Grondbeginselen van digitale schakelingen. Een elementaire conjunctie van logische functies wordt opgevat als het logische product van alle argumenten van een functie, één keer genomen met of zonder het inversieteken

De studie van digitale schakelingen moet beginnen met de theorie van automaten. In dit artikel vindt u enkele basiszaken die ervoor zorgen dat u niet verdwaalt in andere artikelen. Ik heb geprobeerd het artikel gemakkelijk leesbaar te maken en ik ben ervan overtuigd dat een ongetrainde lezer het gemakkelijk zal kunnen begrijpen.

Signaal- een materieel opslagmedium dat wordt gebruikt om berichten via een communicatiesysteem te verzenden. Een signaal kan, in tegenstelling tot een bericht, worden gegenereerd, maar de ontvangst ervan is niet vereist (het bericht moet door de ontvangende partij worden geaccepteerd, anders is het geen bericht, maar slechts een signaal).

Het artikel bespreekt een digitaal discreet signaal. Dit is een signaal dat verschillende niveaus heeft. Het is duidelijk dat een binair signaal twee niveaus heeft - en deze worden genomen als 0 en 1. Wanneer een hoog niveau wordt aangegeven met één en een laag niveau met nul, wordt dergelijke logica positief genoemd, anders negatief.

Een digitaal signaal kan worden weergegeven als een timingdiagram.

In de natuur bestaan ​​geen discrete signalen, dus worden ze vervangen door analoge signalen. Een analoog signaal kan niet onmiddellijk van 0 naar 1 gaan, dus zo'n signaal heeft een voorflank en een dalende flank.
Als je het op een vereenvoudigde manier tekent, ziet het er als volgt uit:

1 - laag signaalniveau, 2 - hoog signaalniveau, 3 - signaalstijging (flank), 4 - signaaldaling (cut)

Signalen kunnen worden omgezet. Voor dit doel gebruiken ze in de praktijk logische poorten, en om dit formeel op te schrijven worden logische functies gebruikt. Dit zijn de belangrijkste:

Negatie - keert het signaal om.
Op de diagrammen is dit als volgt aangegeven:

Logische OR (logische optelling, disjunctie)

Op het diagram:

Logische AND (logische vermenigvuldiging, conjunctie)

Op het diagram:

De laatste twee kunnen een negatieve output hebben (NAND, NOR). Hun betekenissen logische functies zijn omgekeerd en in het diagram wordt de uitvoer als een cirkel getekend.

Draaitabel Booleaanse functies van twee argumenten zien er als volgt uit:

Het werken met logische functies is gebaseerd op de wetten van de logische algebra, waarvan de basisprincipes worden uiteengezet in het bijgevoegde bestand. Er zijn ook taken voor zelfcontrole en controlevragen over dit onderwerp.

Logische circuits ontwerpen met behulp van logische algebrafuncties

Regelingen van de eerste soort, d.w.z. combinatorische circuits, waarvan het uitgangssignaal alleen afhangt van de toestand van de ingangssignalen op elk moment;

Regelingen van de tweede soort of accumulerende circuits(schema opeenvolgend), met accumulerende circuits ( elementen met geheugen), waarvan het uitgangssignaal zowel afhankelijk is van de ingangssignalen als van de toestand van het circuit in eerdere momenten tijd.

Afhankelijk van het aantal in- en uitgangen kunnen schakelingen zijn: met één ingang en één uitgang, met meerdere ingangen en één uitgang, met één ingang en meerdere uitgangen, met meerdere in- en uitgangen.

Volgens de synchronisatiemethode zijn schema's onderverdeeld in Met externe synchronisatie(synchrone automatische machines), met interne synchronisatie(asynchrone automaten zijn hun speciale geval).

Bijna elke computer bestaat uit een combinatie van circuits van het eerste en tweede type met verschillende complexiteit. De basis van elke digitale machine die digitale informatie verwerkt, bestaat dus uit twee soorten elektronische elementen: denkspelletje of combinatorisch En onthouden. Logische elementen voeren de eenvoudigste logische bewerkingen uit op digitale informatie, en opslagelementen dienen om deze op te slaan. Zoals u weet bestaat een logische bewerking uit het volgens bepaalde regels omzetten van digitale invoerinformatie in uitvoer.

We kunnen aannemen dat elementaire logische functies logische operatoren zijn van de genoemde elektronische elementen, d.w.z. schema's Elk dergelijk schema wordt aangegeven door een specifiek grafisch symbool. (Ze zijn hierboven weergegeven - Elementen AND, OR, NOT, NOCH-NOT, AND-NOT)

Hieronder ziet u als voorbeeld een elektrisch functioneel diagram van een logische omzetter (combinatiemachine) die een logische functie implementeert op een elementaire basis van logische elementen AND, OR, NOT.

Om het te consolideren, stel ik voor dat je het zelf synthetiseert logisch circuit, waarbij de volgende logische functies worden geïmplementeerd:

Dit kan bijvoorbeeld in Elektronische werkbank.

Hier is een voorbeeld van de eerste voltooide taak:

We beginnen je reis in de wereld van de elektronica met een duik in digitale elektronica. Ten eerste omdat dit de top van de piramide is elektronische wereld, Ten tweede, basisconcepten digitale elektronica is eenvoudig en begrijpelijk.

Heeft u er ooit over nagedacht welke fenomenale doorbraak in wetenschap en technologie er heeft plaatsgevonden dankzij elektronica en digitale elektronica in het bijzonder? Zo niet, neem dan uw smartphone en bekijk deze aandachtig. Zo'n eenvoudig ogend ontwerp is het resultaat van een enorme hoeveelheid werk en fenomenale prestaties van moderne elektronica. De creatie van een dergelijke techniek werd mogelijk gemaakt dankzij het eenvoudige idee dat alle informatie in de vorm van getallen kan worden weergegeven. Dus met welke informatie het apparaat ook werkt, diep van binnen is het bezig met cijferanalyse.

U bent waarschijnlijk bekend met Romeinse en Arabische cijfers. In het Romeinse systeem worden getallen weergegeven als een combinatie van de letters I, V, X, L, C, D, M, en in het Arabisch met de combinatie van symbolen 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Maar er zijn andere vormen om getallen weer te geven. Eén daarvan is de binaire vorm. Of, zoals het vaker wordt genoemd, het binaire getallenstelsel. In een dergelijk nummersysteem is elk nummer een reeks van slechts “0” en “1”.

Wiskundigen en ingenieurs hebben hard gewerkt, en tegenwoordig kan alle informatie worden gepresenteerd als een combinatie van nullen en enen: een signaal van een bewegingssensor, muziek, video, foto, temperatuur, en zelfs deze tekst die je nu leest, bevindt zich feitelijk in de diepten van uw apparaat zien eruit als een reeks nullen en enen.

Welke informatie een digitaal apparaat ook verwerkt, diep van binnen is het bezig met het verwerken van cijfers.

Waarom precies "0" en "1", en niet bijvoorbeeld "0", "1" en "2"? In feite waren er behoorlijk succesvolle pogingen om digitale technologie te creëren die geen binair, maar een ternair getalsysteem gebruikt ("0", "1" en "2"), maar binair won nog steeds.

Misschien heeft ze gewonnen omdat de USSR instortte, of misschien omdat ‘0’ en ‘1’ gemakkelijker weer te geven zijn in de vorm van elektrische signalen. Dit betekent dat digitale apparaten op basis van het binaire getalsysteem eenvoudiger en goedkoper te produceren zijn. Ik zal later meer over binaire getallen praten.

Structuur van een digitaal apparaat

Vrijwel elk digitaal apparaat bevat typische elementen, een combinatie waaruit het bestaat. Sommige elementen zijn heel eenvoudig, sommige zijn complexer en sommige zijn volledig complex. In de amateurpraktijk zijn de meest voorkomende: triggers, timers, tellers, registers, microcontrollers, comparatoren, enz.

Laten we iets uit deze lijst kiezen en kijken hoe het werkt. Laat het een microcontroller (MK) zijn! Oké, ik geef het toe. Ik heb niet voor niets voor de microcontroller gekozen. Feit is dat het de komst van microprocessors was die een echte revolutie in de elektronica teweegbracht en de ontwikkeling ervan naar een nieuw niveau duwde.

MK is de meest talrijke en populaire visie microprocessoren ter wereld. Wat het bijzonder maakt, is dat de microcontroller een micro-pc is: een hele computer in één chip. Stel je een computer voor ter grootte van bijvoorbeeld een cent. Dit is MK.

Microcontrollers worden overal gebruikt: in moderne tv's, koelkasten, tablets, beveiligingssystemen. Overal waar iets aangestuurd moet worden, kan een microcontroller zijn plek vinden. En dat allemaal dankzij het feit dat de MK, net als elke microprocessor, programmeerbaar is. Hierdoor kan hetzelfde type chip in honderden verschillende apparaten worden gebruikt.

Tegenwoordig zijn de meest populaire bijvoorbeeld AVR-microcontrollers, FOTO, ARM. Elk van de bedrijven die produceert genoemde soorten MK produceert tientallen, zo niet honderden soorten microcontrollers die zijn ontworpen voor alle denkbare en ondenkbare taken.

Hoe werkt een microcontroller?

Ondanks de complexiteit van het ontwerp van een echte microcontroller, kun je in slechts één zin vertellen hoe deze functioneert: "De tekst van het programma wordt naar het geheugen van de microcontroller geschreven, de MK leest commando's uit dit programma en voert ze uit", dat wil zeggen alle.

Uiteraard kan MK geen opdrachten uitvoeren. Hij beschikt over een basisreeks commando's die hij begrijpt en weet uit te voeren. Door deze commando's te combineren, kun je vrijwel elk programma krijgen waarmee het apparaat precies doet wat jij wilt.

In de moderne wereld kan een microprocessor (MK is ook een microprocessor, maar gespecialiseerd) veel of heel weinig basisopdrachten hebben. Dit is zo’n voorwaardelijke indeling waarvoor zelfs twee termen zijn bedacht: CISC en RISC. CISC bestaat uit veel verschillende soorten commando's voor alle gelegenheden, RISC is alleen de meest noodzakelijke en vaak gebruikte commando's, d.w.z. verminderde set commando's.

De meeste microcontrollers zijn RISC. Dit wordt verklaard door het feit dat microcontrollers bij gebruik van een kleiner aantal opdrachten eenvoudiger en goedkoper te produceren zijn, en dat hardwareontwikkelaars ze gemakkelijker en sneller onder de knie kunnen krijgen. Er zijn veel verschillen tussen CISC en RISC, maar voorlopig is het enige belangrijke om te onthouden dat CISC veel commando's heeft, en RISC weinig commando's. Een andere keer zullen we dieper op deze twee ideeën ingaan.

Wat gebeurt er als de microcontroller wordt ingeschakeld?

Laten we ons dus een ideale wereld voorstellen waarin je een MK hebt en er al een programma in het geheugen is opgenomen. Of, zoals ze gewoonlijk zeggen, de MK is “geflasht” (in dit geval heet het programma “firmware”) en is klaar voor de strijd.

Wat gebeurt er als u stroom levert aan uw MK-circuit? Het blijkt niets bijzonders. Er is daar helemaal geen magie. Het volgende zal gebeuren:

Nadat de stroom is ingeschakeld, gaat de microcontroller kijken wat er in het geheugen zit. Tegelijkertijd ‘weet’ hij waar hij moet zoeken om het eerste commando van zijn programma te vinden.

De locatie van het begin van het programma wordt vastgelegd tijdens de productie van de MK en verandert nooit. MK telt het eerste commando, voert het uit, telt vervolgens het tweede commando, voert het uit, dan het derde, enzovoort tot het laatste. Wanneer hij het laatste commando telt, begint alles opnieuw, aangezien de MK het programma in een cirkel uitvoert, tenzij hem wordt opgedragen te stoppen. Dus zo werkt het.

Maar dit weerhoudt je er niet van om complexe programma's te schrijven die helpen bij het besturen van koelkasten, stofzuigers, industriële machines, audiospelers en duizenden andere apparaten. Ook jij kunt leren hoe je apparaten maakt met MK. Het zal tijd, verlangen en een beetje geld vergen. Maar dit zijn zulke kleine dingen, toch?

Hoe werkt een typische MK?

Elk microprocessorsysteem is gebaseerd op drie pijlers:

1. CPU(ALU + bedieningsapparaat),
2. Geheugen(ROM, RAM, FLASH),
3. I/O-poorten .

De processor, die gebruik maakt van I/O-poorten, ontvangt/verstuurt gegevens in de vorm van getallen, voert er verschillende rekenkundige bewerkingen op uit en slaat deze op in het geheugen. Communicatie tussen de processor, poorten en geheugen vindt plaats via zogenaamde draden band(banden zijn afhankelijk van het doel in verschillende typen onderverdeeld) . Dit is het algemene idee van hoe het MP-systeem werkt. Zoals op de onderstaande foto.

MK is, zoals ik al schreef, ook een microprocessor. Gewoon gespecialiseerd. De fysieke structuur van MK-microschakelingen van verschillende series kan aanzienlijk verschillen, maar ideologisch zullen ze vergelijkbaar zijn en bijvoorbeeld blokken hebben als: ROM, RAM, ALU, invoer-/uitvoerpoorten, timers, tellers, registers.

De moderne schaal van ontwikkeling van digitale elektronica is zo enorm dat je zelfs voor elk item uit deze tabel een heel boek kunt schrijven, of zelfs meer dan één. Ik zal de basisideeën beschrijven die u zullen helpen elk van de apparaten zelfstandig verder te begrijpen.

Het brein van de microcontroller

De microprocessor/microcontroller werkt altijd volgens het programma dat erin is ingebed. Het programma bestaat uit een reeks handelingen die de MK kan uitvoeren. Bewerkingen worden uitgevoerd in de CPU - dit is het brein van de microcontroller. Het is dit orgel dat rekenkundige en logische bewerkingen met getallen kan uitvoeren. Maar er zijn nog vier belangrijke operaties die hij kan uitvoeren:

• lezen van een geheugencel
• schrijf naar de geheugencel
• lezen vanaf de I/O-poort
• schrijven naar de I/O-poort

Deze bewerkingen zijn verantwoordelijk voor het lezen/schrijven van informatie naar het geheugen en externe apparaten via I/O-poorten. En zonder hen verandert elke processor in nutteloos afval.

Technisch gezien bestaat de processor uit een ALU (processorcalculator) en een besturingseenheid die de interactie tussen I/O-poorten, geheugen en een rekenkundige logische eenheid (ALU) beheert.

Microcontroller-geheugen

Eerder heb ik in de tabel met typische apparaten in de MK twee soorten geheugen aangegeven: ROM en RAM. Het verschil tussen beide is dat in ROM de gegevens worden opgeslagen tussen het inschakelen van het apparaat. Maar tegelijkertijd is ROM een nogal traag geheugen. Daarom is er RAM, dat behoorlijk snel is, maar alleen data kan opslaan als het apparaat van stroom wordt voorzien. Het is de moeite waard om het apparaat uit te zetten en alle gegevens komen daar vandaan... niets.

