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

31

Таблица 1.3. Сравнение параметров одинаковых микросхем в разных стандартных сериях

Серия К555 (SN74LS) отличается от серии К155 малыми входными токами и меньшей потребляемой мощностью (ток потребления почти втрое меньше, чем у К155). По быстродействию (по временам задержек) она близка к серии К155.

Серия КР531 (SN74S) отличается высоким быстродействием (задержки примерно в 3—4 раза меньше, чем у серии К155), но большими входными токами (на 25% больше, чем у К155) и большой потребляемой мощностью (ток потребления больше в полтора раза по сравнению с серией К155).

Серия КР1533 (SN74ALS) отличается повышенным примерно вдвое по сравнению с К155 быстродействием и малой потребляемой мощностью (в четыре раза меньше, чем у К155). Входные токи еще меньше, чем у серии К555.

Серия КР1531 (SN74F) отличается высоким быстродействием (на уровне КР531), но малой потребляемой мощностью. Входные токи и ток потребления примерновдвоеменьше, чемусерии К155.

32

Серия КР1554 (SN74AC) отличается от всех предыдущих тем, чтоона выполненапоКМОП-технологии. Поэтомуонахарактеризуется сверхмалыми входными токами и сверхмалым потреблениемпрималыхрабочихчастотах. Задержкипримерновдвое меньше, чем у серии К155.

Наибольшимразнообразием имеющихсямикросхемотличаются серии К155 и КР1533, наименьшим — серии КР1531 и КР1554.

Следует отметить, что приведенные здесь соотношения по быстродействию стандартных серий довольно приблизительны и выполняются недля всех разновидностей микросхем, имеющихсявразных сериях. Точныезначениязадержекнеобходимонаходить в справочниках, причем желательно использоватьфирменные справочные материалы.

Микросхемы разных серий обычно легко сопрягаются между собой, то есть сигналы с выходов микросхем одной серии можносмелоподаватьна входымикросхемдругойсерии. Одноизисключений— соединениевыходов ТТЛ, микросхемсовходами КМОП микросхем серии КР1554 (74АС). При таком соединениинеобходимоприменениерезистораноминалом560 Ом между линиями сигнала и напряжения питания (рис. 1.19).

Рис. 1.19. СопряжениемикросхемТТЛиКР1554 (КМОП).

При выборетой илииной серии микросхем следует также учитывать, что микросхемы мощной и быстрой серии КР531 создают высокий уровень помех по шинам питания, а микросхемы маломощной серии К555 очень чувствительны к таким помехам. Поэтому серию КР531 рекомендуется использоватьтолько в крайних случаях, когда необходимо получить очень высокое быстродействие. Не рекомендуется также применять в одном и том же устройстве мощные быстродействующие и маломощные микросхемы.

33

1.6. Корпуса цифровых микросхем

Большинство микросхем имеют корпус, то есть прямоугольный контейнер (пластмассовый, керамический, металлокерамический) с металлическими выводами (ножками). Предложено множество различных типов корпусов, но наибольшеераспространение получили два основных типа:

•Корпус с двухрядным вертикальным расположением выводов, например: DIP (Dual In Line Package, Plastic) — пластмассовый корпус, DIC (Dual In Line Package, Ceramic) — керамический корпус. Общее название для таких корпусов — DEL (рис. 1.20). Расстояние между выводами составляет 0,1 дюйма (2,54 мм). Расстояние между рядами выводов зависит от количества выводов.

•Корпус с двухрядным плоскостным расположением выводов, например: FP (Flat-Package, Plastic) — пластмассовый плоский корпус, FPC (Flat-Package, Ceramic) — керамический плоский корпус. Общее название для таких корпусов — Flat (рис. 1.20). Расстояние между выводами составляет 0,05

дюйма(1,27 мм) или 0,025 дюйма (0,0628 мм).

Рис. 1.20. Примеры корпусов DIL и Flat.

