Układy cyfrowe

Układy cyfrowe
Układy cyfrowe są w praktyce realizowane róŜnymi technikami.
W prostych urządzeniach automatyki powszechnie stosowane są
układy elektryczne, wykorzystujące przekaźniki jako podstawowe
elementy przełączające. Są stosowane równieŜ cyfrowe układy
pneumatyczne i hydrauliczne.
ZłoŜoność logiczna i szybkość działania takich układów jest
jednak relatywnie niewielka, natomiast ich rozmiary, cięŜar,
pobór mocy i koszt są duŜe. Najpowszechniej stosowane układy
cyfrowe wytwarzane są technologią mikoroelektroniczną jako
układy scalone.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
1
Układy cyfrowe
Układ scalony (ang. integrated circuit - IC) stanowi fizycznie wykonany
mikrominiaturowy układ elektroniczny, którego część lub wszystkie elementy
i ich połączenia są wytworzone we wspólnym procesie technologicznym,
wewnątrz lub na powierzchni wspólnego podłoŜa.
W czasie procesu technologicznego wytwarza się jednocześnie wiele takich
struktur układowych w postaci kostek (płatków, ang. chip)
półprzewodnikowych, najczęściej krzemowych, które po przetestowaniu
umieszcza się w odpowiednich obudowach (znacznie większych od struktur).
Obudowy te chronią struktury od szkodliwych wpływów otoczenia i ułatwiają
realizację połączeń zewnętrznych.
Do celów aplikacyjnych układem (modułem) scalonym nazywa się
półprzewodnikową strukturę układową, umieszczoną w obudowie, z
wyprowadzonymi końcówkami.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
2
Układy cyfrowe
Cyfrowe układy scalone są wytwarzane wyłącznie jako układy
monolityczne. Cyfrowe układy scalone, które jako elementy
czynne
wykorzystują
tranzystory
bipolarne
(npn
lubpnp),nazywasię bipolarnymi.Podobnie układy z tranzystorami
unipolarnymi określa się jako unipolarne.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
3
Elementy układów scalonych.
Podstawowymi elementami aktywnymi układów scalonych są
tranzystory.
Ogólnie dzieli się tranzystory na: bipolarne i unipolarne
(polowe). W cyfrowych układach scalonych jako elementy bierne
stosuje się diody i rezystory, natomiast kondensatory w zasadzie
nie są wykorzystywane. Wyjątek stanowią dynamiczne układy
unipolarne, a w szczególności pamięci dynamiczne MOS.
Rezystory układów scalonych są równieŜ elementami
półprzewodnikowymi, gdyŜ są wykonywane w postaci pasków
odpowiednio domieszkowanego półprzewodnika.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
4
System cyfrowy
Wiemy juŜ, Ŝe system cyfrowy składa się z odpowiedniej liczby
połączonych ze sobą układów scalonych. Im większy i bardziej
złoŜony jest system, tym większa jest liczba uŜytych układów
scalonych, przy czym często ze względów technicznych i
ekonomicznych naleŜy ze sobą łączyć układy scalone z róŜnych
serii i klas.
Stąd zdolność bezpośredniej współpracy róŜnych rodzajów
cyfrowych układów scalonych stanowi ich istotny parametr
techniczny. Układy A są zgodne łączeniowo (kompatybilne) z
układami B, jeśli zarówno bezpośrednie połączenie wyjścia
układu A z wejściem układu B, jak i bezpośrednie połączenie
wyjścia układu B z wejściem układu A zapewnia elektrycznie
poprawną współpracę obydwóch łączonych układów.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
5
System cyfrowy
Cyfrowe układy scalone są projektowane głównie do współpracy
z układami z tej samej serii. Do szacowania ilościowego
moŜliwości takiej współpracy jest wprowadzone pojęcie
znormalizowanego obciąŜenia N.
ObciąŜenie to jest miarą liczby wejść układów z tej samej serii,
które są przyłączone jednocześnie do jednego wyjścia.
Maksymalna wartość Nmax jest określana jako obciąŜalność
wyjściowa lub po prostu obciąŜalność.