Als u een laptop of pc heeft, dan bent u bekend met deze situatie: u hebt een berg tekst geschreven, vergeten deze op te slaan HDD, de elektriciteit viel plotseling uit. U zet de computer aan, maar er is geen tekst. Dat is juist. Terwijl u het aan het schrijven was, werd het opgeslagen in het RAM-geheugen. Daarom verdween de tekst toen de computer werd uitgeschakeld.

In de vreemde wereld worden RAM en ROM RAM en ROM genoemd:

1. RAM (Random Access Memory) - geheugen met willekeurige toegang
2. ROM (Read Only Memory) - alleen-lezen geheugen

In ons land worden ze ook wel vluchtig en niet-vluchtig geheugen genoemd. Wat naar mijn mening de aard van elk type geheugen nauwkeuriger weerspiegelt.

rom

Tegenwoordig is ROM-geheugen van het FLASH-type (of, naar onze mening, EEPROM) steeds wijdverbreider geworden. Hiermee kunt u gegevens opslaan, zelfs als het apparaat is uitgeschakeld. Daarom wordt in moderne MCU's, bijvoorbeeld in de AVR MCU, FLASH-geheugen als ROM gebruikt.

Voorheen waren ROM-geheugenchips ooit programmeerbaar. Daarom, als een programma of gegevens met fouten werden vastgelegd, werd zo'n microschakeling eenvoudigweg weggegooid. Even later verschenen ROM's die vele malen herschreven konden worden. Dit waren UV-uitwisbare chips. Ze bestaan ​​al een behoorlijk lange tijd en worden nu zelfs aangetroffen in sommige apparaten uit de jaren negentig...2000. Deze ROM komt bijvoorbeeld uit de USSR.

Ze hadden één belangrijk nadeel: als het kristal (dat zichtbaar is in het venster) per ongeluk werd verlicht, kon het programma beschadigd raken. En ook ROM is nog steeds langzamer dan RAM.

RAM

RAM is dat, in tegenstelling tot ROM, PROM en EEPROM, wel vluchtig en wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld, gaan alle gegevens in het RAM verloren. Maar geen enkel microprocessorapparaat kan zonder. Omdat het tijdens bedrijf nodig is om de resultaten van berekeningen en gegevens waarmee de processor ergens werkt op te slaan. ROM is vanwege zijn traagheid niet geschikt voor deze doeleinden.

PROGRAMMA- EN GEGEVENSGEHEUGEN

Naast de indeling in vluchtig (RAM) en niet-vluchtig geheugen kennen microcontrollers een indeling in datageheugen en programmageheugen. Dit betekent dat MK dat heeft gedaan bijzondere herinnering, die alleen bedoeld is voor het opslaan van het MK-programma. In moderne tijden is dit meestal een FLASH-ROM. Vanuit dit geheugen leest de microcontroller de opdrachten die hij uitvoert.

Los van het programmageheugen bevindt zich een datageheugen waarin tussenresultaten van werkzaamheden en eventuele andere door het programma benodigde gegevens worden geplaatst. Programmageheugen is normaal RAM.

Deze scheiding is goed omdat geen enkele fout in het programma het programma zelf kan beschadigen. Wanneer de MK bijvoorbeeld per ongeluk een willekeurig getal probeert te schrijven in plaats van een commando in het programma. Het blijkt dat het programma betrouwbaar wordt beschermd tegen schade. Overigens heeft deze divisie zijn eigen speciale naam: "Harvard-architectuur".

In de jaren dertig gaf de Amerikaanse regering de universiteiten van Harvard en Princeton de opdracht zich te ontwikkelen architectuur Computer voor marineartillerie. Eind jaren dertig ontwikkelde Howard Aiken zich aan de Harvard Universiteit architectuur computer Mark I, voortaan vernoemd naar deze universiteit.

Hieronder heb ik schematisch de architectuur van Harvard weergegeven:

Het programma en de gegevens waarmee het werkt, worden dus fysiek op verschillende plaatsen opgeslagen. Bij grote processorsystemen zoals een personal computer worden de gegevens en het programma op dezelfde plaats opgeslagen terwijl het programma draait.

HIËRARCHIE VAN HET GEHEUGEN

HOE HET HERSEN VAN EEN MICROCONTROLLER ONDERTEKEND WORDT

Je weet al dat het brein van de MK de CPU is: de centrale verwerkingseenheid, die bestaat uit een ALU (rekenkundig-logische eenheid) en een besturingseenheid (CU). De besturingseenheid bestuurt het hele orkest vanuit het geheugen, externe apparaten en ALU. Dankzij hem kan MK opdrachten uitvoeren in de volgorde die wij willen.

De ALU is een rekenmachine en de besturingseenheid vertelt de ALU wat, waarmee, wanneer en in welke volgorde hij moet berekenen of vergelijken. De ALU kan optellen, aftrekken, soms delen en vermenigvuldigen, en logische bewerkingen uitvoeren: AND, OR, NOT (hierover later meer)

Elke computer, inclusief MK, kan tegenwoordig alleen werken met binaire getallen die bestaan ​​uit “0” en “1”. Het was dit simpele idee dat leidde tot de elektronicarevolutie en de explosieve ontwikkeling van digitale technologie.

Laten we aannemen dat de ALU twee cijfers moet toevoegen: 2 en 5. In vereenvoudigde vorm ziet het er als volgt uit:

In dit geval weet de besturingseenheid op welke geheugenlocatie het getal “2” moet worden geplaatst, op welke geheugenlocatie het getal “5” moet worden geplaatst en op welke geheugenlocatie het resultaat moet worden geplaatst. De CU weet dit allemaal omdat hij erover heeft gelezen in een commando van een programma dat dit moment Ik heb het in het programma gelezen. Ik zal je later meer in detail vertellen over arematische bewerkingen met binaire getallen en hoe de ALU-opteller van binnenuit werkt.

Nou, zeg je, wat als je deze cijfers niet uit het programma moet halen, maar van buitenaf, bijvoorbeeld van een sensor? Wat moet ik doen? Dit is waar I/O-poorten een rol spelen, met behulp waarvan de MK gegevens kan ontvangen en verzenden naar externe apparaten: displays, sensoren, motoren, kleppen, printers, enz.

LOGISCHE WERKINGEN

Je bent waarschijnlijk heel bekend met de grap over 'vrouwelijke logica'? Maar we zullen er niet over praten, maar in principe over logica. Logica werkt met oorzaak-en-gevolg-relaties: als de zon is opgekomen, is ze licht geworden. De oorzaak ‘de zon kwam op’ veroorzaakte het effect ‘het werd licht’. Bovendien kunnen we over elke bewering ‘WAAR’ of ‘FALSE’ zeggen.

Bijvoorbeeld:

• "Vogels zwemmen onder water" is een leugen
• "Water is nat" - bij kamertemperatuur is deze bewering waar

Zoals u hebt opgemerkt, kan de tweede bewering onder bepaalde omstandigheden waar of onwaar zijn. Onze computer heeft alleen cijfers, en ingenieurs en wiskundigen kwamen op het idee om de waarheid als “1” en onwaar als “0” aan te duiden. Dit maakte het mogelijk om de waarheid van een uitspraak in de vorm van binaire getallen te schrijven:

• "Vogels zwemmen onder water" = 0
• "Water is nat" = 1

En met zo'n notatie konden wiskundigen hele bewerkingen uitvoeren met deze uitspraken - logische bewerkingen. George Boole was de eerste die hieraan dacht. Waarna deze algebra de naam krijgt: “Booleaanse algebra”, wat erg handig bleek te zijn voor digitale machines.

De tweede helft van de ALU bestaat uit logische bewerkingen. Hiermee kunt u uitspraken "vergelijken". Basis logische bewerkingen slechts een paar stukjes: EN, OF, NIET - maar dit is genoeg, omdat complexere stukken uit deze drie kunnen worden gecombineerd.

Logische werking EN geeft de gelijktijdigheid van uitspraken aan, d.w.z. dat beide uitspraken tegelijkertijd waar zijn. Bijvoorbeeld verklaring zal alleen waar zijn als beide eenvoudiger uitspraken waar zijn. In alle andere gevallen is het resultaat van de logische AND-bewerking onwaar.

Logische werking OF zal waar zijn als ten minste één van de uitspraken die bij de bewerking betrokken zijn, waar is. "Vogels zwemmen onder water" en "Water is nat" waar, aangezien de uitspraak ‘water is nat’ waar is

Logische werking NIET verandert de waarheid van een verklaring in de tegenovergestelde betekenis. Dit logische ontkenning. Bijvoorbeeld:

De zon komt elke dag op = WAAR

NIET (De zon komt elke dag op) = NIET WAAR = ONWAAR

Dankzij logische bewerkingen kunnen we binaire getallen vergelijken, en aangezien onze binaire getallen altijd iets betekenen, bijvoorbeeld een signaal. Het blijkt dat we dankzij Booleaanse algebra echte signalen kunnen vergelijken. Dit is wat het logische deel van de ALU doet.

INPUT/OUTPUT-APPARAAT

Onze MK moet communiceren met de buitenwereld. Alleen dan zal hij zichzelf vertegenwoordigen handig apparaat. Voor dit doel beschikt de MK over speciale apparaten die invoer-/uitvoerapparaten worden genoemd.
Dankzij deze apparaten kunnen we signalen van sensoren, toetsenborden en andere externe apparaten naar de microcontroller sturen. En na het verwerken van dergelijke signalen zal de MK een reactie sturen via de uitvoerapparaten, waarmee het mogelijk zal zijn om de rotatiesnelheid van de motor of de helderheid van de lamp te regelen.

Laat me samenvatten:

1. Digitale elektronica - het topje van de elektronica-ijsberg
2. Een digitaal apparaat kent en begrijpt alleen cijfers
3. Alle informatie: bericht, tekst, video, geluid, kan worden gecodeerd met binaire getallen
4. Een microcontroller is een microcomputer op één chip
5. Elk microprocessorsysteem bestaat uit drie delen: processor, geheugen en invoer-/uitvoerapparaten
6. De processor bestaat uit een ALU en een besturingseenheid
7. De ALU kan rekenkundige en logische bewerkingen uitvoeren met binaire getallen

Blijf bij ons. In de volgende artikelen vertel ik je meer in detail hoe het MK-geheugen, I/O-poorten en ALU zijn gerangschikt. En daarna gaan we nog verder en bereiken uiteindelijk de analoge elektronica.

p.s.
Een fout gevonden? Zeg eens!

Geweldige radioamateur en programma-ontwerper

Aan het studeren basiselementen digitale elektronica, we zullen beginnen met de eenvoudigste, en daarna zullen we steeds complexere overwegen. Voorbeelden van de toepassing van elk volgend element zullen gebaseerd zijn op alle eerder besproken elementen. Op deze manier zullen de belangrijkste principes voor het construeren van vrij complexe digitale apparaten geleidelijk worden gegeven.

Logische elementen (of, zoals ze ook worden genoemd, poorten) zijn de eenvoudigste digitale microschakelingen. Het is deze eenvoud die ze onderscheidt van andere microschakelingen. In de regel kan één microschakelingpakket één tot zes identieke logische elementen bevatten. Soms kunnen verschillende logische elementen zich in hetzelfde pakket bevinden.

Normaal gesproken heeft elk logisch element meerdere ingangen (van één tot twaalf) en één uitgang. In dit geval is de verbinding tussen het uitgangssignaal en de ingangssignalen (waarheidstabel) uiterst eenvoudig. Elke combinatie van elementingangssignalen komt overeen met een nul- of één-niveau aan de uitgang. Logische elementen hebben geen intern geheugen en behoren daarom tot de groep van zogenaamde combinatorische circuits. Maar in tegenstelling tot de meer complexe combinatorische circuits die in de volgende lezing worden besproken, hebben logische poorten ingangen die niet kunnen worden onderverdeeld in groepen die verschillen in de functies die ze uitvoeren.

De belangrijkste voordelen van logische elementen, vergeleken met andere digitale microschakelingen, zijn hun hoge prestaties (korte vertragingstijden) en hun lage stroomverbruik (laag stroomverbruik). Daarom is het altijd zinvol om deze optie te analyseren in gevallen waarin de vereiste functie uitsluitend met behulp van logische elementen kan worden geïmplementeerd. Hun nadeel is dat het vrij moeilijk is om op basis daarvan complexe functies te implementeren. Daarom worden logische elementen meestal alleen gebruikt als aanvulling op complexere, meer "slimme" microschakelingen. En elke ontwikkelaar streeft er meestal naar om ze zo weinig en zo zelden mogelijk te gebruiken. Er is zelfs een mening dat de vaardigheid van de ontwikkelaar omgekeerd evenredig is met het aantal logische elementen dat hij gebruikt. Dit is echter niet altijd waar.

Omvormers

Het eenvoudigste logische element is de omvormer (logisch element NOT, "omvormer"), al vermeld in eerste lezing. De omvormer voert de eenvoudigste logische functie uit: inversie, dat wil zeggen het niveau van het ingangssignaal naar het tegenovergestelde veranderen. Het heeft slechts één ingang en één uitgang. De uitgang van de omvormer kan van het 2C-type of het OK-type zijn. Op rijst. 3.1 symbolen van de omvormer die in binnen- en buitenland worden gebruikt, worden getoond, en in tafel 3.1 De waarheidstabel van de omvormer wordt weergegeven.

Rijst. 3.1. Symbolen van omvormers: buitenlands (links) en binnenlands (rechts)

Er zitten meestal zes omvormers in één chippakket. De binnenlandse aanduiding voor microcircuits van omvormers is "LN". Voorbeelden: KR1533LN1 (SN74ALS04) - zes omvormers met 2C-uitgang, KR1533LN2 (SN74ALS05) - zes omvormers met OK-uitgang. Er zijn ook omvormers met OK-uitgang en met verhoogde uitgangsstroom (LN4), evenals met verhoogde uitgangsspanning (LN3, LN5). Voor omvormers met OK-uitgang moet de uitgangs-pull-up-weerstand worden ingeschakeld. De minimumwaarde ervan kan heel eenvoudig worden berekend: R< U/I OL , где U - напряжение питания, к которому подключается резистор. Обычно величина резистора выбирается порядка сотен Ом - единиц кОм.

De twee belangrijkste toepassingen van omvormers zijn signaalpolariteitsomkering en signaalflankomkering. (Afb. 3.2). Dat wil zeggen dat de omvormer van een positief ingangssignaal een negatief uitgangssignaal maakt en omgekeerd, en van een positieve flank van het ingangssignaal een negatieve flank van het uitgangssignaal en omgekeerd. Een andere belangrijke toepassing van een omvormer is signaalbuffering (met inversie), dat wil zeggen het vergroten van de belastbaarheid van het signaal. Dit kan nodig zijn als er aan veel ingangen een signaal moet worden toegevoerd, maar de uitgangsstroom van de signaalbron onvoldoende is.

