ชิปลอจิก ส่วนที่ 1

บทความเบื้องต้นเกี่ยวกับชิปตรรกะ อธิบายระบบตัวเลขและการแทนเลขฐานสองโดยใช้สัญญาณไฟฟ้า

วงจรรวมแบบดิจิตอลที่ทันสมัยเป็นหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กซึ่งตัวเรือนประกอบด้วยส่วนประกอบที่ใช้งานและแบบพาสซีฟที่เชื่อมต่อในรูปแบบบางอย่าง เหล่านี้คือทรานซิสเตอร์ไดโอดตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

จำนวนองค์ประกอบในวงจรไมโครสามารถเข้าถึงองค์ประกอบหลายแสนและแม้กระทั่งนับล้าน แค่จำไว้ ไมโครโปรเซสเซอร์ไมโครคอนโทรลเลอร์ชิปหน่วยความจำ.

ในการลิสต์รายการจุลภาคที่ทันสมัยทั้งหมดคุณไม่จำเป็นต้องมีบทความเดียว แต่เป็นหนังสือที่ค่อนข้างหนา ในบทความนี้เราจะพิจารณาวงจรรวมระดับเล็กและกลางซึ่งส่วนใหญ่ องค์ประกอบตรรกะง่าย ๆ.

ประมาณยี่สิบปีที่แล้ว วงจรรวม (LSI)ตามกฎแล้วพวกเขาทำหน้าที่ที่ฝังอยู่ในพวกเขาในระหว่างกระบวนการผลิต ใน microcircuit หนึ่งเครื่องคิดเลขขนาดเล็กนาฬิกาหรือโหนดของคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (คอมพิวเตอร์) อาจถูกซ่อนอยู่

ปัจจุบันแพร่หลาย ไมโครคอนโทรลเลอร์ทุกชนิด: แม้แต่อุปกรณ์ง่ายๆอย่างเช่น พวงมาลัยคริสต์มาสทำจากจีน ไม่มีอะไรนอกจากไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

นาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ตัวจับเวลาของใช้ในครัวเรือนของเล่นพูดและร้องเพลงที่หลากหลายได้โดยการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เกี่ยวข้อง หรือในขณะที่ทุกคนกำลังได้ยินเสียงกระพริบ

ในคำอื่น ๆ ไม่ได้ โปรแกรมควบคุม นี่คือแผ่นดิสก์ที่อุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับนักพัฒนาจะได้รับ และแม้จะมีความเป็นสากลดังกล่าวสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ก็เหมือนกันกับวงจรไมโครดิจิตอลที่มีขนาดเล็กและขนาดกลางในการรวมเข้าด้วยกัน ดังนั้นหากปราศจากความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบที่ล้าสมัยและหลงลืมไปแล้วเหล่านี้

ที่เป็นหัวใจของการทำงาน วงจรดิจิตอล ตั้งอยู่ระบบเลขฐานสอง นอกจากนี้ยังรองรับการทำงานของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ทันสมัยและระบบคอมพิวเตอร์และการสื่อสารทั้งหมด

ในชีวิตประจำวันเราใช้ระบบเลขทศนิยมที่มีสิบหลัก 0 ... 9 ระบบดังกล่าวเกิดขึ้นเพราะแต่ละคนมีสิบนิ้วในมือของเขา ประชาชนบางคนในภาคเหนือนับได้ถึงยี่สิบคนและจำนวนยี่สิบก็ถูกเรียกว่า "คนทั้งปวง"

Ten ไม่ใช่ตัวเลขอีกต่อไป แต่ตัวเลขประกอบด้วยหนึ่งหน่วยสิบและศูนย์: 10 = 1 * 10 + 0 * 1 ในทำนองเดียวกันตัวเลข 640 จะมีหน่วยหกแสนสี่หมื่น + ศูนย์หรือในรูปแบบของตัวเลข 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1

ระบบดังกล่าวเรียกว่าตำแหน่งทศนิยมคือ น้ำหนักของการปล่อยขึ้นอยู่กับตำแหน่งในจำนวน มันง่ายที่จะสังเกตเห็นว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นหน่วยเป็นสิบ, หลายร้อย, หลักพัน, หลักหมื่น, หลักแสนในเป็นต้น

ในระบบเลขฐานสองจำนวนจะได้รับในลักษณะเดียวกัน แต่ไม่ใช่สิบ แต่สองและระดับจะถูกใช้เป็นพื้นฐาน นั่นคือไม่ใช่ 1, 10, 100, 1000, 10000 และอื่น ๆ แต่ 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 แต่ละหมายเลขต่อมาจะได้รับโดยการคูณก่อนหน้านี้ด้วยฐานของระบบ (ในกรณีนี้คูณ 2) กล่าวคือ ยกระดับก่อนหน้านี้เป็นระดับต่อไป สำหรับระบบทศนิยมแต่ละหมายเลขก่อนหน้านี้จะถูกคูณด้วยสิบเนื่องจากฐานของระบบเลขนั้นคือสิบ