W układach scalonych TTL jest ona standardowo równa 10, co
wynika z ograniczeń wywołanych obciąŜeniem statycznym. W
układach ECL, MOS i CMOS obciąŜalność statyczna jest
znacznie większa, lecz praktycznie dopuszczalna liczba N zaleŜy
od wartości pojemności obciąŜenia, która ogranicza szybkość
procesorów przełączania.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
6
System cyfrowy
Przy wzajemnym łączeniu układów scalonych z róŜnych serii, lecz w obrębie
jednej klasy, naleŜy uwzględnić odpowiednie poprawki, zwiększające lub
zmniejszające wartośc Nmax.
Przy łączeniu układów scalonych z róŜnych klas często występuje
konieczność stosowania odpowiednich układów pośredniczących
(translatorów) lub dodatkowych elementów, umoŜliwiających sprzęŜenie
układów o róŜnym trybie pracy i róŜnych napięciach wejściowych i
wyjściowych.
Najczęściej jest stosowane określenie zgodności łączeniowej z układami TTL,
co się tłumaczy bardzo szerokim upowszechnieniem tej klasy. Zdolność
bezpośredniej współpracy z układami TTL, co stanowi duŜą zaletę, mają
układy NMOS i CMOS (przy uwzględnieniu określonych katalogowo
ograniczeń, dotyczących Nmax).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
7
Układy cyfrowe - pojęcia
Układ elektroniczny to zbiór elementów elektronicznych
dyskretnych i/lub scalonych połączonych elektrycznie tak,
aby realizowały określoną funkcję.
Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie kość) –
zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym
wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych
elementów elektronicznych, takich jak tranzystory, diody,
rezystory, kondensatory.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
8
Układy cyfrowe - pojęcia
Układy elektroniczne są opisywane za pomocą schematów
ideowych, na których w formie graficznej pokazano, jak
mają zostać połączone poszczególne elementy. KaŜdy typ
elementu elektronicznego (rezystory, kondensatory,
tranzystory, diody itd.) ma swój symbol graficzny, który
jednoznacznie go identyfikuje.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
9
Układy cyfrowe - pojęcia
Bramka logiczna - element konstrukcyjny maszyn i
mechanizmów (dziś zazwyczaj: układ scalony, choć podobne
funkcje moŜna zrealizować równieŜ za pomocą innych rozwiązań
technicznych, np. hydrauliki czy pneumatyki), realizujący
fizycznie pewną prostą funkcję logiczną, której argumenty
(zmienne logiczne) oraz sama funkcja mogą przybierać jedną z
dwóch wartości, np. 0 lub 1 (algebra Boole'a).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
10
Układy cyfrowe
Układy cyfrowe to rodzaj układów elektronicznych w których sygnały
napięciowe przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przypisywane
są wartości liczbowe.
Najczęściej (choć nie zawsze) liczba poziomów napięć jest równa dwa, a
poziomom przypisywane są cyfry 0 i 1, wówczas układy cyfrowe realizują
operacje zgodnie z algebrą Boola i z tego powodu nazywane są teŜ układami
logicznymi.
Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne realizujące
elementarne operacje znane z algebry Boola: iloczyn logiczny (AND,
NAND), sumę logiczną (OR, NOR), negację NOT, róŜnicę symetryczną
(XOR) itp.
Ze względu na stopień skomplikowania współczesnych układów wykonuje się
je w postaci układów scalonych.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
11
Układy
analogowe
są
przystosowane
do
przetwarzania napięć (lub
prądów), których wartości
zawierają się w pewnym
przedziale wartości.
Układy cyfrowe słuŜą do
przetwarzania sygnałów o
dwóch wielkościach napięć
(ewentualnie
prądów):
wysokiej (H-high) i niskiej (Llow).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
12
Na ogół układ cyfrowy posiada n
wejść, m wyjść i q stanów
pamięciowych. KaŜdy z wektorów a, b,
czy c nazywamy słowem logicznym.
KaŜdy element słowa logicznego
nazywamy bitem. Słowo ośmiobitowe
nazywane jest bajtem. Stany na wyjściu
zaleŜą od aktualnej sytuacji na wejściu.
Stany pamięciowe zaleŜą zarówno od
aktualnej konfiguracji na wejściu jak i
od słów, jakie istniały tam w
poprzednich chwilach czasu.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
13
Zalety układów cyfrowych:
MoŜliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji –
jest to coś, czego w układach analogowych operujących na
nieskończonej liczbie poziomów napięć nie sposób zrealizować.
Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostszy.
Mniejsza wraŜliwość na zakłócenia elektryczne.
MoŜliwość tworzenia układów programowalnych, których
działanie określa program komputerowy (patrz: mikroprocesor,
koprocesor).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
14
Wady układów cyfrowych
Są skomplikowane zarówno na poziomie elektrycznym,
jak i logicznym i obecnie ich projektowanie wspomagają
komputery (patrz: język opisu sprzętu).
ChociaŜ są bardziej odporne na zakłócenia, to
wykrywanie przekłamań stanów logicznych, np.
pojawienie się liczby 0 zamiast spodziewanej 1, wymaga
dodatkowych zabezpieczeń (patrz: kod korekcyjny) i teŜ
nie zawsze jest moŜliwe wykrycie błędu. Jeszcze
większy problem stanowi ewentualne odtworzenie
oryginalnej informacji.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
15
Klasyfikacja układów cyfrowych
Ze względu na sposób przetwarzania informacji
rozróŜnia się dwie główne klasy układów
logicznych:
układy sekwencyjne – w których stan wyjść
zaleŜy od stanu wejść x oraz od poprzedniego
stanu
układy kombinacyjne – w których sygnały
wyjściowe zmieniają się w chwili zmian
sygnałów wejściowych
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
16
Klasyfikacja układów cyfrowych
Ze względu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne:
bipolarne,
- TTL (ang. Transistor-Transistor Logic ) - układy TTL,
- ECL (ang. Emitter - Coupled Logic) - układy o spręŜeniu
emiterowym,
- I2 L (ang. Integrated Injection Logic) - układy iniekcyjne,
unipolarne,
MOS :
NMOS
PMOS,
- CMOS (ang. Complementary MOS) - układy
komplementarne MOS,
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
17
Układy cyfrowe
Ostatnimi laty bardzo popularne stały się
programowalne układy cyfrowe. W odróŜnieniu od
programowalnych mikroprocesorów, programowana
jest fizyczna struktura układu oparta na:
matrycach,
PLA,
PAL,
komórkach,
SPLD,
CPLD,
FPGA.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
18
Układy cyfrowe
Ze względu na róŜne czynniki, takie jak wahania
napięcia zasilającego, zakłócenia zewnętrzne,
rozrzut parametrów itp. sygnały przetwarzane w
układach cyfrowych nie mają ściśle określonych
wartości, stąd teŜ liczby przypisuje się nie
wartościom napięć, ale przedziałom napięć.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
19
Układy cyfrowe
Pracę układów cyfrowych opisuje się za pomocą
dwuwartościowej algebry Boole’a, zwanej logiką
matematyczną.
W układach logicznych, gdzie są zdefiniowane tylko
dwie wartości liczbowe, rozróŜnia się dwa przedziały
napięć: wysoki (ozn. H, z ang. high) i niski (ozn. L,
z ang. low); pomiędzy nimi jest przerwa, dla której
nie określa się wartości liczbowej – jeśli napięcie
przyjmie wartość z tego przedziału, to stan logiczny
układu jest nieokreślony.
Jeśli do napięć wysokich zostanie przyporządkowana
logiczna jedynka, a do niskich logiczne zero,
wówczas mówi się, Ŝe układ pracuje w logice
dodatniej (inaczej zwaną pozytywną), w
przeciwnym razie mamy do czynienia z logiką
ujemną (inaczej zwaną negatywną).
Układy cyfrowe są więc układami wykonującymi
pewne funkcje logiczne.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
20
Układy cyfrowe
Podstawowe twierdzenie logiczne :
KaŜdą funkcję logiczną moŜna złoŜyć z
kombinacji trzech podstawowych działań
logicznych : sumy (alternatywy- lub - OR),
iloczynu (koniunkcji - i - AND) oraz negacji
(inwersji - nie - NOT).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
21
Układy cyfrowe
Urządzenia elektroniczne realizujące te
funkcje nazywamy bramkami odpowiednio
OR, AND i NOT. Są one dostarczane w
wyspecjalizowanych układach cyfrowych.
Dowolną bramkę logiczną
moŜna teŜ skonstruować za
pomocą pary bramek, np. za
pomocą OR i NOT lub
AND i NOT. Układy takie
nazywamy układami
zupełnymi.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
22
Układy cyfrowe
Powszechnie
wykorzystuje się prawa
de Morgana :
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
23
Układy cyfrowe
Najbardziej uniwersalnymi
bramkami są bramki NAND
(NOT-AND) i NOR (NOTOR).
Bramki NAND (negacja
koniunkcji), oraz NOR
(negacja sumy logicznej)
nazywa się funkcjonalnie
pełnymi poniewaŜ przy ich
uŜyciu (tzn. samych NAND,
lub samych NOR) moŜna
zbudować układ realizujący
dowolną funkcję logiczną.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
24
Układy cyfrowe
Zmiana funkcji logicznej
danej
bramki
w
przypadku
zmiany
rodzaju logiki
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
25
Układy cyfrowe
Jedną
z
bardziej
uŜytecznych
funkcji
logicznych jest Exclusive
OR.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
26
Układy cyfrowe
Z bramek cyfrowych (bramek
logicznych) moŜna łatwo budować
rozmaite
uŜyteczne
układy
elektroniczne.
Grupy bramek cyfrowych tworzą
tzw.
rodziny.
Najbardziej
rozpowszechniona jest rodzina
bramek
TTL
(Transistor
Transistor Logic), a w niej seria 74.
Na przykład, w układzie scalonym
typu 74xx00 znajdują się cztery
bramki NAND (xx oznacza rodzaj
bramki: S-szybka, LS-szbka małej
mocy itd):
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
Układ 7400, zawierający
4 bramki NAND
27
UKŁADY TTL
ZaleŜnie od stopnia scalenia układy TTL dzieli się na układy o
małym stopniu scalenia (MSI) i duŜym stopniu scalenia (LSI).
JednakŜe te ostatnie są często układami TTL tylko końcówkowo,
natomiast ich struktura wewnętrzna wykorzystuje inne
konfiguracje układowe, np. ECL lub ISL.
W praktyce inŜynierskej układy TTL są traktowane jako układy
uniwersalne. Dzięki duŜemu asortymentowi typów i wielu
odmian serii układy TTL dominują w zastosowaniach
sprzętowych, wykorzystujących układy SSI i MSI.
Konkurensyjne do nich są układy CMOS, a zwłaszcza ich
odmiany szybkie (HCMOS i ACL).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
28
UKŁADY TTL
Po zasileniu układu scalonego (między
końcówkami oznaczonymi przez VCC i GND)
załoŜony schemat realizuje się poprzez proste
łączenie wejść i wyjść bramek.
Poziomy logiczne określone są przez wartość
napięcia odpowiednio między wejściem (lub
wyjściem) a GND.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
29
UKŁADY TTL
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
30
Układ cyfrowy bipolarny TTL
Uprawiając elektronikę z układami TTL serii 74 naleŜy wiedzieć,
Ŝe :
• układy zasila się napięciem 5±0.25 V;
• układy pracują w logice dodatniej;
• napięcie odpowiadające logicznemu zeru zawiera się między 0 a 0.4 V z
dopuszczalnym marginesem błędu 0.4 V;
• napięcie odpowiadające logicznej jedynce wynosi 3.3 V lecz nie mniej
niŜ 2.4 V z marginesem błędu 0.4 V;
• wejście bramki niepodłączone do niczego znajduje się w stanie
logicznym „1”;
• wyjść bramek nie wolno łączyć równolegle!!! MoŜe to spowodować ich
uszkodzenie;
• średni czas propagacji sygnału przez bramkę wynosi od 1 do 30 ns
(typowo - około 10 ns);
• średnie zuŜycie mocy przez bramkę wynosi około 10 mW;
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
31
UKŁADY ECL
Klasa układów ECL znanych w polskim
układy o sprzęŜeniu emiterowym, obejmuje
układów scalonych.