Rijst. 3.2. Signaalpolariteitinversie en signaalflankinversie

Het is de omvormer, als het eenvoudigste element, die vaker wordt gebruikt dan andere elementen in niet-standaard insluitsels. Omvormers worden bijvoorbeeld vaak gebruikt in blokgolfgeneratorcircuits (Afb. 3.3), waarvan het uitgangssignaal periodiek verandert van nul naar één en terug. Alle bovenstaande circuits, behalve circuit d, zijn gemaakt op K155LN1-elementen, maar kunnen ook worden geïmplementeerd op omvormers van andere series met een overeenkomstige verandering in weerstandswaarden. Voor de K555-serie zijn de weerstandswaarden bijvoorbeeld ongeveer verdrievoudigd. Circuit d is gemaakt met behulp van KR531LN1-elementen, omdat hiervoor hogesnelheidsomvormers nodig zijn.

Rijst. 3.3. Circuits van pulsgeneratoren op omvormers

De schakelingen a, b en c zijn conventionele RC-oscillatoren, waarvan de karakteristieken (uitgangsfrequentie, pulsduur) slechts bij benadering kunnen worden berekend. Voor circuits a en b, met de aangegeven waarden van de weerstand en condensator, zal de opwekkingsfrequentie ongeveer 100 kHz zijn, voor circuit c - ongeveer 1 MHz. Het wordt aanbevolen om deze circuits alleen te gebruiken in gevallen waarin de frequentie niet zo belangrijk is, maar het feit van de opwekking zelf belangrijk is. Als de exacte waarde van de frequentie belangrijk is, wordt aanbevolen om circuits d en d te gebruiken, waarbij de frequentie van het uitgangssignaal alleen wordt bepaald door de kenmerken van de kwartsresonator. Circuit d wordt gebruikt voor een kwartsresonator die werkt op de eerste (fundamentele) harmonische. De capaciteitswaarde kan worden geschat met behulp van de formule:

waarbij F de generatiefrequentie is. Circuit d wordt gebruikt voor harmonische kwartsresonatoren, die werken op een frequentie die 3, 5, 7 keer hoger is dan de fundamentele frequentie (dit is soms nodig voor generatiefrequenties boven 20 MHz).

Rijst. 3.4. Omvormers gebruiken om het signaal te vertragen

Omvormers worden ook gebruikt in gevallen waarin het nodig is om een ​​signaalvertraging te verkrijgen, zij het onbeduidend (van 5 tot 100 ns). Om een ​​dergelijke vertraging te verkrijgen, wordt het vereiste aantal omvormers in serie geschakeld ( rijst. 3.4, boven). Met de formule kan de totale vertragingstijd van bijvoorbeeld vier omvormers worden geschat

tЗ = 2t PHL + 2t PLH

Het is waar dat we er rekening mee moeten houden dat de werkelijke vertragingen van de elementen doorgaans aanzienlijk lager blijken te zijn (soms zelfs de helft) dan de tabelparameters t PHL en t PLH. Dat wil zeggen dat het niet nodig is om over de exacte waarde van de resulterende vertraging te praten; deze kan alleen bij benadering worden geschat.

Condensatoren worden ook gebruikt om het signaal te vertragen (Afb. 3.4, hieronder). In dit geval treedt de vertraging op als gevolg van het langzaam opladen en ontladen van de condensator (spanning over de condensator - UC). De schakeling zonder weerstand (links in de figuur) geeft een vertraging van ongeveer 100 ns. In een circuit met een weerstand (rechts in de afbeelding) moet de weerstandswaarde in de orde van honderden ohm liggen. Maar bij het kiezen van dergelijke circuits met condensatoren moet er rekening mee worden gehouden dat sommige series microschakelingen (bijvoorbeeld KR1533) niet goed werken met langdurige fronten van ingangssignalen. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat het aantal timingcondensatoren in het circuit omgekeerd evenredig is met het vaardigheidsniveau van de circuitontwerper.

Tenslotte is een andere toepassing van omvormers, maar alleen met een OK-uitgang, het bouwen op basis van zogenaamde “Wired OR”-elementen. Hiervoor worden de uitgangen van meerdere omvormers met OK-uitgangen gecombineerd en via een weerstand met de stroombron verbonden (Afb. 3.5). De output van het circuit is de gecombineerde output van alle elementen. Dit ontwerp voert de logische OF-NIET-functie uit, dat wil zeggen dat de uitgang alleen een logisch één signaal zal hebben als alle ingangen nul zijn. Maar logische functies zullen later in meer detail worden besproken.

Rijst. 3.5. Combineren van inverteruitgangen met OK voor de NOR-functie

Ter afsluiting van dit gedeelte moet worden opgemerkt dat signaalinversie ook wordt gebruikt binnen complexere logische elementen, evenals binnen digitale microschakelingen die complexe functies uitvoeren.

Repeaters en buffers

Repeaters en buffers verschillen voornamelijk van omvormers doordat ze het signaal niet inverteren (hoewel er ook inverterende buffers bestaan). Waarom zijn ze dan nodig? Ten eerste vervullen ze de functie van het vergroten van de belastingscapaciteit van het signaal, dat wil zeggen dat ze het mogelijk maken dat één signaal aan veel ingangen wordt geleverd. Hiervoor zijn er buffers met verhoogde uitgangsstroom en 2C-uitgang, bijvoorbeeld LP16 (zes bufferrepeaters). Ten tweede hebben de meeste buffers een OK- of 3C-uitgang, waardoor ze kunnen worden gebruikt voor het ontvangen van bidirectionele lijnen of voor het multiplexen van signalen. Laten we deze termen nader toelichten.

Rijst. 3.6. Bidirectionele lijn

Bidirectionele lijnen zijn die lijnen (draden) waardoor signalen in twee tegengestelde richtingen kunnen reizen. In tegenstelling tot unidirectionele lijnen, die van één uitgang naar één of meer ingangen gaan, kan een bidirectionele lijn meerdere uitgangen en meerdere ingangen tegelijkertijd verbinden (Afb. 3.6). Het is duidelijk dat bidirectionele lijnen alleen kunnen worden georganiseerd op basis van OK- of 3C-uitgangen. Daarom hebben bijna alle buffers precies deze uitgangen.

Rijst. 3.7. Unidirectionele gemultiplexte lijn op basis van buffers

Multiplexing is de overdracht van verschillende signalen over dezelfde lijnen in verschillende momenten tijd. Het belangrijkste doel van multiplexing is het verminderen van het totale aantal trunks. Een bidirectionele lijn is noodzakelijkerwijs gemultiplext, en een gemultiplexte lijn kan unidirectioneel of bidirectioneel zijn. Maar in ieder geval zijn er meerdere uitgangen op aangesloten, waarvan er op elk moment slechts één actief is. De overige uitgangen worden op dit moment uitgeschakeld (overgebracht naar een passieve toestand). In tegenstelling tot een bidirectionele lijn kan op een op basis van buffers opgebouwde multiplexlijn slechts één ingang worden aangesloten, maar moeten er meerdere uitgangen met OK of 3C worden aangesloten (Afb. 3.7). Gemultiplexte lijnen kunnen niet alleen op buffers worden gebouwd, maar ook op multiplexerchips, wat in colleges 5 en 6 wordt besproken.

Rijst. 3.8. Bufferuitgangen combineren met OK

Een voorbeeld van buffers met OK-uitvoer is de LP17-chip (zes OK-buffers). Precies hetzelfde als bij omvormers met OK (zie afb. 3.5), kunnen de uitgangen van verschillende buffers met OK worden gecombineerd om de functie "Bewerken EN" te verkrijgen, dat wil zeggen dat de uitgang alleen een logisch signaal zal hebben als alle ingangen één zijn (Afb. 3.8). Dat wil zeggen dat er een AND-element met meerdere invoer wordt geïmplementeerd.

Buffers met 3C-uitvoer worden vertegenwoordigd door een veel groter aantal microschakelingen, bijvoorbeeld LP8, LP11, AP5, AP6, AP14. Deze buffers hebben noodzakelijkerwijs een stuuringang EZ (of OE), die de uitgangen in een derde, passieve toestand verandert. In de regel komt de derde toestand overeen met een één aan deze ingang, en de actieve toestand van de uitgangen komt overeen met nul, dat wil zeggen dat het EZ-signaal een negatieve polariteit heeft.

Buffers kunnen unidirectioneel of bidirectioneel zijn, met of zonder signaalinversie, met besturing van alle uitgangen gelijktijdig of met besturing van groepen uitgangen. Dit alles bepaalt de grote verscheidenheid aan bufferchips.

De eenvoudigste unidirectionele buffer zonder inversie is de LP8-chip (vier buffers met 3C-type uitgangen en afzonderlijke bediening). Elk van de vier buffers heeft zijn eigen EZ-resolutie-ingang. De bufferwaarheidstabel is heel eenvoudig (Tabel 3.2): wanneer er een nulsignaal is op de stuuringang, herhaalt de uitgang de ingang, en wanneer er een enkel signaal is, wordt de uitgang uitgeschakeld. Deze microschakeling is handig in gebruik voor het verwerken van afzonderlijke signalen, dat wil zeggen voor het herhalen van een ingangssignaal met de mogelijkheid om de uitgang uit te schakelen.

Rijst. 3.9. Een 3C-buffer gebruiken als buffer met OK

Deze zelfde buffers zijn soms handig om te gebruiken om buffers te vervangen door OK-uitvoer (Afb. 3.9). In dit geval dient de stuuringang informatie-invoer. Met een nul aan de ingang krijgen we een nul aan de uitgang, en met een één aan de ingang krijgen we een derde toestand aan de uitgang.

Rijst. 3.10. Multiplexing van twee invoercodes met behulp van buffers met 3C

Heel vaak is het nodig om niet afzonderlijke signalen te verwerken, maar groepen signalen, bijvoorbeeld signalen die multi-bitcodes verzenden. In dit geval is het handig om buffers met groepsbesturing te gebruiken, dat wil zeggen met één EZ-toestemmingsingang voor meerdere uitgangen. Voorbeelden zijn de LP11-microcircuits (zes buffers, verdeeld in twee groepen: vier en twee buffers, elk met een eigen stuuringang) en AP5 (acht buffers, verdeeld in twee groepen van vier buffers, elk met een eigen stuuringang ).

Op rijst. 3.10 toont een voorbeeld van het multiplexen van twee acht-bits codes met behulp van twee AP5-microcircuits. De gelijknamige uitgangen van beide microschakelingen worden met elkaar gecombineerd. De doorgang van elk van de twee ingangscodes naar de uitgang wordt mogelijk gemaakt door zijn eigen stuursignaal (voorbeeld 1 en voorbeeld 2), en de gelijktijdige aankomst van deze twee signalen moet worden uitgesloten zodat er geen conflicten aan de uitgangen ontstaan.

Rijst. 3.11. Bidirectionele buffer inschakelen

Bidirectionele buffers maken het, in tegenstelling tot unidirectionele buffers, mogelijk dat signalen in beide richtingen worden verzonden. Afhankelijk van het speciale stuursignaal T (een andere aanduiding is BD) kunnen ingangen uitgangen worden en omgekeerd: uitgangen kunnen ingangen worden. Er is ook een derde statuscontrole-ingang EZ, die zowel in- als uitgangen kan uitschakelen.

Op rijst. 3.11 Als voorbeeld wordt een bidirectionele buffer AP6 getoond, die gegevens in beide richtingen kan overdragen tussen twee bidirectionele bussen A en B. Op een enkel niveau op de stuuringang T (Volt. signaal) worden gegevens overgedragen van bus A naar bus B, en op nulniveau - van bus B naar bus A (Tabel 3.3). Een enkel niveau op de stuuringang EZ (Uit-signaal) ontkoppelt de microschakeling van beide bussen.

Bidirectionele transmissie kan ook worden georganiseerd op basis van unidirectionele buffers. Op rijst. 3.12 er wordt getoond hoe dit kan worden gedaan op twee AP5-microschakelingen. Hier, met een nulsignaalcontrole. 1-informatie wordt verzonden van bus A naar bus B, en met een nulsignaal op de Control-ingang. 2 - van bus B naar bus A. Als beide ingangen Control. 1 en bijv. 2 zich in de enkele toestand bevinden, dan worden de bussen A en B van elkaar losgekoppeld en wordt de toevoer van nullen naar beide ingangen van Control uitgevoerd. 1 en bijv. 2 moet worden uitgesloten, anders is de status van zowel bussen A als B ongedefinieerd.

Rijst. 3.12. Organiseren van bidirectionele transmissie met behulp van unidirectionele buffers

Buffermicroschakelingen in binnenlandse series hebben verschillende benamingen: LN, LP, AP, IP, wat hun keuze soms moeilijk maakt. Bijvoorbeeld LN6, LP8, LP11, AP5, AP6, IP5, IP6. Buffers met de letters LN hebben inversie, buffers AP en IP kunnen met of zonder inversie zijn. Alle parameters van de buffers zijn vrijwel gelijk, het verschil zit in de inversie, het aantal bits en besturingssignalen.

De timingparameters van de buffers omvatten, naast de signaalvertraging van de informatie-invoer naar de informatie-uitvoer, ook de vertragingen in de overgang van de uitvoer naar de derde toestand en van de derde toestand naar de actieve toestand (t PHZ, t PLZ en tPZH, tPZL). De omvang van deze vertragingen is gewoonlijk ongeveer tweemaal zo groot als de vertraging tussen informatie-invoer en -uitvoer.

De schakelbare uitgang van de buffers (zowel OK als 3C) vereist het gebruik van belastingsweerstanden. Anders wordt de ingang die is aangesloten op de losgekoppelde uitgang onderbroken, waardoor de schakeling instabiel kan werken en uitvalt. Bij een OK-uitgang (pull-up) wordt de weerstand op de standaard manier aangesloten (zie Afb. 3.8). Op dezelfde manier kan een weerstand worden aangesloten tussen de 3C-uitgang en de voedingsspanning (Afb. 3.13) Wanneer de uitgang wordt uitgeschakeld, krijgt de ingang een logisch niveau één. Je kunt echter ook een weerstand tussen de uitgang en aarde inschakelen, dan wordt bij het uitschakelen van de uitgang een logisch nulsignaal naar de ingang gestuurd. Er wordt ook gebruik gemaakt van de opname van twee weerstanden (weerstandsdeler), terwijl de waarde van de bovenste weerstand (verbonden met de voedingsbus) gewoonlijk 2-3 keer minder wordt geselecteerd dan de onderste weerstand (verbonden met aarde), en de waarde van de parallel verbonden twee weerstanden wordt gelijk gekozen aan ongeveer 100 ohm. Weerstanden kunnen bijvoorbeeld waarden hebben van 240 ohm en 120 ohm, 360 ohm en 130 ohm. Een uitgeschakelde uitgang wordt gezien als in dit geval door een ingang als eenheid ermee verbonden.

Rijst. 3.13. Inschakelweerstanden aan de uitgang van 3C-buffers

Soms zijn er helemaal geen weerstanden aangesloten op de 3C-uitgangen, maar in dit geval is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de volgende ingang het signaal van de 3C-uitgang alleen ontvangt (dat wil zeggen erop reageert) als de uitgang zich in de actieve toestand bevindt. Anders zijn storingen en storingen in de werking van het apparaat mogelijk.