การใช้เลขฐานสองแปดบิต (ไบต์เรียกว่าในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์) เป็นไปได้ที่จะแสดงตัวเลขทศนิยมในช่วง 0 ... 255 หรือในรูปแบบไบนารี 0000 0000 ... 1111 1111 (b)

หมายเลข 640 ที่กล่าวถึงข้างต้นจะสอดคล้องกับรายการ 640 = 10 1000 0000 (b) หรือตามตัวอย่างก่อนหน้า

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

(b) ในตอนท้ายของบันทึกระบุว่าตัวเลขเป็นเลขฐานสองวิธีที่ง่ายที่สุดในการตรวจสอบความถูกต้องของรายการนี้คือการใช้เครื่องคิดเลข Windows ข้อมูลการเข้ารหัสรูปแบบนี้กลายเป็นคอมพิวเตอร์ที่สะดวกมากเพราะการแยกความแตกต่างจากศูนย์หนึ่งทำได้ง่ายเพียงแค่ปิดการติดต่อจากที่เปิดหรือไฟจากไฟที่ดับ

หากข้อมูลไบนารีถูกส่งโดยใช้สัญญาณไฟฟ้าจะต้องมีเพียงระดับแรงดันสองระดับเท่านั้น ตามกฎแล้วมันจะเป็นบวกมากกว่า (สูง) และน้อยกว่าเป็นบวกหรือลบ (ศูนย์)

บ่อยครั้งที่แรงดันไฟฟ้าระดับสูงถือเป็นหน่วยทางลอจิคัลและแรงดันไฟฟ้าระดับต่ำจะถือเป็นศูนย์ตรรกะ จากนั้นพวกเขาบอกว่าเรากำลังเผชิญกับตรรกะเชิงบวก

นอกจากนี้ยังมีตรรกะเชิงลบ: แรงดันไฟฟ้าในระดับสูงเป็นตรรกะ 0 และระดับต่ำเป็นหน่วยทางลอจิคัล ในบทความนี้เราจะพิจารณาเฉพาะตรรกะเชิงบวก

หนึ่งในสามัญที่สุดและเป็นที่นิยมในเวลานั้นในหมู่นักวิทยุสมัครเล่นคือ ไมโครซีรีย์ของซีรี่ส์ K155. สำหรับพวกเขาตรรกะศูนย์แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ระดับ 0 ... 0.4V และหน่วยโลจิคัลคือ 2.4 ... 5.0V นี่คือความจริงที่ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับซีรีย์นี้เป็น 5V ที่มีความอดทน + - สิบเปอร์เซ็นต์

สำหรับชุดอื่น ๆ ของ microcircuits ที่มีแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันตัวเลขเหล่านี้แน่นอนแตกต่างกัน แต่ภายในชุดเดียวกันไม่เปลี่ยนแปลง เราสามารถพูดได้ว่าแรงดันไฟฟ้าของหน่วยลอจิคัลในซีรีย์ส่วนใหญ่ของวงจรอยู่ในช่วงจากแรงดันไฟฟ้าครึ่งหนึ่งไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าเต็มรูปแบบ

ตัวอย่างเช่นสำหรับไมโครซีรีย์ K561 ที่มีแรงดันไฟฟ้า + 15V แรงดันไฟฟ้าของหน่วยโลจิคัลจะอยู่ในช่วง + 7.5 ... 15V ซีรีย์ K561 สามารถทำงานได้กับแรงดันไฟฟ้าภายใน 3 ... 15V ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าของหน่วยโลจิคัลจะอยู่ภายในขีด จำกัด ที่ระบุข้างต้น

เราจะพิจารณาคำอธิบายของวงจรลอจิคัลโดยใช้ซีรีย์ K155 เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดและไม่จำเป็นต้องมีข้อควรระวังเป็นพิเศษเมื่อทำงาน

ชิปชุดนี้ถือว่าสมบูรณ์ใช้งานได้และมีรายการประมาณ 100 รายการ ซึ่งหมายความว่าด้วยชุดนี้คุณสามารถใช้ฟังก์ชันตรรกะที่ซับซ้อนที่สุดได้

ในบทความถัดไปเราจะได้ทำความคุ้นเคยกับการใช้งานและอุปกรณ์ของวงจรไมโครดิจิตอล เราจะเริ่มทำความรู้จักกับองค์ประกอบตรรกะที่ใช้งานฟังก์ชั่นที่ง่ายที่สุด พีชคณิตแบบบูล (พีชคณิตของตรรกะ).

Boris Aladyshkin

ความต่อเนื่องของบทความ: ชิปลอจิก ส่วนที่ 2 

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ -คู่มือเริ่มต้นสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR