Опубликован: 16.10.2006 | Уровень: для всех | Доступ: свободно | ВУЗ: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Лекция 2:
Микросхемы и их функционирование
Аннотация: В лекции рассматриваются обозначения цифровых микросхем, их выводов и сигналов на принципиальных схемах,
особенности основных серий простейших цифровых микросхем, базовые типы корпусов микросхем, а также
принципы двоичного кодирования и принципы работы цифровых устройств.
Ключевые слова: принципиальная схема, структурная схема, функциональная схема, положительный сигнал, отрицательный сигнал, активный уровень сигнала, пассивный уровень сигнала, инвертирование или инверсия сигнала, инверсный выход, прямой выход, положительный фронт сигнала, отрицательный фронт сигнала, передний фронт сигнала, задний фронт сигнала, тактовый сигнал, управляющий сигнал, шина, Write, инверсия, ПО, выход, вывод, Z-резистор, нумерация, функция, вертикальные поля, поле, digital, clocked, on-chip, decode, дешифратор, output enable, multiplexer, мультиплексор, summation, сумматор, triggering, таблица, микроконтроллер, Texas Instrument, программа, low power, ALS, CMOS, TTL, BCT, bicmos, ABT, LVT, low voltage, DIL, DIP, DIC, логическая модель, таблица истинности, задержка распространения, электрическая модель, контейнер, dual, ceramic, flatness, Цифровой сигнал, единица, разряд, вес, бит, binary digit, запись, кодирование, группа, hexadecimal, байт, значение, представление, операции, сложение, вычитание, умножение, деление, двоичное представление, дополнительный код, двоичная система счисления, реакция, АЦП, электрический сигнал, ЦАП, связь, затраты, стоимость
Основные обозначения на схемах
Для изображения электронных устройств и их узлов применяется три основных типа схем:
Различаются они своим назначением и, самое главное, степенью детализации изображения устройств.
Принципиальная схема — наиболее подробная. Она обязательно показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними. Если схема строится на основе микросхем, то должны быть показаны номера выводов всех входов и выходов этих микросхем. Принципиальная схема должна позволять полностью воспроизвести устройство. Обозначения принципиальной схемы наиболее жестко стандартизованы, отклонения от стандартов не рекомендуются.
Структурная схема — наименее подробная. 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 нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначения структурной схемы могут быть довольно произвольными, хотя некоторые общепринятые правила все-таки лучше выполнять.
Функциональная схема представляет собой гибрид структурной и принципиальной. Некоторые наиболее простые блоки, узлы, части устройства отображаются на ней, как на структурной схеме, а остальные — как на принципиальной схеме. Функциональная схема дает возможность понять всю логику работы устройства, все его отличия от других подобных устройств, но не позволяет без дополнительной самостоятельной работы воспроизвести это устройство. Что касается обозначений, используемых на функциональных схемах, то в части, показанной как структура, они не стандартизованы, а в части, показанной как принципиальная схема, — стандартизованы.
В технической документации обязательно приводятся структурная или функциональная схема, а также обязательно принципиальная схема. В научных статьях и книгах чаще всего ограничиваются структурной или функциональной схемой, приводя принципиальные схемы только некоторых узлов.
А теперь рассмотрим основные обозначения, используемые на схемах.
Все узлы, блоки, части, элементы, микросхемы показываются в виде прямоугольников с соответствующими надписями. Все связи между ними, все передаваемые сигналы изображаются в виде линий, соединяющих эти прямоугольники. Входы и входы/выходы должны быть расположены на левой стороне прямоугольника, выходы — на правой стороне, хотя это правило часто нарушают, когда необходимо упростить рисунок схемы. Выводы и связи питания, как правило, не прорисовывают, если, конечно, не используются нестандартные включения элементов схемы. Это самые общие правила, касающиеся любых схем.
Прежде чем перейти к более частным правилам, дадим несколько определений.
Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логическая единица. То есть нуль — это отсутствие сигнала, единица — сигнал пришел (рис. 2.1).
Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логический нуль. То есть единица — это отсутствие сигнала, нуль — сигнал пришел (рис. 2.1).
Активный уровень сигнала — это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть выполнению этим сигналом соответствующей ему функции.
Пассивный уровень сигнала — это уровень, в котором сигнал 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 фронт сигнала (спад) — это переход сигнала из единицы в нуль.
Передний фронт сигнала — это переход сигнала из пассивного уровня в активный.
Задний фронт сигнала — это переход сигнала из активного уровня в пассивный.
Тактовый сигнал (или строб) — управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом или узлом его функции.
Шина — группа сигналов, объединенных по какому-то принципу, например, шиной называют сигналы, соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.