Rijst. 3.14. Buffers gebruiken voor weergave

Een andere veel voorkomende toepassing van buffers, vanwege hun hoge uitgangsstromen, is LED-display. LED's kunnen op twee manieren op de uitgang van buffers worden aangesloten (Afb. 3.14). In de eerste (aan de linkerkant in de afbeelding) licht de LED op als er een logisch 3C- of 2C-signaal aan de uitgang is, en in de tweede (aan de rechterkant in de afbeelding) - wanneer er een logisch signaal is nulsignaal op de OK-uitgang. De weerstandswaarde wordt gekozen op basis van de eigenschappen van de LED, maar bedraagt ​​doorgaans ongeveer 1 kOhm.

Elementen EN, EN-NIET, OF, NOR-NIET

De volgende stap in de richting van het vergroten van de complexiteit van digitale elektronicacomponenten zijn elementen die eenvoudige logische functies uitvoeren. Wat al deze elementen gemeen hebben, is dat ze er meerdere hebben gelijkwaardig ingangen (van 2 tot 12) en één uitgang, waarbij het signaal wordt bepaald door een combinatie van ingangssignalen.

De meest voorkomende logische functies zijn AND (in de binnenlandse notatie - LI), AND-NOT (aangeduid met LA), OR (aangeduid met LL) en NOR-NOT (aangeduid met LL). De aanwezigheid van het woord NOT in de elementnaam betekent slechts één ding: ingebouwde signaalinversie. De volgende afkortingen worden gebruikt in het internationale notatiesysteem: AND - AND-functie, NAND - NAND-functie, OF - OF-functie, NOR - OF-NIET-functie.

De namen van de EN- en OF-functies zelf geven de toestand aan waaronder het uitgangssignaal aan de ingangen verschijnt. Het is belangrijk om te onthouden dat we het in dit geval hebben over positieve logica, over positieve, enkele signalen aan de ingangen en uitgang.

Het EN-element genereert een één aan de uitgang als en slechts dan als er enen zijn aan alle ingangen (de eerste, de tweede, de derde, enz.). Als we praten over over het EN-NIET-element, dan wordt er een nul gevormd aan de uitgang wanneer alle ingangen één zijn (Tabel 3.4). Het getal vóór de functienaam geeft het aantal elementinvoer aan. 8AND-NOT is bijvoorbeeld een EN-poort met acht ingangen en een inversie aan de uitgang.

Het OR-element genereert nul aan de uitgang als en slechts als alle ingangen nul zijn. Het OR-NOT-element geeft een nul-uitvoer als ten minste één van de ingangen een één heeft ( tafel 3.4). Voorbeeld van aanduiding: 4OR-NOT - OR-element met vier ingangen en inversie aan de uitgang.

Rijst. 3.15. Benamingen van elementen AND, AND-NOT, OR, OR-NOT: buitenlands (links) en binnenlands (rechts)

Binnenlandse en buitenlandse aanduidingen op de diagrammen van elementen met twee ingangen AND, AND-NOT, OR, NOR-NOT worden weergegeven in rijst. 3.15. Al deze elementen worden geleverd met uitgangen van het type 2C, OK en 3C. In het laatste geval moet er een vrijgave-ingang –EZ zijn.

Het is niet moeilijk om op te merken (zie tabel 3.4), dat in het geval van negatieve logica, met nul ingangs- en uitgangssignalen, het EN-element de OF-functie uitvoert, dat wil zeggen dat de uitgang nul zal zijn als ten minste één van de ingangen nul is. En het OR-element met negatieve logica voert de EN-functie uit, dat wil zeggen dat de uitvoer alleen nul zal zijn als alle invoer nullen bevat. En aangezien signalen in echte elektronische apparaten elke polariteit kunnen hebben (zowel positief als negatief), moet u altijd zeer zorgvuldig het vereiste element in elk specifiek geval selecteren. Het is vooral belangrijk om dit te onthouden wanneer verschillende logische elementen met en zonder inversie in serie worden geschakeld om een ​​complexe functie te verkrijgen.

Daarom is het voor de ontwikkelaar niet altijd handig om de elementen AND, AND-NOT, OR, OR-NOT precies te gebruiken voor het uitvoeren van de logische functies die in hun naam worden aangegeven. Soms is het handiger om ze te gebruiken als toestaan/weigeren of mix/match-elementen. Maar eerst zullen we gevallen van implementatie van logische functies op deze elementen bekijken.

Op rijst. 3.16 Er worden voorbeelden gegeven van de vorming van uitgangssignalen door elementen gebaseerd op de vereiste timingdiagrammen van ingangs- en uitgangssignalen. In geval a moet het uitgangssignaal gelijk zijn aan één met twee unit-ingangssignalen, daarom is het 2I-element voldoende. In geval b moet het uitgangssignaal gelijk zijn aan nul wanneer ten minste één van de ingangssignalen gelijk is aan één, daarom is een 2OR-NOT-element vereist. Tenslotte moet in geval B het uitgangssignaal gelijk zijn aan nul wanneer tegelijkertijd een enkel ingangssignaal binnenkomt. 1, nulsignaal In. 2 en enkel signaal In. 3. Er is dus een 3I-NOT-element vereist en het signaal is In. 2 moet eerst worden omgekeerd.

Rijst. 3.16. Voorbeelden van het gebruik van AND- en OR-elementen

Elk van de logische elementen van de beschouwde groep kan worden beschouwd als een gecontroleerde zender van het ingangssignaal (met of zonder inversie).

In het geval van het 2I-NOT-element kan een van de ingangen bijvoorbeeld als informatief worden beschouwd, en de andere als besturing. In dit geval, wanneer de stuuringang één is, zal het uitgangssignaal gelijk zijn aan het omgekeerde ingangssignaal, en wanneer de stuuringang nul is, zal het uitgangssignaal constant gelijk zijn aan één, dat wil zeggen de doorgang van het ingangssignaal zal verboden zijn. 2I-NOT-elementen met OK-uitgang worden vaak precies gebruikt als gecontroleerde buffers voor gebruik op een multiplex- of bidirectionele lijn.

Op dezelfde manier kunnen AND-, OR- en OR-NOT-elementen worden gebruikt als een toestemmings-/verbodselement (Afb. 3.17). Het verschil tussen de elementen bestaat alleen uit de polariteit van het stuursignaal, uit de inversie (of de afwezigheid daarvan) van het ingangssignaal, en uit het niveau van het uitgangssignaal (nul of één) wanneer het ingangssignaal passeert. is verboden.

Rijst. 3.17. Activeren/verbieden van de doorgang van signalen op AND-, AND-NOT-, OR-, NOR-NOT-elementen

Rijst. 3.18. Het verschijnen van een extra rand wanneer het ingangssignaal is uitgeschakeld

Bij het gebruik van inschakel-/uitschakelelementen kunnen er extra problemen optreden wanneer het signaal van de uitgang van het element naar een ingang gaat die reageert op de flank van het signaal. Op het moment van de overgang van de vrijgavestatus naar de verbodsstatus en van de verbodsstatus naar de vrijgavestatus kan er een extra flank in het uitgangssignaal verschijnen, die op geen enkele manier verband houdt met het ingangssignaal (Fig. 3.18). Om dit te voorkomen, moet u zich aan het volgende houden eenvoudige regel: Als de ingang reageert op een positieve flank, dan moet in de blokkeertoestand de uitgang van het element nul zijn, en omgekeerd.

Soms is het nodig om een ​​functie te implementeren voor het mengen van twee signalen van de ene of de andere polariteit. Dat wil zeggen dat het uitgangssignaal zowel moet worden gegenereerd wanneer één ingangssignaal arriveert als wanneer een ander ingangssignaal arriveert. Als beide ingangssignalen positief zijn en het uitgangssignaal positief, dan hebben we een pure OF-functie en is een 2OR-element vereist. Bij negatieve ingangssignalen en een negatief uitgangssignaal zal echter een 2I-element nodig zijn voor dezelfde menging. En als de polariteit van de ingangssignalen niet samenvalt met de gewenste polariteit van het uitgangssignaal, dan zijn elementen met inversie nodig (AND-NOT voor positieve uitgangssignalen en NOR-NOT voor negatieve uitgangssignalen). Op rijst. 3.19 Mengopties voor verschillende elementen worden getoond.

Rijst. 3.19. Implementatie van het mixen van twee signalen

Ten slotte zijn de beschouwde elementen AND, AND-NOT, OR, OR-NOT soms handig om te gebruiken als aanpassingscircuits voor verschillende signalen. Dat wil zeggen dat het uitgangssignaal moet worden gegenereerd wanneer de signalen aan de ingangen samenvallen (tegelijkertijd aankomen). Als er geen match is, mag er geen uitgangssignaal zijn. Op rijst. 3.20 Varianten van dergelijke toevalsschema's op vier verschillende elementen worden getoond. Ze verschillen in de polariteit van de ingangssignalen, evenals de aan- of afwezigheid van inversie van het uitgangssignaal.

Rijst. 3.20. Regelingen voor het matchen van twee signalen

Laten we twee voorbeelden bekijken van gezamenlijk gebruik van de elementen AND, NAND, OR, NOR ( rijst. 3.21).

Rijst. 3.21. Voorbeelden van deelelementen

Stel dat het nodig is om twee signalen te mixen, die elk kunnen worden in- of uitgeschakeld. Laat de polariteit van de ingangssignalen en vrijgavesignalen positief zijn, en het uitgangssignaal moet negatief zijn. In dit geval moet u twee EN-poorten met twee ingangen nemen en hun uitgangssignalen mixen met behulp van een NOR-poort met twee ingangen (a).

Stel dat het nodig is om twee negatieve signalen en één positief signaal te combineren, en het resulterende signaal kan worden in- of uitgeschakeld. De polariteit van het vrijgavesignaal is negatief, de polariteit van het uitgangssignaal is negatief. Om dit te doen, moet u een AND-element met drie ingangen nemen, een inverter voor het negatieve ingangssignaal en een OR-element met twee ingangen (b).

AND, AND-NOT, OR, NOR-NOT-elementen kunnen ook worden gebruikt als omvormer of repeater (Afb. 3.22), waarvoor het nodig is om de ingangen te combineren of een signaal van het vereiste niveau aan ongebruikte ingangen te leveren. De tweede verdient de voorkeur, omdat het combineren van ingangen niet alleen de ingangsstroom verhoogt, maar ook de prestaties van de elementen enigszins vermindert.

Rijst. 3.22. Omvormers en repeaters

Rijst. 3.23. Combineren van I-ingangen van microschakelingen

De AND-functie combineert vaak de ingangen van complexere microschakelingen. Met andere woorden, een bepaalde functie wordt alleen uitgevoerd als alle ingangen, gecombineerd door AND, signalen van de vereiste polariteit ontvangen. Meestal worden de ingangen voor het selecteren van de CS-chip en de besturingsingangen voor de derde status van de uitgang van de EZ-chip gecombineerd met behulp van AND. Op rijst. 3.23 Er worden drie voorbeelden van een dergelijke EN-combinatie getoond.Er moet rekening mee worden gehouden dat om de functie uit te voeren, nulsignalen moeten worden ontvangen aan de inverse ingangen, en enkelvoudige signalen moeten worden ontvangen aan de directe ingangen. Voorbeelden zijn onder meer microschakelingen KR556RT4, KR556RT5, KR1533AP14, KR1533AP15.

Tot nu toe zijn we, gezien de elementen AND, NAND, OR, NOR, niet verder gegaan dan het eerste representatieniveau (logisch model). Dit is heel acceptabel in het geval dat de ingangssignalen van de elementen niet gelijktijdig of bijna gelijktijdig veranderen, wanneer hun fronten aanzienlijk uit elkaar liggen in de tijd (meer dan de vertragingstijd van het element). Bij gelijktijdige veranderingen in ingangssignalen zal alles veel ingewikkelder zijn; het is noodzakelijk om een ​​tweede en soms derde niveau van representatie te betrekken. Wanneer de ingangssignalen veranderen, wordt het uitgangssignaal onzeker, onstabiel en onvoorspelbaar. Als gevolg hiervan werkt het mogelijk dat een heel complex circuit, een heel apparaat of zelfs een groot systeem niet werkt als het ontwerp onjuist is.

Laten we bijvoorbeeld een logisch element 2AND-NOT nemen. Laat signalen aankomen op de ingangen die tegelijkertijd veranderen, en in tegenfase, dat wil zeggen, de een schakelt van nul naar één, en de ander van één naar nul. Stel dat om de een of andere reden (als gevolg van transmissie via draden, als gevolg van verschillende vertragingen van elementen, enz.) een van de signalen enigszins in de tijd is verschoven ten opzichte van de andere (Afb. 3.24). In dit geval zullen er gedurende korte tijd twee afzonderlijke signalen op twee ingangen aanwezig zijn. Als gevolg hiervan begint de uitvoer van één naar nul te schakelen. Het kan tijd hebben om te schakelen, en dan zal er een korte impuls worden gevormd. Het kan zijn dat hij geen tijd heeft om over te schakelen, en dan zal er geen impuls zijn. Soms heeft het misschien tijd om te schakelen, en soms heeft het misschien geen tijd, en dan zal de uitgangspuls verschijnen of niet. Het hangt allemaal af van de snelheid van het element en de hoeveelheid vertraging. De laatste situatie is de meest onaangename, omdat deze een onstabiele fout kan veroorzaken, die uiterst moeilijk te identificeren is.

Rijst. 3.24. Korte puls aan de uitgang van het 2I-NOT-element

Laten we als voorbeeld een van de meest voorkomende toepassingen van de beschouwde elementen nemen AND, AND-NOT, OR, NOR-NOT - codeselectie. De essentie van selectie komt op het volgende neer. Laat er een bepaalde bus zijn waarlangs codes worden verzonden. Het is noodzakelijk om het verschijnen van een specifieke code op deze bus te detecteren, dat wil zeggen om een ​​uitgangssignaal te genereren dat overeenkomt met de vereiste ingangscode.

Rijst. 3.25. Selectie van poortcode

Het circuit dat deze functie uitvoert, is vrij eenvoudig. (Afb. 3.25). Het is gebaseerd op AND-NOT-elementen met meerdere invoer. In dit geval worden de signalen die overeenkomen met de bits van de code, die deze zouden moeten bevatten, rechtstreeks naar de ingangen van de NAND-elementen gevoerd. En de signalen die overeenkomen met de bits van de code, die nullen moeten bevatten, worden via inverters aan de ingangen van de NAND-elementen geleverd. De uitgangssignalen van de NAND-poorten worden gecombineerd met behulp van de NOR-poort. Als gevolg hiervan wordt het Out-signaal gegenereerd aan de uitgang van het OR-NOT-element. 1 op het moment dat de benodigde code aan de ingang aanwezig is.

Synchronisatie zal in de volgende lezingen in meer detail worden besproken.