Ich najwaŜniejszą i najbardziej charakterystyczną cechą
systemową jest bardzo duŜa szybkość działania. Typowe czasy
propagacji nowoczesnych układów z tej klasy wynoszą 0.7¸2 ns,
a ich maksymalna częstotliwość pracy 150 Mhz¸1.5 Ghz.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
nazewnictwie
kilka rodzin i
jako
serii
32
Porównanie układów ECL z
układami TTL-S pod względem
odporności na zakłócenia
układy ECL nie generują zakłóceń wewnętrznych, wywołanych zmianami
prądu zasilania przy przełączeniu (pod warunkiem symetrycznego,
jednakowego obciąŜenia), natomiast układy TTL-S produkują takie
zakłócenia,
odporność układów ECL na zakłócenia zewnętrzne jest znacznie mniejsza niŜ
w układach TTL-S, gdyŜ impedancje wyjściowe układów obydwóch klas są
podobne, a wartości marginesów zakłóceń róŜnią się znacznie na korzyść
układów TTL-S,
odporność układów ECL i TTL-S na zakłócenia przesłuchowe są podobne,
biorąc pod uwagę uwagę podobny stosunek marginesu zakłóceń do
wielkości ampitudylogicznej,
niekompensowane układy ECL są bardziej wraŜliwe na wpływ zmian
temperatury i napięcia zasilającego.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
33
UKŁADY MOS
ZaleŜnie od typu przewodnictwa kanału w strukturach polowych, układy
MOS dzieli się na dwie podklasy: PMOS i NMOS. Technologia wytwarznia
układów NMOS jest trudniejsza. Dlatego najpierw opracowano i
upowszechniono układy PMOS. Dopiero po osiągnięciu wystarczjąco
dobrego poziomu technologicznego, zaczęto produkować seryjnie układy
NMOS, które zapewniają większą szybkość działania, większą gęstość
integracji i kompatybiloności współpracy z układami TTL. W związku z tym
nowoczesne układy MOS są niemal wyłącznie układami NMOS.
Cyfrowe układy MOS są realizowane w dwojaki sposób: jako układy statyczne
(stanowią pod względem budowy logicznej dość wierne odbicie analogicznych
układów bipolarnych, wadami są: relatywnie duŜa moc strat i duŜa złoŜoność
układowa) lub dynamiczne (umoŜliwiają redukcję tych wad, jednak wymagają
odpowiedniej synchronizacji pracy).
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
34
UKŁADY CMOS
Układy komplementarne CMOS stanowią specyficzną podklasę układów
MOS.
WyróŜniają się one charakterystyczną techniką układową, wykorzystującą
komplementarne tranzystory PMOS i NMOS do budowy układów cyfrowych
bez jakichkolwiek elementów rezystorowych.
Asortyment układów CMOS jest bardzo szeroki i obejmuje wszystkie stopnie
scalenia: SSI, MSI, LSI i VLSI. Układy te są szeroko stosowane zarówno w
elektronice profesjonalnej, jak teŜ w sprzęcie elektronicznym masowego
uŜytku.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
35
UKŁADY CMOS
Układy CMOS moŜna podzielić na cztery główne kategorie:
1. Układy do zastosowań masowych, o niewielkiej szybkości działania.
Układy te nie są objęte ogólnie przyjętą standaryzacją typów.
2. Uniwersalne układy cyfrowe SSI i MSI, stanowiace funkcjonalne odpowiedniki
układów TTL. Są one wytwarzane w duŜym asortymencie, w czterech zasadniczych
rodzinach: 4000B, HCMOS, ACMOS (FACT)
i ACL. Dominacja nowoczesnych układów CMOS nad układami TTL jest wyraźna,
równieŜ w odniesieniu do zdolności sterownia duŜych obciąŜeń.
3. Uniwersalne układy cyfrowe LSI i VLSI, głównie układy mikroprocesorowe i
pamięciowe. Napięcie zasilania tych ukladów było pierwotnie ustalane jako równe 5 V
+ /- 0.5 V, aby zapewnić pełną kompatybilnośćzasilania z układami TTL.
4. Układy specjalizowane (ASIC - ang. Application Specific Integrated Circuits), takie
jak matryce bramkowe i komórkowe.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
36
UŜyteczne schematy:
• Wielowejściowa funkcja AND.
Wartość logiczna „1”
pojawia się na wyjściu
wtedy i tylko wtedy, gdy
stan logiczny wszystkich
wejść wynosi „1”. Przez
fizyków bywa nazywany
układem
koincydencyjnym.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
37
UŜyteczne schematy: Układ
antykoincydencyjny
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
38
Układ opóźniający.
