это наименее подробная схема. Она предназначена для отображения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужноданное устройство, ичто оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначения структурной схемы могутбытьдовольнопроизвольными, хотянекоторыеобщепринятые правилавсе-такилучшевыполнять.

Функциональная схема представляет собой гибридструктурнойи принципиальнойсхем. Некоторыенаиболеепростыеблоки, узлы, части устройства отображаются на ней, как на структурнойсхеме, аостальные— как напринципиальнойсхеме. Функциональнаясхемапозволяетпонятьвсюлогику работыустройства, все его отличия от других подобных устройств, но не позволяетбездополнительнойсамостоятельнойработывоспроизвести это устройство. Что касается обозначений, используемых нафункциональных

24

Активный уровень сигнала — это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть выполнению этимсигналомсоответствующей ему функции.

Пассивный уровеньсигнала — это уровень, в которомсигнал не выполняет никакой функции.

Инвертирование или инверсия сигнала — это изменение его полярности.

Инверсный выход — это выход, выдающий сигнал инверсной полярности по сравнению с входным сигналом.

Прямой выход — это выход, выдающий сигнал такой же полярности, какую имеет входной сигнал.

Положительный фронт сигнала— это переход сигнала из нуля в единицу.

Отрицательный фронтсигнала (спад) — это переход сигнала из единицы в нуль.

Передний фронт сигнала (фронт) — это переход сигнала из пассивного уровня в активный уровень.

Задний фронтсигнала (срез) — это переход сигнала из активного уровня в пассивный уровень.

Тактовый сигнал (или строб) — управляющий сигнал, который определяетмоментвыполненияэлементомилиузломегофункции.

Шина — группа сигналов (и соответствующих физических линий передачи этих сигналов), объединенных по какому-то принципу. Например, шиной называют сигналы, соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.

Для обозначения полярности сигнала на схемах используется простое правило: если сигнал отрицательный, то перед его названием ставится знак минус, например, —WR или —ОЕ, или же (реже) над названием сигнала ставится черта. Если таких знаков нет, то сигнал считается положительным. Для названий сигналов обычно используются латинские буквы, представляющие собой сокращения английских слов. Например, WR — сигнал записи (от

Write — писать).

25

Инверсия сигнала обозначается кружочком на месте входа иливыхода. Существуютинверсныевходыиинверсныевыходы(рис. 1.14).

Если какая-то микросхема выполняет функцию по фронтувходного сигнала, то на месте входа ставится косая черта (под углом45°), причем наклон вправо или влево определяется тем, какой фронт — положительный или отрицательный — используется в данном случае (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Обозначение входов и выходов.

Тип выхода микросхемы помечается специальным значком: выход 3С — перечеркнутым ромбом, а выход ОК — подчеркнутым ромбом (рис. 1.14). Стандартный выход (2С) никак не помечается.

Наконец, если у микросхемы необходимо показать неинформационные выводы, то есть выводы, не являющиеся ни логическими входами, ни логическими выходами, то такой вывод помечается косым крестом (две перпендикулярные линии под углом 45°). Это могут быть, например, выводы для подключения внешних элементов (резисторов, конденсаторов) или выводы питания (рис. 1.15).

Всхемахтакжепредусматриваются специальныеобозначения для шин (рис. 1.16). На структурных и функциональных схемах шины обозначаются толстыми линиями или двойными стрелками, причемколичествосигналов, входящихвшину, указывается рядом с косой чертой, пересекающей шину. На принципиальных схемах шина тоже обозначается толстой линией, а входящиев шину и выходящие из шины сигналы показываются в виде перпендикулярных к шинетонких линийсуказанием их номера или названия

26

(рис. 1.16). При передаче по шине двоичного коданумерация начинается с младшего разряда кода.

Рис. 1.15. Обозначение неинформационных выводов.

Рис. 1.16. Обозначение шин.

При изображении микросхем используются сокращенные названия входныхивыходныхсигналов, отражающиеихфункцию. Этиназвания располагаются нарисунке рядом ссоответствующим выводом. Также на изображении микросхем указывается выполняемая ими функция (обычно в центревверху). Изображение микросхемы иногда делят на три вертикальных поля. Левое поле относится к входным сигналам, правое — к выходным сигналам. Вцентральномполепомещаютсяназваниемикросхемы и символы ее особенностей. Неинформационные выводы могутуказываться как налевом, так и направомполе, иногдаих показывают наверхней илинижней стороне прямоугольника, изображающего микросхему.

В табл. 1.2 приведены некоторые наиболее часто встречающиеся обозначения сигналов и функций микросхем. Микросхемавцелом обозначаетсянасхемахбуквамиDD (отанглийскогоDigital — цифровой) с соответствующим номером, например DD1, DD20.1, DD38.2 (послеточки указываетсяномерэлементаили узла внутри микросхемы).

1.5.Сериицифровыхмикросхем

Внастоящеевремявыпускаетсяогромноеколичестворазнообразныхцифровых микросхемотпростейшихлогическихэлементовдосложнейшихпроцессоров, микроконтроллеровиспециализированныхБИС(большихинтегральных микросхем). Выпускомцифровыхмикросхемзанимается множество фирмкак унасвстране, такизарубежом. Поэтомудажеклассификацияэтихмикросхем представляетсобойдовольнотруднуюзадачу.

Однаковкачествебазисавцифровойсхемотехникеприняторассматривать классическийнабормикросхеммалойисреднейстепениинтеграции, воснове

28

котороголежатТТЛсериисемейства74, выпускаемыеуженесколькодесятилетий рядомфирм, напримерамериканскойфирмойTexas Instruments (ТП). Этисерии включаютвсебяфункциональнополныйкомплектмикросхем, используякоторый можносоздаватьсамыеразныецифровыеустройства. Дажеприкомпьютерном проектированиисовременныхсложныхмикросхемспрограммируемойлогикой (ПЛИС) применяютсямоделипростейшихмикросхемэтихсерийсемейства74. Приэтомразработчикрисуетнаэкранекомпьютерасхемувпривычномдлянего элементномбазисе, азатемпрограммасоздаетпрошивку ПЛИС, выполняющую требуемую функцию.

Каждая микросхема серий семейства 74 имеет свое обозначение, и система обозначений отечественных серий существенно отличается от принятой за рубежом.

Рис. 1.17. Система обозначений фирмы Texas Instruments.

В качестве примера рассмотрим систему обозначений фирмы Texas Instruments (рис. 1.17). Полноеобозначение состоит из шести элементов:

1.ИдентификаторфирмыSN (длясерийАСиACT отсутствует).

2.Температурный диапазон (типсемейства):

•74 — коммерческие микросхемы (температура окружающей среды для биполярных микросхем — 0...70°С, для КМОП микросхем

-------------------------------- 40...+85°С),

•54 — микросхемы военного назначения (температура окружающей среды------------------------ 55...+125°С).

3.Код серии(до трех символов):

•Отсутствует — стандартная ТТЛ серия.

•LS (Low Power Schottky) — маломощная серия ТТЛШ.

•S (Schottky) — серия ТТЛШ.

29

•ALS (Advanced Schottky) — улучшенная серия ТТЛШ.

•F (FAST) — быстрая серия.

•НС(High Speed CMOS) — высокоскоростнаяКМОПсерия.

•НСТ (High Speed CMOS with TTL inputs) — серия НС, совместимая по входу с ТТЛ.

•AC (Advanced CMOS) — улучшенная серия КМОП.

•ACT (Advanced CMOS with TTL inputs) — серия АС, совместимая по входу с ТТЛ.

•BCT (BiCMOS Technology) — серия с БиКМОП технологией.

•АВТ (Advanced BiCMOS Technology) — улучшенная серия с БиКМОП технологией.

•LVT (Low Voltage Technology) — серия с низким напряжением питания.

4.Идентификатор специального типа(2 символа) — может отсутствовать.

5.Тип микросхемы (от двухдошести цифр). Перечень некоторых типов микросхем приведен в Приложении.

6.Кодтипакорпуса(отодногододвухсимволов) — можетотсутствовать. Например, N — пластмассовый корпус DIL (DIP), J — керамический корпус DIL (DIC), Т — плоский металлический корпус.

Примеры обозначений: SN74ALS373, SN74ACT7801, SN7400.

Отечественная система обозначений микросхем отличается от рассмотренной довольно существенно (рис. 1.18). Основные элементы обозначения следующие:

1.Буква К обозначает микросхемы широкого применения, для микросхем военногоназначения буква отсутствует.

2.Тип корпусамикросхемы (один символ) — может отсутствовать. Например, Р— пластмассовыйкорпус, М— керамический корпус, Б — бескорпусная микросхема.

3.Номер серии микросхем (от трех до четырех цифр).

4.Функциямикросхемы (две буквы).

30

5. Номер микросхемы (отоднойдотрехцифр). Таблицафункцийиномеров микросхем, атакжетаблицаихсоответствиязарубежныманалогам приведенывПриложении.

Рис. 1.18. Обозначенияотечественныхмикросхем.

Примерыобозначений: КР1533ЛАЗ, КМ531ИЕ17, КР1554ИР47.

Главноедостоинствоотечественнойсистемыобозначенийсостоитвтом, чтопообозначениюмикросхемыможнолегкопонятьеефункцию. Затов системеобозначенийTexas Instruments виден тип серии с его особенностями.

Чемотличаетсяоднасерияотдругой?

Напервомуровнепредставления(логическаямодель) сериинеразличаются ничем. Тоестьодинаковыемикросхемыразныхсерийработаютпооднимитем жетаблицамистинности, пооднимитемжеалгоритмам. Правда, надо учитывать, чтонекоторыемикросхемыимеютсятольководнойизсерий, а некоторыхнет в нескольких сериях.

На втором уровне представления (модель с учетом задержек) серии отличаютсявеличинойзадержкираспространениясигнала. Эторазличиеможет бытьдовольносущественным. Поэтомувтехсхемах, гдевеличиназадержки принципиальна, надоиспользоватьмикросхемыболеебыстрыхсерий(табл. 1.3). Натретьемуровнепредставления(электрическаямодель) серииразличаются

величинамивходныхивыходныхтоковинапряжений, атакже, чтонеменее важно, токамипотребления(табл. 1.3). Поэтомувтехустройствах, гдеэти параметрыпринципиальны, надоприменятьмикросхемы, обеспечивающие, например, низкиевходныетоки, высокиевыходныетокиималоепотребление. СерияК155 (SN74) — этонаиболеестараясерия, котораяпостепенно сниметсяспроизводства. Онаотличаетсянеслишкомхорошимипараметрами

посравнениюсдругимисериями. Сэтойклассическойсериейпринято сравниватьвсеостальные.