Er zijn echter gevallen waarin de gespecificeerde eigenschap van AND, AND-NOT, OR, NOR-NOT-elementen om korte pulsen te genereren bij het veranderen van ingangssignalen zeer nuttig blijkt te zijn. We moeten bijvoorbeeld een korte puls genereren op de positieve of negatieve flank van een bestaand signaal. Vervolgens wordt dit signaal omgekeerd, speciaal vertraagd met behulp van een reeks elementen of capaciteit, en worden het oorspronkelijke signaal en het vertraagde signaal aan de ingangen van het element geleverd. (Afb. 3.26).

Rijst. 3.26. Korte pulsgeneratoren langs de rand van het ingangssignaal

Een puls op de positieve flank van het ingangssignaal wordt gevormd op het 2I- of 2I-NOT-element (a), en een puls op de negatieve flank van het ingangssignaal wordt gegenereerd op het 2OR- of 2OR-NOT-element (b). Als het element een inversie heeft, zal de uitgangspuls negatief zijn, als er geen inversie is, dan positief. Met de capaciteitswaarde aangegeven in de diagrammen bedraagt ​​de pulsduur ongeveer 50 ns. Om de pulsduur te vergroten, is het noodzakelijk om de capaciteitswaarde of het aantal omvormers in het vertragingscircuit te vergroten (in dit geval moet het aantal omvormers oneven zijn).

Ministerie van de Russische Federatie

Tomsk Polytechnische Universiteit

__________________________________________________________________

E.L. Sobakin

DIGITALE CIRCUITTECHNIEK

Handleiding

UDC-681.325.6

Sobakin EL Digitale schakelingen. Leerboek toelage. Deel I Tomsk: Uitgeverij. TPU, 2002. - 160 blz.

De handleiding schetst de belangrijkste onderwerpen van de cursus colleges voor studenten van specialiteit 210100 Management en informatica in technische systemen. De handleiding is opgesteld bij de afdeling Automatisering en Computersystemen van TPU, komt overeen met het curriculum van de discipline en is bedoeld voor studenten van het Instituut voor Afstandsonderwijs.

Gepubliceerd volgens de resolutie van de Redactie- en Uitgeversraad van de Polytechnische Universiteit van Tomsk

Recensenten:

V.M. Dmitriev Professor, doctor in de technische wetenschappen, afdelingshoofd theoretische grondslagen Elektrotechniek, Tomsk Universiteit voor besturingssystemen en radio-elektronica;

SI. Korolev directeur van NPO Spetstekhauditservis LLP,

Kandidaat Technische Wetenschappen, Senior Onderzoeker.

Tempel 2002

Polytechnische Universiteit van Tomsk, 2002

Invoering

Dit leerboek is bedoeld voor studenten van instellingen voor hoger onderwijs die studeren in specialiteit 210100 "Informatica en management in technische systemen." Het is samengesteld op basis van een reeks lezingen die de auteur gedurende een aantal jaren heeft gegeven aan de Tomsk Polytechnische Universiteit, en is gewijd aan een systematische presentatie van methoden voor de geformaliseerde constructie van digitale technologie-apparaten op veelgebruikte microschakelingen.

De discipline "Digital Circuit Engineering" moet worden beschouwd als een voortzetting van de cursus "Elektronica", die studenten vooraf moeten beheersen, aangezien kennis van de elementaire basis van analoge elektronische apparaten vereist is.

Meerderheid moderne systemen automatisering, computersystemen, informatieoverdracht en verwerkingssystemen worden geheel of gedeeltelijk op digitale apparaten uitgevoerd. Daarom kennis van de toepassingsprincipes digitale apparaten en het bouwen van systemen die daarop zijn gebaseerd voor verschillende doeleinden heeft actuele betekenis en grote praktische waarde, zowel bij technische activiteiten als bij onderzoek van methodologische aard.

Het materiaal in de handleiding kan grofweg in drie delen worden verdeeld: 1) Grondbeginselen van de micro-elektronica; 2) Combinatieapparaten van digitale technologie; 3) Sequentieel logische apparaten digitale technologie.

Wanneer u begint met het beheersen van de cursus, moet u het materiaal bestuderen in de volgorde waarin de gespecificeerde delen worden vermeld, aangezien het volgende materiaal gebaseerd is op kennis van de vorige, en het veranderen van de volgorde kan leiden tot problemen bij het beheersen ervan. Dit wordt nog verergerd door het feit dat andere leerboeken en gespecialiseerde technische literatuur verschillende termen en concepten gebruiken om dezelfde verschijnselen, processen, uitgevoerde transformaties, enz. te verklaren. Het verschil in de gebruikte concepten of de onjuistheid ervan leidt tot een verkeerd begrip van de essentie van het gepresenteerde materiaal en, als gevolg daarvan, tot moeilijkheden bij het assimileren ervan.

De eerste twee van deze secties zijn opgenomen in het eerste deel van deze handleiding (Deel 1). Aan het derde deel is een aparte handleiding gewijd.

IN 1.Toepassing van digitale apparaten

Momenteel neemt, in verband met de creatie en wijdverspreide introductie van microprocessorapparaten en -systemen in de technische praktijk, de belangstelling voor digitale methoden voor het verwerken en verzenden van informatie niet af en wordt deze opnieuw gestimuleerd. Deze methoden geven de systemen op hun beurt een aantal positieve eigenschappen en kwaliteiten. De betrouwbaarheid van verzonden informatie neemt toe, en hoge snelheid en prestaties van informatieverwerkingssystemen, waardoor aanvaardbare kosten, hoge betrouwbaarheid, laag energieverbruik, enz. worden gegarandeerd.

De problemen die door deze systemen worden opgelost zijn zeer divers en bepalen vooraf de functies van de apparaten die een specifiek systeem vormen. Daarom is het raadzaam om apparaten en hun functies te beschouwen in het licht van de taken die door systemen worden opgelost en, in het bijzonder, de subtaken die door individuele apparaten of blokken worden uitgevoerd.

Voornaamst typische taken die ontstaan ​​tijdens automatisch of geautomatiseerd beheer en controle van productie- of andere processen zijn:

verzameling informatie (ontvangen);

transformatie informatie (schaling, normalisatie, filtering, codering, enz.);

transmissie-ontvangst informatie;

verwerking en gebruik informatie;

opslag informatie.

Afhankelijk van het beoogde doel en de belangrijkste functies zijn er:

Automatische (of geautomatiseerde) controle- en monitoringsystemen.

Informatieoverdrachtsystemen.

Informatieverwerkingssystemen (computersystemen).

Om de relatie tussen deze taken, de plaats en de rol van elektronische digitale apparaten die in deze systemen worden gebruikt, te begrijpen, moeten we de algemene structurele diagrammen van deze systemen en het functionele doel van hun componenten bekijken.

B1.1. Automatische controlesystemen

Beheren betekent om de staat (positie) van het bestuurde object te kennen en in overeenstemming daarmee gegeven algoritme (controle algoritme) beïnvloeden het object en proberen opkomende afwijkingen te elimineren.

Daarom houdt controle in het algemene geval verband met de volgende acties:

het verkrijgen van informatie over de staat van het object;

vergelijking van de ontvangen informatie met de gespecificeerde informatie over de toestand van het object;

genereren van stuursignalen (invloeden);

het beïnvloeden van een object om het in de gewenste staat te brengen.

In overeenstemming met de genoemde acties In het algemeen moet een automatisch besturingssysteem (ACS) een apparaat voor het meten van informatie, een besturingsapparaat en een actuator omvatten (Fig. B1).

Informatie- en meetapparaat (AIU) ontvangt informatie over het besturingsobject (OU) en verwerkt deze voor. Het verkrijgen van informatie bestaat uit het genereren van primaire signalen, waarvan de waarden evenredig zijn aan de waarden van parameters die de toestand van de op-amp karakteriseren. Een object kan worden opgevat als een afzonderlijke productie-eenheid of als het productieproces als geheel. En onder de parameters staan ​​de “uitvoercoördinaten” van het object. Dit kunnen bijvoorbeeld waarden zijn van temperatuur, druk, materiaal- of energieverbruik en dergelijke. Omdat de meeste van deze coördinaatparameters in analoge vorm worden gepresenteerd en worden gekenmerkt door een oneindige reeks waarden, moeten de signalen worden genormaliseerd aan de hand van hun parameters, geschaald en een uniforme vorm hebben.

Daarom moet de IMU beschikken over primaire meetomvormers en sensoren, analoog-digitaalomzetters en andere functionele eenheden met behulp waarvan de volgende conversies worden uitgevoerd:

waarden van fysieke grootheden in uniforme analoge signalen van gelijkstroom of wisselstroom;

het schalen of normaliseren van signalen op basis van niveau en vorm;

omzetting van analoge signalen in discrete (digitale) signalen;

signaalcodering en enkele andere transformaties.

Er worden signalen over de huidige coördinaatwaarden verzonden controle apparaat (UU). De functies van dit apparaat omvatten het vergelijken van huidige waarden met gespecificeerde coördinaatwaarden en het genereren van besturingssignalen (besturingssignalen) op basis van de resultaten van de vergelijking. Instelpunten kan worden ingevoerd door een menselijke operator of automatisch door software. In het eerste geval kan als besturingseenheid een automatische regelaar of meerdere automatische regelaars worden gebruikt, waarvan de instellingen door een persoon worden bepaald en ingesteld. In het tweede geval is de besturingseenheid een mini- of microcomputerprogrammamachine en wordt de rol van de menselijke operator beperkt tot het invoeren van het programma en het aanvankelijk opstarten van het systeem.

Om deze functies uit te voeren, moet de besturingseenheid rekenkundige en logische bewerkingen uitvoeren om waarden te berekenen en signalen te vergelijken, signalen op korte en lange termijn te onthouden (opslag) en uniforme besturingssignalen te genereren. Deze laatste bevatten informatie op basis waarvan invloeden op het besturingsobject (besturingsacties) verder worden gevormd, waardoor het in de gewenste staat komt.

De directe impact van de benodigde fysieke natuurvormen aandrijving (IE). Het zet stuursignalen, bijvoorbeeld in de vorm van gelijk- of gepulseerde stroomspanning, om in de rotatiesnelheid van een actuatormotor, in de mechanische beweging van een klep op een stoomleiding, enzovoort. Om deze conversies uit te voeren heeft u het volgende nodig: digitaal naar analoog converters; omzetters van elektrische signalen in niet-elektrische signalen; versterkingsapparatuur, enz. In dit geval kunnen als tussenvorm digitale signaalcodeomzetters of signaalrepresentatievormen nodig zijn. Codes van binaire getallen worden bijvoorbeeld omgezet in een proportioneel aantal pulsen, van enkelfasige signalen naar meerfasige signalen, gebruikt voor besturing stappenmotoren enz.

Onder invloed van storende invloeden verlaat het object zijn normale toestand (modus) en keert de ACS terug naar de gewenste (normale) bedrijfsmodus. Het managementproces vindt plaats in echte schaal tijd, dat wil zeggen met een snelheid die wordt bepaald door de aard van fysieke processen. Als besturingsacties in de tijd worden uitgesteld of buitensporig zijn, kan er een onstabiele bedrijfsmodus van het systeem ontstaan, waarbij de coördinaten van het object onaanvaardbare waarden kunnen aannemen en het object zelf of individuele apparaten systemen zullen uitvallen en er zal een noodsituatie optreden. Daarom in de theorie van gemotoriseerde kanonnen voornaamst Zijn problemen bij het garanderen van stabiliteit en regelnauwkeurigheid.

De meeste van deze transformaties kunnen worden uitgevoerd met behulp van digitale micro-elektronische apparaten. Een besturingseenheid is volledig digitaal als deze is gebouwd op basis van besturingsmicrocomputers of op digitale microschakelingen.

Op digitale microschakelingen worden digitale sensoren van fysieke grootheden gebruikt, evenals gedeeltelijk analoog-naar-digitaal en digitaal-naar-analoog signaalomzetters.

B1.2. Informatieoverdrachtsystemen (ITS)

Met een vergroting van de afstand tussen de binnenunit en de besturingseenheid (Fig. B1), evenals tussen de besturingseenheid en de besturingseenheid, het probleem doet zich voor bij het verzenden van informatie. De noodzaak om informatie over aanzienlijke afstanden te verzenden ontstaat niet alleen in ruimtelijk ontwikkelde systemen voor automatische controle en monitoring, maar ook in systemen anderen soorten communicatie(telegraaf, telefoon, telefax, enz.). Bovendien ontstaat de noodzaak om informatie te verzenden in computersystemen, datatransmissiesystemen, telemechanische systemen, enz. Deze taak wordt gecompliceerd door het feit dat daarbij transmissies via communicatielijnen parameters zijn vervormd signalen en dit kan op zijn beurt leiden tot vervorming van informatie en een afname van de nauwkeurigheid ervan (de waarschijnlijkheid van een correcte ontvangst). De vervorming van signalen is te wijten aan interferentie, ontstaan in communicatielijnen. Interferentie is in de regel willekeurig van aard en de parameters ervan mogen niet verschillen van de parameters van de signalen. Daarom zijn ze ‘in staat’ signalen te vervormen en zelfs informatie te ‘reproduceren’ transformeer de boodschap die wordt overgebracht. De laatste meest ongewenste gebeurtenis bij de overdracht van informatie.

Om hoge betrouwbaarheid en maximale snelheid te garanderen ( uhFefficiëntie) informatieoverdracht zijn aanvullende signaalconversies en speciale methoden voor de overdracht ervan vereist.

Dergelijke transformaties omvatten codering en omgekeerde procedure het decoderen van informatie(en signalen). Codering is de procedure voor het omzetten van een bericht in een signaal. In dit geval worden transformaties volgens bepaalde regels uitgevoerd reglement waarvan het geheel code genoemd.

Het coderen van informatie wordt uitgevoerd aan de verzendende kant en het decoderen aan de ontvangende kant. Onderscheiden geluidsbestendig coderen en efficiënt. Doelgeluidsbestendig codering bouwen (sfoRedit) een signaal dat minder gevoelig is voor interferentie, geef het eenAeen dergelijke structuur zodat fouten die ontstaan ​​tijdens het verzendproces aan de ontvangende kant kunnen worden gedetecteerd of gecorrigeerd. En zorg zo voor een hoge transmissiegetrouwheid.

Doeleffectief codering maximale snelheid garanderenOde groei van de informatieoverdracht, aangezien de waarde ervan grotendeels wordt bepaald door hoe tijdig deze wordt ontvangen. Volgens deze eis moet het gecodeerde bericht de vereiste hoeveelheid informatie bevatten en tegelijkertijd een minimale lengte hebben, zodat de verzending een minimum aan tijd kost.

Signalen (en informatie) worden verzonden via communicatie kanalen. Koppeling dit is een pad (pad) van onafhankelijke transmissie van signalen van de bronHbijnaam voor de overeenkomstige ontvanger (ontvanger) van informatie. Communicatiekanalen worden gevormd door technische middelen van kanaalvormende apparatuur en zijn, net als communicatielijnen, onderhevig aan interferentie.