W pierwszym przypadku
opóźnienie jest
proporcjonalne do stałej
czasowej RC.
W drugim - do liczby
bramek o czasu
propagacji sygnału przez
nie.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
39
Cyfrowy układ róŜniczkujący
wytwarzający sygnały w
momentach rozpoczęcia
i zakończenia pewnego
sygnału.
W przypadku, gdy liczba
bramek (n) w linii
opóźniającej jest
nieparzysta, sygnał
wyjściowy ma
odwróconą polaryzację.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
40
Układ cyfrowy
Bramki nie powinny być nadmiernie obciąŜane.
KaŜdy
układ
cyfrowy
ma
określoną
obciąŜalność, czyli liczbę mówiącą ile wejść
cyfrowych moŜe być podłączonych do danego
wyjścia.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
41
Układ cyfrowy
W przypadku, gdy układ
cyfrowy ma sterować innym
układem naleŜy posłuŜyć się
wzmacniaczem np.
tranzystorowym (a) lub
driverem (b) - wzmacniaczem
znajdującym się w rodzinie
cyfrowych układów
scalonych zwiększającym
obciąŜalność wyjścia bramki.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
42
Układ cyfrowy
Gdy do układu cyfrowego
wprowadza
się
sygnał
sterujący z zewnątrz, naleŜy
zadbać
o
zachowanie
standardowych napięć i
polaryzacji. Na rysunku c
pokazano
przykład
rozwiązania za pomocą diody
Zenera, która nie dopuszcza
do przekroczenia na wejściu
bramki napięcia 3.5 V, jak
równieŜ do pojawienia się
napięć
o
odwróconej
polaryzacji
i
napięciu
większym niŜ -0.7 V.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
43
Układy arytmetyczne.
KaŜde słowo logiczne moŜe być interpretowane jako
pewna liczba zapisana w danym kodzie binarnym.
Na przykład słowo (1011) w kodzie naturalnym jest
liczbą 11 : 1·2^0+1·2^1+0·2^2+1·2^3.
Za pomocą cyfrowych układów elektronicznych moŜna
konstruować układy dokonujące operacji
arytmetycznych na takich liczbach. Ich podstawą są
półsumatory - układy dodające dwie liczby jednobitowe
a i b. W wyniku sumowania powstaje liczba dwubitowa
której elementami są suma s i przeniesienie p :
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
44
Układy arytmetyczne.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
45
Układy arytmetyczne.
Sumator jednobitowy, który moŜe pracować
przy sumowaniu na i-tej pozycji poza danymi ai i
bi przyjmuje takŜe przeniesienie z pozycji
poprzedniej pi-1 ; generuje sumę si i
przeniesienie na pozycję następną pi:
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
46
Układy arytmetyczne.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
47
Układy arytmetyczne.
Bramka AND morze być
wykorzystana
do
sterowania przepływem
informacji.
Ciąg impulsów podany
na
wejście
układu
dostanie się do wyjścia
wtedy i tylko wtedy gdy
na wejściu sterującym
pojawi się stan logiczny
„1”.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
48
Układy arytmetyczne.
Urządzeniami przeznaczonymi do kontroli
przepływu informacji są multipleksery i
demultipleksery.
Działanie obu urządzeń jest moŜliwe dopiero
wtedy, gdy wejście „zezwolenie” znajduje się w
stanie logicznym „1”.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
49
Multiplekser
W przedstawionym obok
przykładzie
multipleksera
informacja podawana jest na
czterokanałowe wejście.
Do wyjścia dostanie się tylko
informacja z kanału, którego
adres zostanie wywołany
przez podanie na wejście
adresowe
dwubitowego
adresu
wejścia
informacyjnego.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
50
W
demultiplekserze
informacja z wejścia jest
kierowana
do
tego
wyjścia, którego adres
został wywołany przez
podanie
na
wejście
adresowe numery wyjścia
informacyjnego.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
51
Zasadnicze parametry cyfrowych
układów scalonych.
Z punktu widzenia projektanta wykorzystującego
cyfrowe układy scalone, istotne są następujące
parametry:
- szybkość działania,
- moc strat,
- odporność na zakłócenia,
- zgodność łączeniowa i obciąŜalność.
www.graphium.pl
opracował: inŜ.Marcin ZAJDOWSKI
52