Номеравыводоввсехкорпусовсчитаютсяначинаясвывода, помеченного ключом, понаправлениюпротивчасовойстрелки(еслисмотретьнамикросхему сверху). Ключомможетслужитьвырезнаоднойизсторонкорпусамикросхемы, точкаоколопервоговыводаилиутолщениепервоговывода(рис. 1.20). Первый вывод может находиться в левом нижнем углу или в правом верхнемуглу(в зависимостиоттого, какповернуткорпус). Микросхемыобычноимеют стандартноечисловыводовизряда: 4, 8, 14, 16, 20, 24, 28,... Длямикросхем стандартныхцифровыхсерийиспользуютсякорпусасколичествомвыводов начинаяс14.

34

Назначение каждого из выводов микросхемы приводится в справочниках по микросхемам, которых сейчас имеется множество. Правда, лучше ориентироваться на справочники, издаваемые непосредственно фирмамиизготовителями. В данной книге назначение выводов микросхем не приводится.

Отечественные микросхемы выпускаются в корпусах, очень похожихна DDL и Flat, но расстояния между их выводами вычисляются по метрической шкале и поэтому чуть-чуть отличаются от принятых зарубежом. Например, 2,5 мм вместо 2,54 мм, 1,25 мм вместо 1,27 мм и т. д. Для корпусов с малым числом выводов (до 20) это не слишком существенно, но для больших корпусов расхождение в расстоянии может стать существенным. В результате на плату, рассчитанную на зарубежные микросхемы, нельзя поставить отечественные микросхемы и наоборот.

35

2.1Системы счисления.

Система счисления (СС)– это способ представления чисел с помощью специально условленных знаков (цифр). Кроме двоичной системы счисления, использующей двоичный алфавит, в цифровой технике используются и другие. Рассмотрим их более подробно. Существуют позиционные и непозиционные системы счисления. В позиционных – вес каждого разряда зависит от его позиции в числе. У непозиционных – каждый разряд имеет определенное значение, не зависящее от позиции в числе. К позиционным относятся, например, десятичная, двоичная системы счисления. К непозиционным – римская, двоично-десятичная системы счисления.

Любая позиционная система счисления характеризуется основанием, представляющим собой количество возможных цифр (букв алфавита), допустимым в системе. Например, в десятичной системе счисления основание равно 10, т. к. цифры могут принимать значения от «0» до «9» (всего десять возможных значений); в двоичной системе счисления основание равно 2, т. к. цифры могут принимать два значения: «0» и «1». Любое неотрицательное десятичное число может быть представлено в позиционной системе счисления по формуле:

D =Cn−1 bn−1 +Cn−2 bn−2 + +C1 b1 +C0 +C−1 b−1 + , (1)

Где D - десятичный эквивалент числа, Cn - значение n-го разряда, b -

основание системы счисления.

36

В цифровой технике наиболее часто применяются двоичная система счисления (BIN), десятичная система счисления (DEC), шестнадцатеричная система счисления (HEX), восьмеричная (OCT) и непозиционная двоичнодесятичная система счисления. В двоичной системе каждое число представляется последовательностью цифр «0» и «1». В шестнадцатеричной системе каждое число представляется последовательностью цифр от «0» до «9» и далее буквами латинского алфавита: цифра 10 –A, цифра 11 - B, цифра 12 - C, цифра13 – D, цифра 14

– E, цифра 15 – F. Иногда используется восьмеричная система счисления. При этом числа представляются в виде последовательностей цифр от «0» до «7». В двоично-десятичной системе счисления каждая цифра десятичного числа представляется соответствующей последовательностью двоичных

37

чисел. Пример представления первых шестнадцати десятичных чисел в различных системах счисления представлен в таблице 1. При записи числа в HEX представлении в конце каждого числа добавляют букву H. Для перевода любого двоичного числа в HEX систему, необходимо, начиная, справа, разбить его на группы по четыре цифры и каждую группу представить цифрой в соответствии с таблицей. Для перевода двоичного числа в восьмеричную систему необходимо каждую группу из трех цифр, начиная, справа представить восьмеричным эквивалентом в соответствии с таблицей 1.

Числа в двоичном и шестнадцатеричном представлениях используются в вычислительных устройствах при обработке информации и вычислительных процессах. Числа в двоично-десятичном формате используются при выводе результатов обработки на индикаторные устройства, а также в случаях необходимости по разрядного преобразования десятичных чисел.