Een van de belangrijkste taken die in SPI worden opgelost, is het creëren van het vereiste aantal communicatiekanalen. De efficiëntie en ruisimmuniteit van de transmissie worden grotendeels bepaald door de gebruikte communicatiekanalen. Onder ruisimmuniteit verwijst naar het vermogen van een systeem(signaal, code) zijn functies correct uitvoeren als er sprake is van interferentie.

Normaal gesproken kan hetzelfde systeem worden gebruikt om informatie uit vele bronnen naar een geschikt aantal ontvangers te verzenden. Daarom wordt de vorming van het vereiste aantal kanalen met de noodzakelijke ruisimmuniteit toegewezen aan het communicatieapparaat. In dit geval kunnen de volgende transformaties in het communicatieapparaat worden uitgevoerd: modulatie en demodulatie signalen; versterking van de signalen die naar de lijn worden verzonden en van de lijn worden ontvangenEnonderzoeksinstituut signaalcommunicatie; beperking in niveau en frequentiespectrum signalen en enkele anderen.

Afhankelijk van het gebruiksgebied (toepassing) van de SPI is er behoefte aan aanvullende transformaties, zoals het omzetten van de vorm van signalen, hun fysieke aard, het normaliseren van de parameters van signalen die van buitenaf worden ontvangen en signalen die door het systeem worden afgegeven externe apparaten; tijdelijke opslag van signalen die naar het communicatiekanaal worden verzonden en door het systeem worden uitgegeven.

De opgesomde transformaties bepalen vooraf de functionele samenstelling van zend- en ontvangstapparatuur van informatietransmissiesystemen (Fig. B2).

Zoals uit het diagram blijkt, wordt de transmissie in één richting van links naar rechts uitgevoerd. Het invoer- en primaire informatieconversie-apparaat (IPID) zet signalen afkomstig van informatiebronnen om in uniforme ‘primaire’ signalen die niet rechtstreeks over lange afstanden kunnen worden verzonden. Typisch vertegenwoordigen deze verenigde signalen spanning Gelijkstroom met vaste waarden per niveau. In het UVPI-blok worden primaire signalen opgeslagen voor de duur van de verzending (in een buffergeheugenapparaat), waarna ze uit het geheugen worden gewist. Een coderingsapparaat (CU) zet primaire signalen om in gecodeerde signalen die een bepaalde structuur en formaat hebben, waardoor ze (signalen) over lange afstanden kunnen worden verzonden (“telesignalen”). In de regel is dit apparaat combinatorisch, hoewel het in sommige gevallen ook sequentieel kan worden gemaakt (meerdere cycli). Logische en rekenkundige bewerkingen van coderingsprocedures worden hier geïmplementeerd.

Het hoofddoel van het communicatieapparaat (Fig. B2) is het creëren of organisatie van communicatiekanalen op de voorziene communicatielijn. Communicatie lijn dit is de materiële omgeving tussen de zender (Prd) en de ontvanger (Prm) van het systeem. De figuur toont grofweg een tweedraads elektrische communicatielijn. Er kunnen echter radioverbindingen, glasvezelcommunicatielijnen en andere worden gebruikt. Afhankelijk van het type lijn worden in de Prd en Prm verschillende signaalconversies uitgevoerd om hun parameters en kenmerken te harmoniseren met de parameters en kenmerken van de communicatielijn en transformaties gericht op verhoogde ruisimmuniteit signalen.

Aan de ontvangstzijde worden de gecodeerde signalen ontvangen van de communicatielijn opnieuw door het decodeerapparaat (DCU) omgezet in primaire signalen. Tegelijkertijd worden fouten in de ontvangen signalen gedetecteerd en kunnen deze worden gecorrigeerd door decoderingsprocedures, waardoor de vereiste nauwkeurigheid van de informatieoverdracht wordt gegarandeerd. A uitgangsconverters(VP) transformeert deze primaire signalen in een vorm en vorm (fysieke aard) die kan worden waargenomen door ontvangers van informatie.

Opgemerkt moet worden dat de meeste functionele “knooppunten” en “blokken” die in figuur B2 worden getoond, op digitale chips kunnen worden geïmplementeerd. Daarom zijn informatieoverdrachtsystemen meestal digitaal.

B1.3. Informatieverwerkingssystemen

(computersystemen)

Hierboven genoemd typische taken kan worden opgelost en geformaliseerd door wiskundige en logische methoden. Op hun beurt werken deze methoden met de eenvoudigste bewerkingen (rekenkundig of logisch), waarvan de uitvoering op sommige “initiële gegevens” een nieuw resultaat oplevert, voorheen onbekend. Deze gemeenschappelijkheid van methoden voor het oplossen van verschillende informatieverwerkingsproblemen maakte het mogelijk een aparte klasse van apparaten en systemen te creëren, waarvan het beoogde doel (aanvankelijk) de automatisering van computerprocedures (elektronische computers) was. In het huidige stadium van de ontwikkeling van computertechnologie zijn computers 'veranderd' in computers, op basis waarvan moderne computersystemen voor het verwerken en verzenden van informatie worden gebouwd. Een gegeneraliseerd blokdiagram van een bepaald computersysteem wordt getoond in figuur B3.

De gegevens worden eerder verwerkt via invoerapparaat UVV kom naar Geheugenapparaat geheugen, waar ze gedurende de gehele verwerkingstijd worden opgeslagen. In hetzelfde geheugen wordt ook het programma voor het verwerken van binnenkomende informatie opgeslagen.

Het systeembedieningsprogramma, evenals “gegevens”, worden opgeslagen in een opslagapparaat in de vorm van meerbits binaire getallen die op bepaalde adressen (geheugenceladressen) in geheugencellen worden geschreven. Binaire getallen, waarvan het geheel een gegevensverwerkingsprogramma vertegenwoordigt, zijn gestructureerd in een bepaald aantal delen, die elk een specifiek doel hebben. In het eenvoudigste geval zijn er de volgende onderdelen: 1) de code van de bewerking die moet worden uitgevoerd op twee binaire getallen die de “data”-waarden vertegenwoordigen en “operands” worden genoemd; 2) adres van de eerste operand; 3) adres van de tweede operand. De combinatie van deze onderdelen vormt een “team”.

Het werk van een computer bestaat uit de opeenvolgende uitvoering van opdrachten die door het programma worden gegeven. Coördineert het werk van alle blokken op tijd en beheert ze controle apparaat UU. En voert rechtstreeks logische en rekenkundige bewerkingen (acties) uit op de operanden rekenkundige logische eenheid ALU, die op basis van een signaal van de besturingseenheid “operation code” telkens wordt geconfigureerd om een ​​specifieke handeling uit te voeren.

Het besturingsapparaat decodeert het uit het geheugen ontvangen commando (Fig. B3 “volgende commando”), stuurt de operatiecode naar de ALU en bereidt zich voor om de overeenkomstige operatie uit te voeren. Vervolgens genereert het bemonsteringssignalen uit het operandgeheugen (zie het signaal "Data-adressen") en bepaalt het adres van het volgende commando dat moet worden uitgevoerd in de volgende cyclus van de computer ("Volgende commando-adres"). Op basis van signalen van de besturingseenheid worden de operanden uit het geheugen gelezen en voert de ALU de nodige acties uit. In dit geval wordt een tussenresultaat ("Resultaat van de bewerking") gevormd, waardoor ook het geheugen wordt bespaard. Afhankelijk van het resultaat van de bewerking kan het nodig zijn om de volgorde van de opdrachtuitvoering te wijzigen, de gegevensverwerking te stoppen of foutmeldingen aan de operator weer te geven. Hiervoor wordt het signaal “Result Sign” van de ALU naar de besturingseenheid gestuurd. Het proces van het verwerken van de ingevoerde gegevens (informatie) gaat door totdat het commando "Einde berekeningen" wordt opgehaald of de operator, naar eigen goeddunken, het gegevensverwerkingsproces stopt.

Het resulterende verwerkingsresultaat wordt ook in het geheugen opgeslagen en kan via worden uitgevoerd uitvoerapparaat Helaas aan het einde van het verwerkingsproces of tijdens het proces, indien het programma daarin voorziet.

Voor “communicatie” tussen de operator en de computer zijn er voorzien eindapparaten DAT, bedoeld voor de operator om opdrachten en andere berichten in te voeren en om vanaf de computer “berichten” naar de operator uit te voeren.

Figuur B3 toont niet de aansluitingen van het besturingsapparaat, die zorgen voor synchronisatie van de werking van alle componenten van de computer. Brede pijlen geven de mogelijkheid aan van parallelle gegevensoverdracht ( gelijktijdige verzending alle bits van multi-bit binaire getallen).

Bijna alle blokken getoond in figuur B3 (behalve terminalapparaten) kunnen alleen volledig worden geïmplementeerd op digitale geïntegreerde schakelingen (IC's). Met name de besturingseenheid, de ALU en een deel van het geheugen ( geheugen registreren SRAM) kan worden gemaakt in de vorm van één IC met een hoge mate van integratie. De genoemde set blokken vormt zich microprocessor een centrale computerprocessor gemaakt met behulp van geïntegreerde technologie op een enkele halfgeleiderchip.

Gegevensinvoer- en uitvoerapparaten bestaan ​​​​in de regel uit bufferopslagregisters die dienen voor de tijdelijke opslag van respectievelijk invoer- en uitvoergegevens en voor het coördineren van het systeem met externe apparaten.

Het opslagapparaat (SRAM) is gewoonlijk verdeeld in twee delen: Random Access Memory (RAM) en permanent geheugen. De eerste dient om tussenresultaten van berekeningen op te slaan; de “inhoud” ervan verandert voortdurend tijdens de gegevensverwerking. RAM werkt in de gegevensmodi "lezen" en "schrijven". En het tweede, alleen-lezen geheugen (ROM), wordt gebruikt voor het opslaan van standaardsubroutines en enkele systeemsubroutines (service) die de processen voor het in- en uitschakelen van de computer regelen. Typisch wordt ROM geïmplementeerd op IC-veldprogrammable ROM (FPROM), ofwel in de fabriek voorgeprogrammeerde IC ROM of door de gebruiker herprogrammeerbare ROM (RePROM). Meestal zijn dit niet-vluchtige opslagapparaten waarin de opgenomen informatie niet wordt “vernietigd”, zelfs niet als ze worden losgekoppeld van de stroombron.

De ALU bevat een IC met dezelfde naam die logische en rekenkundige bewerkingen uitvoert met binaire getallen, logische elementen en een aantal andere functionele eenheden die dienen om getallen te vergelijken, digitale vergelijkers, om de uitvoeringssnelheid te verhogen rekenkundige bewerkingen, bijvoorbeeld “snelle overdrachtsblokken”, enz.

De besturingseenheid bevat timerapparaten die worden ingesteld klok frequentie werking van het systeem en, uiteindelijk, het bepalen van de prestaties ervan, commandocodedecoders, programmeerbare logische matrices, registers, microblokken programma controle, evenals I/O-poorten.

Alle genoemde functionele eenheden zijn geïmplementeerd in de vorm van geïntegreerde digitale apparaten.

Belangrijkste problemen Computersystemen verbeteren in de eerste plaats hun productiviteit(prestatie). En ten tweede: ervoor zorgen dat de systemen werken live.

Het eerste probleem is van systeembrede aard en wordt opgelost door gebruik te maken van een nieuwe elementenbasis en speciale informatieverwerkingsmethoden.

Het tweede probleem doet zich voor bij het gebruik van computersystemen om productieprocessen te controleren en is dat de snelheid van de productie computerprocessen moet worden overeengekomen. Het functioneren van een computersysteem (CS) vindt inderdaad plaats in de zogenaamde ‘machinetijd’, wanneer een bepaald vast en ondeelbaar tijdsinterval, de ‘werkcyclus’ van een computer of computer genoemd, als tijdseenheid wordt genomen. , terwijl bijvoorbeeld echte fysieke processen plaatsvinden technologische processen, vindt plaats in realtime, gemeten in seconden, fracties van een seconde, uren, enz. Om het gebruik van computers mogelijk te maken, is het noodzakelijk om de snelheid van informatieverwerking niet minder te maken dan de snelheid van echte fysieke processen. De oplossing voor dit probleem wordt bereikt door speciale methoden te organiseren voor het uitwisselen van informatie (gegevens) van de besturingscomputer met randapparatuur en door speciale, zogenaamde intRgezicht circuits en apparaten. De functies van interfacecircuits omvatten:

het bepalen van het adres van een extern apparaat dat informatie-uitwisseling met de processor of met het systeemopslagapparaat vereist;

het genereren van interruptsignalen voor de BC-processor en het initialiseren van de overgang naar het serviceprogramma voor het object dat om de interrupt heeft verzocht. Dit wordt uitgevoerd volgens een special systeem van prioriteiten;

implementatie van wachtrijen voor het onderhouden van externe apparaten;

coördinatie van parameters en timing van uitwisselingssignalen, enz.

Dankzij de moderne vooruitgang op het gebied van geïntegreerde technologie bij de vervaardiging van micro-elektronische apparaten, de creatie van microcomputers en computers die worden gekenmerkt door kleine afmetingen, laag energieverbruik en redelijke kosten, is het mogelijk geworden om ze te gebruiken als onderdeel van systemen voor een grote verscheidenheid van doeleinden. Tegelijkertijd verwerven deze systemen nieuwe kwaliteiten en worden ze multifunctioneel met de mogelijkheid tot een flexibele overgang van de ene bedrijfsmodus naar de andere eenvoudige verandering systeemconfiguraties. Deze voordelen openen op hun beurt nieuwe perspectieven voor het gebruik van computersystemen op een grote verscheidenheid aan gebieden van menselijke activiteit: in de wetenschap, de geneeskunde, het onderwijs en de opleiding, en nog meer in de technologie.

Telefooncommunicatie werd bijvoorbeeld traditioneel uitgevoerd door analoge apparaten, waarbij menselijke spraak (via draden) werd overgedragen door signalen in de vorm wisselstromen geluidsfrequenties. Nu heeft er een intensieve transitie plaatsgevonden naar digitale telefooncommunicatie, waarbij analoge signalen (van een microfoon) worden omgezet in digitale signalen, die zonder noemenswaardige vervorming over lange afstanden worden verzonden. Aan de ontvangende kant deze digitale signalen opnieuw omgezet naar analoog en naar de telefoon gebracht. De overgang naar digitale communicatie maakt het mogelijk de kwaliteit van de spraakoverdracht te verbeteren; daarnaast kan het telefoonnetwerk voor andere diensten worden gebruikt: inbraakalarm; brandalarm; voor “conferentiegesprekken” van meerdere abonnees, enzovoort.

OM 2 UUR. Vergelijkende beoordeling van digitale en analoge apparaten

micro elektronische technologie

Wanneer u besluit over de constructie of het ontwerp van een apparaat, moet u eerst beslissen over de ontwerprichting: hoe zal het apparaat eruitzien? Analoog of discreet(digitaal)? Deze beslissing kan op zijn beurt worden genomen met kennis van de voor- en nadelen van beide apparaten. Laten we eerst de concepten van “analoge” en “digitale” apparaten definiëren.

