Logické čipy. Časť 1

Úvodný článok o logických čipoch. Opisuje číselné systémy a znázornenie binárneho čísla pomocou elektrických signálov.

Moderný digitálny integrovaný obvod je miniatúrna elektronická jednotka, ktorej puzdro obsahuje aktívne a pasívne prvky spojené určitým vzorom. Sú to tranzistory, diódy, rezistory a kondenzátory.

Počet prvkov v moderných mikroobvodoch môže dosiahnuť niekoľko stotisíc až milióny prvkov. Len si pamätajte mikroprocesory, mikrokontroléry, pamäťové čipy.

Ak chcete jednoducho vymenovať všetky moderné mikroobvody, nebudete potrebovať jeden článok, ale celú pomerne silnú knihu. V tomto článku sa budeme zaoberať najmä mikroobvodmi malého a stredného stupňa integrácie jednoduché logické prvky.

Asi pred dvadsiatimi rokmi Integrované obvody (LSI)Spravidla vykonávali funkciu, ktorá je v nich zabudovaná počas výrobného procesu. V jednom mikroobvode mohli byť skryté mikro kalkulačky, hodiny alebo uzol elektronického počítača (počítača).

V súčasnosti je rozšírená všetky druhy mikrokontrolérov: aj také jednoduché zariadenie ako Čínska vianočná girlanda neexistuje iba programovaný mikrokontrolér.

Programovaním príslušného mikrokontroléra sa získajú aj elektronické hodiny, časovače pre domácnosť, rôzne hračky na rozprávanie a spev. Alebo, ako všetci teraz počujú, bliká.

Inými slovami nie naprogramovaný ovládač Toto je disk, z ktorého sa získa zariadenie s vlastnosťami potrebnými pre vývojára. A napriek tejto univerzálnosti sú vstupné a výstupné signály mikrokontroléra rovnaké ako digitálne mikroobvody malého a stredného stupňa integrácie. Preto, bez vedomia týchto už zastaraných a zábudlivých prvkov, jednoducho neexistuje žiadny spôsob, ako ísť.

V centre práce digitálne obvody leží systém binárnych čísel. Podporuje tiež fungovanie moderných osobných počítačov a všetkých počítačových a komunikačných systémov.

V každodennom živote používame systém desatinných čísel obsahujúci desať číslic 0 ... 9. Takýto systém vznikol, pretože každý má na rukách desať prstov. Niektorí ľudia zo severu počítali až dvadsať a dvadsať sa volalo „celý človek“.

Desať už nie je číslica, ale číslo pozostávajúce z desiatich a nulových jednotiek: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Rovnakým spôsobom bude číslo 640 obsahovať šesťsto + štyri desiatky + nulové jednotky alebo vo forme čísel 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Takýto systém sa nazýva desiatkové pozičné, t.j. hmotnosť výboja závisí od jeho polohy v čísle. Je ľahké si všimnúť, že to budú jednotky, desiatky, stovky, tisíce, desiatky tisíce, stovky tisíc atď.

V binárnom systéme sa číslo získava presne rovnakým spôsobom, ale nie desať, ale ako základ sa používajú dva a jeho stupeň. To znamená nie 1, 10, 100, 1 000, 100 000 atď., Ale 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Každé nasledujúce číslo sa získa vynásobením predchádzajúceho čísla základňou systému (v tomto prípade 2), tj zvýšenie predchádzajúceho stupňa na ďalší stupeň. V prípade desatinného systému sa každé predchádzajúce číslo vynásobí desiatimi, pretože základ číselného systému je desať.

Pomocou osembitového binárneho čísla (bajt sa v počítačovej technike nazýva) je možné reprezentovať desatinné čísla v rozsahu 0 ... 255 alebo v binárnej forme 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Vyššie uvedené číslo 640 bude zodpovedať záznamu 640 = 10 000 0000 (b) alebo, ako v predchádzajúcom príklade

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

b) na konci záznamu sa uvádza, že číslo je binárne.Najjednoduchší spôsob, ako overiť správnosť tejto položky, je pomocou kalkulačky Windows. Ukázalo sa, že táto forma kódovacích informácií je pre počítače veľmi výhodná, pretože rozlíšenie nuly od jednej je také jednoduché ako uzavretý kontakt od otvorenej alebo horiacej lampy od zaniknutej.

Ak sa binárne informácie prenášajú pomocou elektrických signálov, potom sú potrebné iba dve úrovne napätia. Spravidla je pozitívnejšia (vysoká) a menej pozitívna alebo dokonca negatívna (nula).

Najčastejšie sa vysoké napätie považuje za logickú jednotku a nízke napätie sa považuje za logickú nulu. Potom hovoria, že sa zaoberáme pozitívnou logikou.

Okrem toho existuje aj negatívna logika: vysoké napätie je logická 0 a nízka úroveň je logická jednotka. V tomto článku budeme uvažovať iba o pozitívnej logike.

Jeden z najbežnejších a najobľúbenejších v tom čase medzi amatérskymi amatérmi bol mikroobvody série K155, Logické nulové napätie je pre nich na úrovni 0 ... 0,4 V a logická jednotka je 2,4 ... 5,0 V. Je to napriek skutočnosti, že menovité napájacie napätie pre túto sériu je 5V s toleranciou + - 10 percent.

Pre iné série mikroobvodov, ktoré majú odlišné napájacie napätie, sú tieto čísla samozrejme rôzne, ale v rámci tej istej série, nezmenené. Zhruba sa dá povedať, že napätie logickej jednotky vo väčšine sérií mikroobvodov je v rozsahu od polovice napájacieho napätia po plné napájacie napätie.

Napríklad pre mikroobvody série K561 s napájacím napätím + 15 V bude napätie logickej jednotky v rozsahu + 7,5 ... 15 V. Séria K561 je použiteľná s napájacím napätím do 3 ... 15V. V takom prípade bude napätie logickej jednotky v rámci vyššie uvedených limitov.

Popis logických obvodov používajúcich sériu K155 budeme považovať za najbežnejší a pri práci nevyžadujeme špeciálne opatrenia.

Táto séria čipov sa považuje za funkčne úplnú a obsahuje asi 100 položiek. To znamená, že pomocou tejto série môžete implementovať aj tie najzložitejšie logické funkcie.

V nasledujúcom článku sa oboznámime s prevádzkou a zariadením digitálnych mikroobvodov. Začneme toto zoznámenie s logickými prvkami, ktoré implementujú najjednoduchšie funkcie. Booleovská algebra (algebra logiky).

Boris Aladyshkin

Pokračovanie článku: Logické čipy. Časť 2 

E-kniha -Príručka pre začiatočníkov k mikrokontrolérom AVR

Comments

[#1 Alexey]

Ukazuje sa, že v tomto prípade sa čipy série K561 a K155 líšia iba napájacím napätím, ale vykonáva rovnakú funkciu?