Использование двоичной системы счисления в цифровых устройствах обусловлено простотой выполнения математических операций, хотя само представление по-сравнению с десятичной системой имеет более громоздкую запись.

Существует два основных метода перевода чисел из одной СС в другую: табличный и расчётный.

Первый метод основан на составлении специальных таблиц соответствия чисел в различных СС, примером такой таблицы является таблица 1. Такие таблицы удобны на начальном этапе ознакомления с новой СС, но являются громоздкими.

Расчётный метод более универсален, но применим только к позиционным СС. При использовании расчётного метода могут встретиться три случая: перевод целых чисел, перевод правильных дробей, перевод неправильных дробей.

Правило перевода целых чисел из одной позиционной СС в другую. Исходное целое число необходимо последовательно делить на

38

основание новой СС до тех пор, пока не получится частное, у которого целая часть равна нулю. Деление необходимо производить в исходной СС. Результат перевода записывается из остатков от последовательного деления, причём последний остаток будет старшим разрядом числа в новой СС.

Процесс деления сначала самого числа, а затем целых частей получаемых частных на один и тот же делитель называется

последовательным делением.

Пример – Перевести десятичное число X = 29 в двоичную и шестнадцатеричную СС.

Стрелкой показан порядок записи числа в новой СС.

Ответ: X = 29(10) = 11101(2) = 1D(16).

Правило перевода правильных дробей из одной позиционной СС в другую. Исходную правильную дробь необходимо последовательно умножать на основание новой СС до тех пор, пока в новой дроби не будет нужного количества цифр, которое определяется требуемой точностью перевода. Результат перевода записывается из целых частей произведений, получающихся при последовательном умножении, причём первая целая часть будет старшим разрядом результата. Умножение выполняется в исходной СС.

39

Процесс умножения сначала самой исходной дроби, а затем дробных частей получаемых произведений на один и тот же множитель называется последовательным умножением.

Пример – Перевести в двоичную и шестнадцатеричную СС правильную дробь X = 0,375(10) с точностью четыре знака после запятой.

Стрелкой показан порядок записи правильной дроби в новой СС.

Ответ: X = 0,375(10) = 0,0110(2) = 0,60(16).

При переводе неправильных дробей отдельно преобразуют целую и дробную части по соответствующим правилам, приведённым выше, а затем записывают их через запятую в новой СС.

Пример – X = 29,375(10) = 11101,0110(2) = 1D,60(16).

Рассмотренный расчётный метод удобен в том случае, если исходной является десятичная СС. Если же перевод осуществляется из недесятичной СС, то вычисления затруднительны. В этом случае для преобразования чисел можно использовать формулу (1), причём расчёты ведутся в новой СС.

Пример – Перевести в десятичную СС двоичное число

X = 11101,011.

X= 11101,011(2) = 1 24 + 1 23 + 1 22 + 0 21 + 1 20 + 0 2–1 + 1 2–2 +

+1 2–3 =16 + 8 + 4 + 0 + 1 + 0 + 0,25 + 0,125 = 29,375(10).

40

Таким образом, для перевода десятичных чисел в другую позиционную СС используется метод последовательного деленияумножения, а при обратном переводе исходное число записывается в виде полинома, и выполняются необходимые расчёты.

1.3 Арифметические операции над двоичными числами.

Арифметические операции над двоичными числами могут производиться по тем же правилам, что и над десятичными, однако, с целью упрощения цифровых систем для выполнения арифметических операций применяют алгоритмы, отличные от алгоритмов действий десятичной арифметики.

В двоичной системе счисления для представления знака числа используется дополнительный знаковый разряд (один или несколько разрядов), который располагается перед старшим числовым разрядом. Для положительных чисел значение знакового разряда Зн.р.=0, для отрицательного числа Зн.р.=1.

Операция вычитания в цифровых системах реализуется с помощью операции сложения.

Вычитаемое при этом представляется в дополнительном коде (если расчет не требует высокой точности - в обратном коде).

Двоичный код со знаком называют также прямым кодом. В качестве примера рассмотрим положительное и отрицательное числа, десятичный эквивалент которых равен 4610.

Обратный код получается путем замены всех “0” на “1” и всех “1” на “0” прямого кода (двоичного числа со знаком). Причем, знаковый разряд при этом остается неизменным.