Analoog dit heet apparaat, waarin alle invoer-, uitvoer- en tussenliggende (interne) signalen continu zijn, beschreven door continue wiskundige functies. Deze signalen worden gekenmerkt door een oneindige reeks waarden in niveau (toestanden) en zijn continu in de tijd, hoewel het bereik van veranderingen in waarden continu signaal beperkt. Daarom worden dergelijke apparaten soms genoemd regelenestvami nemet tussenpozen.

Discrete apparaten of apparaten discrete actie zijn degenen waarvan de invoer-, uitvoer- en tussensignalen worden gekenmerkt door een telbare reeks waarden in niveau en bestaan ​​in bepaalde tijdsintervallen. Dergelijke signalen kunnen worden weergegeven in een of ander positioneel nummersysteem (met bijbehorende nummers). Bijvoorbeeld, binnen decimaal systeem afrekening of binair systeem Afrekening. De binaire representatie van signalen heeft de grootste toepassing gevonden in de technologie en in de formele logica bij het berekenen van uitspraken en bij het trekken van conclusies uit verschillende premissen. Daarom worden discrete apparaten genoemd logisch(vergelijkbaar met formele binaire logica) of digitaal, rekening houdend met de mogelijkheid om ze met cijfers te beschrijven positioneringssysteem Afrekening.

Nadelen van analoge technische middelen

Aanwezigheid van “drift” en “noise”. Drijvend dit is een langzame verandering in het signaal, vanwege de discrete aard van de verschijnselen, in verhouding tot de gegeven waarde. Voor elektrische signalen bijvoorbeeld de discrete aard van de stroom elektrische stroom veroorzaken elektronen en “gaten”, die dragers zijn van elektrische ladingen. Geluiden dit zijn willekeurige signaalveranderingen veroorzaakt door externe of interne factoren, bijvoorbeeld temperatuur, druk, sterkte van het magnetische veld van de aarde, enz.

Methodologische problemen bij het definiëren van de concepten “gelijkheid tot nul” en “gelijkheid van analoge signalen”. En als gevolg daarvan het bestaan ​​van het probleem van “het garanderen van de gespecificeerde nauwkeurigheid (fout)” van transformaties en signaaloverdracht.

De mogelijkheid van het ontstaan ​​van onstabiele bedrijfsmodi en het bestaan ​​van het probleem van het ‘zorgen voor stabiliteit’ van de werking van systemen en apparaten. Een onstabiele modus wordt gekenmerkt door het optreden in een apparaat of systeem van ongedempte oscillaties bij de verandering van bepaalde signalen. In de elektronica wordt dit fenomeen veel gebruikt bij de constructie van pulsgeneratoren en harmonische oscillatiegeneratoren.

Technische problemen bij het implementeren van opslagapparaten en tijdvertragingsapparaten voor analoge signalen.

Onvoldoende integratieniveau van analoge elementen en hun veelzijdigheid.

Relatief kort transmissiebereik van analoge signalen als gevolg van energiedissipatie in communicatielijnen.

Relatief groot energieverbruik, omdat analoge elementen werken in de lineaire secties van hun transiënte kenmerken en energie "verbruiken" in de initiële (initiële) toestanden.

Voordelen van analoge technische middelen

Adequaatheid van weergave van fysieke processen en patronen: beide worden beschreven door voortdurende afhankelijkheden. Hierdoor kunnen we de fundamentele technische oplossingen van analoge apparaten en systemen aanzienlijk vereenvoudigen.

Efficiëntie en gemak van het veranderen van bedrijfsmodi: vaak is het voldoende om de weerstand van een weerstand of de capaciteit van een condensator te veranderen, zodat een onstabiele modus verandert in een stabiele modus of om een ​​bepaald transiënt proces in het apparaat te garanderen.

Het is niet nodig om analoge waarden om te zetten in discrete waarden. Deze transformaties gaan gepaard met fouten en een zekere tijdverspilling.

Voordelen van digitale technologie

De mogelijkheid van programmacontrole, die de flexibiliteit vergroot bij het veranderen van de structuur en het werkingsalgoritme van systemen, maakt het mogelijk om de implementatie van adaptieve controlewetten te vereenvoudigen.

Gemakkelijk om de gespecificeerde betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en ruisimmuniteit van systemen te garanderen.

Gemak om de compatibiliteit van apparaten met digitale informatieverwerkende apparaten (computers, computers) te garanderen.

Hoge mate van constructieve en functionele integratie, veelzijdigheid met de mogelijkheid om systemen te bouwen volgens standaard ontwerpoplossingen. Hierdoor kunt u op zijn beurt de productie- en exploitatiekosten van systemen en apparaten verlagen.

Het vermogen om te ontwerpen met behulp van formele logische methoden, waardoor u de ontwerptijd van apparaten kunt verkorten en het mogelijk maakt om de functies van apparaten (en daarop gebaseerde systemen) te wijzigen door methoden van aggregaatconstructie tijdens bedrijf.

Nadelen van digitale technologie

De noodzaak om analoge signalen om te zetten in discrete signalen. Deze transformaties gaan gepaard met fouten en vertragingen.

De relatieve moeilijkheid van het veranderen van bedrijfsmodi. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de structuur van het systeem of het algoritme van zijn werking te veranderen.

De complexiteit van de processen voor het analyseren van de werking van systemen, zowel bij het controleren van de juistheid van hun werking als bij het zoeken naar opkomende fouten. Digitale apparaten worden gekenmerkt door een grote functionele complexiteit, waarvoor speciale ‘diagnostische’ apparaten nodig zijn, die worden bestudeerd in een speciaal technologiegebied genaamd technisch dEnagnostEnhoi.

Verhoogde eisen aan de productiecultuur en onderhoudscultuur voor digitale apparatuur. Dit stimuleert op zijn beurt de noodzaak om de kwalificaties van het servicepersoneel te verbeteren en vereist dat zij hooggekwalificeerd zijn.

Een vergelijkende analyse van de genoemde voor- en nadelen geeft conclusie in het voordeel technische middelen digitale technologie. Daarom worden digitale apparaten momenteel op grote schaal geïntroduceerd in ogenschijnlijk traditionele gebieden van de analoge technologie: televisie, telefooncommunicatie, geluidsopnametechnologie, radiotechnologie en automatische controle- en regelsystemen.

1. Grondbeginselen van micro-elektronische technologie

1.1. Basisconcepten en definities

Micro-elektronica het belangrijkste vakgebied van de elektronica, dat de problemen van ontwerp, onderzoek, creatie en toepassing van elektronische apparaten in hoge mate bestudeert functioneel En constructiesVNoach integratie.

Micro-elektronisch product, geïmplementeerd door middel van geïntegreerde technologie en het uitvoeren van een specifieke functie voor het omzetten en verwerken van signalen, wordt genoemd geïntegreerde schakeling(IC) of eenvoudigweg geïntegreerde schakeling(IS).

Micro-elektronisch apparaat een reeks onderling verbonden IC's die een complete, tamelijk complexe functie (of meerdere functies) uitvoeren voor het verwerken en converteren van signalen. Een micro-elektronisch apparaat kan structureel worden ontworpen in de vorm van een enkele microschakeling of op meerdere IC's.

Onder functionele integratie een toename begrijpen van het aantal functies dat door een bepaald apparaat wordt geïmplementeerd (uitgevoerd). In dit geval wordt het apparaat beschouwd als geheel, ondeelbaar. A constructief inteelegantie is een toename van het aantal componenten in een apparaat, beschouwd als geheel. Een voorbeeld van een micro-elektronisch apparaat met een hoge mate van structurele en functionele integratie is microprocessor(zie hierboven), dat in de regel wordt uitgevoerd in de vorm van één "grote" IC.

Circuit ontwerp is onderdeel van de micro-elektronica, waarvan het onderwerp is bouwmethoden apparaten voor verschillende doeleinden naar microOschema's met een brede toepassing. Het onderwerp ontwerp van digitale schakelingen zijn methoden voor het construeren (ontwerpen) van apparaten met uitsluitend digitale IC's.

Kenmerken van digitale schakelingen wordt veel gebruikt om de functionerende processen van apparaten te beschrijven formeel of formele natuurlijke talen en op basis daarvan geformaliseerde ontwerpmethoden. Formele talen zijn dat wel Booleaanse algebra(algebra van de logica, Boole-algebra) en de taal van “automatische” logische functies algebra van toestanden en gebeurtenissen. Dankzij het gebruik van geformaliseerde methoden wordt dit bereikt multivariantie bij het oplossen van toegepaste problemen wordt het mogelijk optimale keuze van circuitoplossingen volgens een of ander criterium.

Formele methoden worden gekenmerkt door een hoog abstractieniveau, verwaarlozing van de specifieke eigenschappen van het beschreven object. De aandacht wordt alleen gericht op de algemene patronen in de onderlinge relaties tussen de componenten van het object en de samenstellende delen ervan. Dergelijke ‘regelmatigheden’ omvatten bijvoorbeeld de regels van rekenkundige bewerkingen in de algebra van getallen (regels voor optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen). Tegelijkertijd worden ze afgeleid van de betekenis van getallen (of het nu gaat om het aantal appels, of tafels, enz.). Deze regels zijn strikt geformaliseerd en de regels voor het verkrijgen van complex rekenkundige uitdrukkingen, evenals berekeningsprocedures waarbij dergelijke uitdrukkingen worden gebruikt. In dergelijke gevallen zeggen ze: formeel zijn en siNDatNaarzus En taal grammatica beschrijvingen.

In formele natuurlijke talen is de syntaxis geformaliseerd en is de grammatica (regels voor het construeren van complexe uitdrukkingen) onderworpen aan de grammatica van een natuurlijke taal, bijvoorbeeld Russisch of Engels. Voorbeelden van dergelijke talen zijn verschillende beschrijvingstalen in tabelvorm. De theoretische basis voor het beschrijven van digitale apparaten is met name de ‘Theorie van eindige automaten’ of ‘Theorie van relaisapparaten en eindige automaten’.

1.2. Classificatie van micro-elektronische apparaten

De hele verscheidenheid aan micro-elektronische apparaten (MED's) kan worden geclassificeerd op basis van verschillende criteria:

door het principe en de aard van de actie;

door functioneel doel en uitgevoerde functies;

door productietechnologie;

per toepassingsgebied;

Door ontwerp en technische specificaties enzovoort.

Laten we nu de verdeling van MEU volgens classificatiecriteria nader bekijken.

Volgens principe(karakter) acties alle MEU zijn onderverdeeld in analoog en digitaal. De concepten van analoge en discrete apparaten, inclusief digitale, zijn hierboven al gegeven. Hier merken we op dat als in discrete apparaten alle signalen slechts twee voorwaardelijke waarden van logische nul (log.0) en logische één (log.1) aannemen, de apparaten worden genoemd logisch. In de regel worden alle digitale apparaten geclassificeerd als logische apparaten.

Afhankelijk van de uitgevoerde functies (functioneel doel) worden de volgende micro-elektronische apparaten onderscheiden:

I. Analoog

1.1. Versterkingsapparaten (versterkers).

1.2. Functionele converters die wiskundige bewerkingen uitvoeren op analoge signalen (bijvoorbeeld integratie, differentiatie, enz.).

1.3. Meetomvormers en sensoren van fysieke grootheden.

1.4. Modulators en demodulatoren, filters, mixers en harmonische generatoren.

1.5. Opslagapparaten.

1.6. Spannings- en stroomstabilisatoren.

1.7. Geïntegreerde schakelingen voor speciale doeleinden (bijvoorbeeld voor het verwerken van radio- en videosignalen, comparatoren, schakelaars, enz.).

II. Digitale MEA's

2.1. Logische elementen.

2.2. Encryptors, codeontcijferaars en codeconverters.

2.3. Geheugenelementen (triggers).

2.4. Opslagapparaten (RAM, ROM, PROM, PLM, enz.).

2.5. Rekenkundig-logische apparaten.

2.6. Selectors, shapers en pulsgeneratoren.

2.7. Telapparaten (pulstellers).

2.8. Digitale comparatoren, discrete signaalschakelaars.

2.9. Registreert.

2.10. Microschakelingen voor speciale doeleinden (bijvoorbeeld timers, IC-kits voor microprocessors, enz.).

De bovenstaande classificatie is verre van uitputtend, maar laat ons wel concluderen dat het aanbod aan digitale apparaten veel groter is dan het aanbod aan analoge MEA’s.

Naast de genoemde zijn er microschakelingen voor signaalniveau-omzetters, bijvoorbeeld Schmitt-triggers, waarbij de ingangssignalen analoog zijn en de uitgangssignalen discreet, binair. Dergelijke microschakelingen nemen een tussenpositie in. Op dezelfde manier, analoog-naar-digitaal en digitaal-naar-analoog omzetters(ADC en DAC) moeten analoge signaalschakelaars die worden bestuurd door discrete signalen worden geclassificeerd als “tussenliggende” MEA’s.

Afhankelijk van het aantal geïmplementeerde functies worden ze onderscheiden eenOfunctioneel(eenvoudig) en multifunctioneel(complexe) MEU. IN multifunctionele apparaten functies kunnen worden uitgevoerd tegelijkertijd of opeenvolgend op tijd. Afhankelijk hiervan worden de apparaten in het eerste geval "parallelle" actie-apparaten genoemd, en in het tweede geval sequentiële of "sequentiële" actie-apparaten. Als een multifunctioneel apparaat is geconfigureerd om een ​​bepaalde functie uit te voeren door van ingang te wisselen (fysiek opnieuw schakelen). elektrische circuits), dan wordt zo’n apparaat een apparaat genoemd met “ harde logica" werk. En als er wijzigingen in de uitgevoerde functies worden aangebracht met behulp van extra externe signalen (aan de zogenaamde stuuringangen), dan moeten dergelijke MEA's worden geclassificeerd als "softwaregestuurd". IC's voor rekenkundige logische eenheden (ALU) kunnen bijvoorbeeld rekenkundige of logische bewerkingen implementeren met twee binaire getallen van meerdere bits. En de instelling om rekenkundige (of logische) bewerkingen uit te voeren wordt uitgevoerd door een extra extern signaal, afhankelijk van de waarde waarvan de gewenste acties zullen worden uitgevoerd. Daarom moeten ALU's worden geclassificeerd als softwaregestuurde MEU's.

Volgens productietechnologie alle IC's zijn onderverdeeld in:

Halfgeleider;

Film;

Hybride.

IN halfgeleider IC Alle componenten en verbindingen worden gemaakt in het volume en op het oppervlak van het halfgeleiderkristal. Deze IC's zijn onderverdeeld in BEnpolair microschakelingen (met vaste polariteit van voedingsspanningen) en aan unipolair met de mogelijkheid om de polariteit van de voedingsspanning te veranderen. Afhankelijk van het circuitontwerp van de "interne inhoud" zijn bipolaire microschakelingen onderverdeeld in de volgende typen:

TTL-transistor-transistorlogica;

TTLsh-transistor-transistorlogica met transistors en Schottky-diodes;

ESL-emittergekoppelde logica;

En 2 L-injectielogica en andere.

