Логически чипове. Част 1

Уводна статия за логическите чипове. Описва числовите системи и представянето на двоично число с помощта на електрически сигнали.

Съвременната цифрова интегрална схема е миниатюрна електронна единица, корпусът на която съдържа активни и пасивни елементи, свързани по определен модел. Това са транзистори, диоди, резистори и кондензатори.

Броят на елементите в съвременните микросхеми може да достигне няколкостотин хиляди и дори милиони елементи. Само не забравяйте микропроцесори, микроконтролери, чипове за памет.

За да изброите просто всички съвременни микросхеми, ще ви е необходима не една статия, а цяла доста дебела книга. В тази статия ще разгледаме основно микросхемите с малка и средна степен на интеграция прости логически елементи.

Преди около двадесет години Интегрални схеми (LSI)По правило те изпълняваха функцията, вградена в тях по време на производствения процес. В една микросхема може да бъде скрит микро калкулатор, часовник или възел на електронен компютър (компютър).

В момента е широко разпространен всички видове микроконтролери: дори такова просто устройство като Коледни гирлянди от китайско производство няма нищо друго освен програмиран микроконтролер.

Електронни часовници, таймери за домакинството, различни играчки за говорене и пеене също се получават чрез програмиране на съответния микроконтролер. Или както всички сега чуват, мига.

С други думи не програмиран контролер Това е дискът, от който ще се получи устройството със свойствата, необходими за разработчика. И въпреки тази универсалност, входните и изходните сигнали на микроконтролера са същите като цифровите микросхеми с малка и средна степен на интеграция. Следователно, без познаване на тези вече остарели и забравящи елементи, просто няма как да се мине.

В основата на работата цифрови схеми лежи двоична система от числа. Той също е в основата на работата на съвременните персонални компютри и всички изчислителни и комуникационни системи.

В ежедневието използваме десетичната цифрова система, съдържаща десет цифри 0 ... 9. Такава система се появи, защото всеки човек има десет пръста на ръцете си. Някои народи на Севера наброявали до двадесет, а числото двадесет се наричало „целия човек“.

Десет вече не е цифра, а число, състоящо се от една десет и нула единици: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. По абсолютно същия начин числото 640 ще съдържа шестстотин + четири десетки + нулеви единици или под формата на числа 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Такава система се нарича десетична позиция, т.е. теглото на разряда зависи от позицията му в броя. Лесно е да забележите, че това ще бъдат единици, десетки, стотици, хиляди, десетки хиляди, стотици хиляди и т.н.

В двоична система число се получава по абсолютно същия начин, но не десет, а две и степента му се използват като основа. Тоест, не 1, 10, 100, 1000, 10000 и т. Н., А 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Всяко следващо число се получава чрез умножаване на предходното по основата на системата (в случая - по 2), т.е. повишаване на предишната до следващата степен. За десетичната система всяко предишно число се умножава по десет, тъй като основата на числовата система е десет.

С помощта на осем битово двоично число (байтът се нарича в компютърната технология) е възможно да се представят десетични числа в диапазона 0 ... 255 или в двоична форма 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Посоченото по-горе число 640 ще съответства на записа 640 = 10 1000 0000 (б) или, както в предишния пример

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(б) в края на записа показва, че числото е двоично.Най-лесният начин да се провери правилността на този запис е с калкулатора на Windows. Тази форма на кодиране на информация се оказа много удобна за компютрите, защото да се разграничи нула от една е толкова просто, колкото затворен контакт от отворен или горяща лампа от изчезнала.

Ако двоична информация се предава с помощта на електрически сигнали, тогава са необходими само две нива на напрежение. По правило тя е по-положителна (висока) и по-малко положителна или дори отрицателна (нула).

Най-често напрежението на високо ниво се счита за логическа единица, а напрежението с ниско ниво се счита за логическа нула. Тогава те казват, че имаме работа с положителна логика.

Освен това има и отрицателна логика: напрежението на високо ниво е логично 0, а ниското ниво е логическа единица. В тази статия ще разгледаме само положителната логика.

Един от най-разпространените и популярни по онова време сред радиолюбителите беше микросхеми от серията K155, За тях логическото нулево напрежение е на нивото на 0 ... 0,4 V, а логическата единица е 2,4 ... 5,0 V. Това е въпреки факта, че номиналното захранващо напрежение за тази серия е 5V с допуск + - десет процента.

За други серии микросхеми, които имат различно захранващо напрежение, тези числа, разбира се, са различни, но в рамките на една и съща серия, непроменени. Грубо можем да кажем, че напрежението на логическа единица в повечето серии микросхеми варира от половината на захранващото напрежение до пълното захранващо напрежение.

Например за микросхеми от серия K561 с захранващо напрежение + 15V, логическото напрежение на единицата ще бъде в диапазона + 7,5 ... 15V. Серията K561 работи с захранващо напрежение в рамките на 3 ... 15V. В този случай напрежението на логическата единица ще бъде в границите, посочени по-горе.

Ще разгледаме описанието на логическите схеми, използващи серията K155, като най-често срещаните и не изискват специални предпазни мерки по време на работа.

Тази серия чипове се счита за функционално завършена и съдържа около 100 артикула. Това означава, че с тази серия можете да реализирате всяка дори и най-сложната логическа функция.

В следващата статия ще се запознаем с работата и устройството на цифровите микросхеми. Ще започнем това запознаване с логическите елементи, които реализират най-простите функции. Булева алгебра (алгебра на логиката).

Борис Аладишкин

Продължение на статията: Логически чипове. Част 2 

Електронна книга -Ръководство за начинаещи за AVR микроконтролери