Microschakelingen met unipolaire technologie worden gemaakt op MOS-transistors ("metaal-diëlektrische halfgeleider"), of op MOS-transistors ("metaaloxide-halfgeleider"), of op CMOS-transistors (complementaire "metaaloxide-halfgeleider").

IN film In een IC worden alle componenten en verbindingen alleen op het oppervlak van het halfgeleiderkristal gemaakt. Onderscheiden dunne film(bij een laagdikte kleiner dan 1 micron) en dikke film met een filmdikte van meer dan een micron. Dunnefilm-IC's worden vervaardigd met behulp van thermische vacuümdepositie en kathodesputteren, terwijl dikke-film-IC's worden vervaardigd met behulp van zeefdruk gevolgd door het inbranden van additieven.

Hybride IC's bestaan ​​uit “eenvoudige” en “complexe” componenten die zich op hetzelfde substraat bevinden. Halfgeleider- of film-IC-chips worden meestal gebruikt als complexe componenten. Eenvoudige omvatten discrete elektronische componenten (transistors, diodes, condensatoren, inductoren, enz.). Al deze onderdelen bevinden zich structureel op dezelfde ondergrond en worden daar ook op uitgevoerd. elektrische verbindingen tussen hen. Bovendien vormt één substraat met de daarop geplaatste componenten één ‘laag’ van een hybride IC. Onderscheiden een laag En meerlaags hybride IC's. De meerlaagse hybride IC is in staat vrij complexe signaalverwerkingsfuncties uit te voeren. Een dergelijke microschakeling is qua werking gelijk aan een ‘microblok’ van apparaten, of, als het bedoeld is voor onafhankelijk gebruik, aan de werking van een ‘heel’ blok.

Bovendien worden eventuele microschakelingen kwantitatief beoordeeld showAtelecommunicatie hun moeilijkheden. Als een dergelijke indicator: “ rang integratie» k, gelijk aan de decimale logaritme van de totale hoeveelheid N componenten die op één halfgeleiderchip zijn geplaatst

k = lq N. (1)

In overeenstemming met formule (1) zijn alle microschakelingen verdeeld in microschakelingen van de 1e, 2e, derde, enzovoort graden van integratie. De mate van integratie karakteriseert slechts indirect de complexiteit van microschakelingen, omdat er alleen rekening mee wordt gehouden constructief integratie. In feite hangt de complexiteit van de microschakeling ook af van het aantal onderlinge verbindingen tussen de componenten.

In de technische praktijk wordt het gebruikt kwaliteitskenmerk complexiteit van microschakelingen in de concepten van "klein", "middelgroot", "groot" en "ultragroot" IC.

Tabel 1.1 geeft informatie over de onderlinge correspondentie van kwalitatieve en kwantitatieve maten van IS-complexiteit per type.

Tabel 1.1

Uit de analyse van Tabel 1.1 volgt dat, in vergelijking met digitale IC's, analoge microschakelingen met dezelfde mate van integratie meer dan drie keer minder componenten in hun samenstelling hebben (op een halfgeleiderchip). Dit komt doordat de actieve componenten (transistors) van een analoge microschakeling in lineaire modus werken en dissiperen grote hoeveelheid energie. De noodzaak om warmte te verwijderen die wordt gegenereerd door energiedissipatie beperkt het aantal componenten dat op een enkele chip wordt geplaatst. In digitale microschakelingen werken actieve componenten in schakelmodus (transistors zijn vergrendeld of open en in verzadigingsmodus). In dit geval is de vermogensdissipatie verwaarloosbaar en is de hoeveelheid gegenereerde warmte ook verwaarloosbaar, waardoor het aantal componenten op de chip groter kan zijn. (De kristalgroottes zijn gestandaardiseerd en beperkt.) Bij unipolaire technologie wordt het volume van het kristal ingenomen veldeffecttransistor ongeveer drie keer minder dan het ingenomen volume bipolaire transistor (N- P- N of P- N- P type). Dit verklaart het feit dat actievere componenten op een chip van standaardafmetingen in een unipolaire microschakeling kunnen worden geplaatst.

Door ontwerp Afhankelijk van de functionele complexiteit zijn micro-elektronische apparaten onderverdeeld in:

tot eenvoudige microschakelingen (IC);

voor microassemblages;

naar microblokken.

IC micro-elektronisch product vervaardigd in uniforme technologieOgische cyclus, geschikt voor zelfstandig gebruik of als onderdeel van complexere producten (inclusief microassemblages en microblokken). Microcircuits kunnen zonder frame zijn en hebben een individuele behuizing die het kristal beschermt tegen invloeden van buitenaf.

Micro-assemblage een micro-elektronisch product dat een vrij complexe functie (functies) vervult en bestaat uit elektrische en radiocomponenten en microschakelingen, vervaardigd met het oog op miniaturisatie radio-elektronische apparatuur. In wezen zijn hybride chips micro-assemblages. De eenvoudigste microassemblage kan bijvoorbeeld een set microweerstanden zijn, gemaakt op een halfgeleiderkristal en ondergebracht in een enkele behuizing (zoals een microschakeling).

Microblok is eveneens een micro-elektronisch product, bestaat uit elektrische en radiocomponenten en geïntegreerde schakelingen en vervult een of meer complexe functies.

In de regel worden microassemblages en microblokken vervaardigd in verschillende technologische cycli, en misschien ook in verschillende productiefabrieken.

Als classificatie technische kenmerken meestal gebruikt energieverbruik(één chip) en sneleeffect.

Door energieverbruik alle IC's kunnen worden onderverdeeld in: A) microOkrachtig(minder dan 10 mW); B) laag vermogen(niet meer dan 100 mW); V) middelmatig vermogen(tot 500 mW) En G) krachtig(meer dan of = 0,5 W).

Door snelheid(maximale tijdsvertragingen voor signaalvoortplanting door het IC), microschakelingen zijn voorwaardelijk verdeeld in: A) ultrasnel met afsnijfrequentie F g schakelingen boven de 100 MHz; B) snel reagerend ( F g vanaf 50 MHz tot 100 MHz); V) normale snelheid ( F gram vanaf 10 MHz tot 50 MHz). In dit geval liggen de voortplantingsvertragingen in de orde van enkele nanoseconden (10 -9 Met.) tot 0,1 microseconden (1s =10 -6 Met.).

Digitale micro-elektronische apparaten, inclusief microschakelingen en andere discrete actie-apparaten, handig om te classificeren Door X A aard van verslaving uitgangssignalen van ingangssignalen. Zoals gebruikelijk is in de theorie van eindige toestandsmachines. In overeenstemming met deze functie zijn alle apparaten meestal onderverdeeld in combinatorisch En opeenvolgend.

IN combinatorische apparaten de waarden van de uitgangssignalen op elk tijdstip worden op unieke wijze bepaald door de waarden van de ingangssignalen op hetzelfde tijdstip. Daarom kunnen we aannemen dat de werking van dergelijke apparaten niet afhankelijk is van de tijd. Ze worden ook wel “zonder” apparaten genoemd geheugen», enkele cyclus enkelwerkende apparaten of apparaten. In de eindige toestandsmachinetheorie worden combinatorische apparaten "primitieve eindige toestandsmachines" genoemd.

IN seriële apparaten de waarden van de uitgangssignalen (uitgangssignalen) zijn niet alleen afhankelijk van de waarden van de ingangssignalen op het beschouwde moment, maar ook van de waarden van de ingangssignalen op eerdere tijdstippen. Daarom worden dergelijke apparaten apparaten genoemd met “ geheugen», meerdere cyclus apparaten, maar eenvoudigweg in de theorie van eindige-toestandsmachines? eindigetoestandsautomaat(niet triviaal).

Door te herzien educatief materiaal, in de toekomst, voor voornaamst laten we deze nemen classificatie, omdat bouwmethoden(synthese) en werkingsprocessen van de genoemde apparaten significant andersAer zijn.

Ter afsluiting van de presentatie van classificatiekwesties merken we op dat de gegeven lijst met classificatiekenmerken en de lijst met namen van micro-elektronische producten (chips) verre van uitputtend is. In de toekomst zullen we, indien nodig, deze lijst aanvullen.

1.3. Logische elementen

Logische elementen behoren tot de eenvoudigste combinatorische “apparaten”, met één uitgang en één of twee ingangen. Ze hebben hun naam gekregen omdat hun werking volledig beschreven kan worden logische functies en in het bijzonder Booleaanse functies.

Net als in de formele logica kunnen alle uitspraken waar of onwaar zijn, en kunnen logische functies slechts twee voorwaardelijke waarden aannemen: logische één (log.1) “true” en logische nul (log.0) “false”.

Bij het beschrijven van de werking van logische elementen uitgangssignalenéén-op-één-correspondentie plaatsen functies, A ingangssignalen argumenten deze functies. Zowel functies als functieargumenten, evenals de ingangs- en uitgangssignalen van logische poorten, zijn dus binair. Als je verwaarloost echte tijd overgang van een logisch element van de ene toestand (state log.1) naar de andere (state log.0), dan zullen noch de argumenten, noch de functies afhankelijk zijn van de tijdsfactor van de tijdvariabele. Regels ontvangen en converteren logische uitdrukkingen is aan het overwegen algebra van de logica of Booleaans algebra.

Soortgelijke documenten

Doelstellingen van de cursus: het bestuderen van de circuitbasis moderne computers, computersystemen en netwerken. De belangrijkste generaties van de ontwikkeling van computercircuits. Analoge en discrete elementen. Methoden voor het presenteren van digitale informatie, soorten codering.

lezing, toegevoegd 17-02-2011


Micro-elektronica is een onafhankelijke wetenschappelijke, technische, technologische richting, historische stadia. Digitale geïntegreerde schakelingen: logische grondbeginselen, signaalcodering, classificatie; ontwikkeling, productie, vooruitzichten voor ontwikkeling en toepassing.

zelfstudie, toegevoegd op 11/11/2010


De belangrijkste voordelen van digitale communicatiesystemen vergeleken met analoge. Werkingsprincipes van discrete apparaten, kenmerken van hun constructie. Pulsgeneratorapparaat, synthese van teller, multiplexer en decoder. Ontwikkeling van een asynchrone machine.

cursuswerk, toegevoegd op 21/11/2012


Kenmerken van glasvezeltransmissiesystemen. Keuze blokdiagram digitale VOSP. Ontwikkeling van het eindstation van het communicatiesysteem, AIM-modulatoren. Principes voor het construeren van coderings- en decoderingsapparaten. Berekening van de belangrijkste parameters van een lineair pad.

proefschrift, toegevoegd op 20-10-2011


Geïntegreerde schakelingen: informatie, classificatie, grafische aanduiding, markering. Symbolen van microschakelingen, eenvoudig elektrische parameters, fundamentele logische elementen. Registers, tellers, decoders, triggers, beveiligingsapparaten.

lezing, toegevoegd 20-01-2010


Geïntegreerde schakelingen, signalen. Tact van de bediening van een digitaal apparaat. Markering van digitale microschakelingen van Russische makelij. Basisprincipes van de productie van digitale geïntegreerde schakelingen. Soorten digitale geïntegreerde schakelingen. Schakelingen van de centrale processor.

presentatie, toegevoegd op 24/04/2016


Kenmerken en reikwijdte van signalen in digitale verwerkingssystemen. Gespecialiseerde digitale signaalprocessor SPF SM: ontwikkelaars en geschiedenis, structuur en kenmerken, toepassingsgebied, algoritmen en software.

cursuswerk, toegevoegd op 12/06/2010


Geïntegreerde schakelingen. Substraten voor dikkefilmmicroschakelingen. Dikkefilmgeleiders en weerstanden. Basiseigenschappen van resistieve films. Weerstand continue dikke film. Elektrische stroomoverdracht door een dikke filmstructuur.

samenvatting, toegevoegd 01/06/2009


Hardwareprincipes voor het construeren van apparaten met microprocessortechnologie en het verwerven van praktische vaardigheden bij het ontwikkelen van microprocessorsystemen. Technische kenmerken van de ATmega-microprocessor en analyse van de geheugenchip. Systeemdiagram van de microprocessor.

cursuswerk, toegevoegd op 19-11-2011


Digitale verwerking signalen en het gebruik ervan in spraakherkenningssystemen, discrete signalen en methoden voor hun transformatie, de basisprincipes van digitaal filteren. Implementatie van spraakherkenningssystemen, homomorfe spraakverwerking, opname- en afspeelinterface.

“DIGITALE CIRCUIT-ENGINEERING”

KHARKOV 2006

Voorwoord

1 LOGISCHE EN CIRCUIT ENGINEERING GRONDSTOFFEN VAN DIGITALE MICROCIRCUIT ENGINEERING

1.2 Logische elementen

1.3 Basiswetten van logische algebra

1.4 Disjunctieve normaalvormen

1.5 Minimalisatie van logische functies

1.6 Synthese van combinatorische logische circuits

2 COMBINATIEDIAGRAMMEN

2.1 Grondbeginselen

2.2 Decoders

2.3 Encryptors

2.4 Demultiplexers

2.5 Multiplexers

2.6 Rekenkundige apparaten

3 TRIGGER-APPARATEN

3.1 Basisconcepten

3.2 Asynchrone RS-flipflop

3.3 Synchrone triggers

4 REGISTERS

4.1 Algemene informatie over registers

4.2 Geheugenregisters

4.3 Schuifregisters

4.4 Omkeerregisters

4.5 Registers voor algemene doeleinden

5 TELLERS

5.1 Algemene informatie over meters

5.2 Seriële carry-tellers

5.3 Parallelle carry-tellers

5.4 Tellers terugdraaien

5.5 Tellers met een willekeurige telfactor niet gelijk aan 2n

LIJST VAN GEBRUIKTE REFERENTIES

VOORWOORD

Deze methodologische handleiding bevat informatie die de studie van disciplines mogelijk maakt:

- “Digitaal circuitontwerp” voor studenten van specialiteit 5.091504 (Onderhoud van computers en intelligente systemen en netwerken);

- “Microcircuit engineering” voor studenten van specialiteit 5.090805 (Ontwerp, productie en onderhoud van elektronische producten);

- “Elektronische apparaten en micro-elektronica” voor studenten van specialiteit 5.090704 (Ontwerp, productie en onderhoud van radiotechnische apparaten).

Het materiaal dat in dit werk wordt gepresenteerd, is bedoeld om studenten vertrouwd te maken met de basisprincipes van moderne digitale microschakelingen en omvat de belangrijkste soorten digitale apparaten die op grote schaal worden gebruikt als onafhankelijke producten in de vorm van microschakelingen met lage en gemiddelde integratie, en als onderdeel van microschakelingen met een hoge mate van integratie: microprocessors en microcontrollers.

De handleiding bestaat uit vijf delen:

Logische en circuitfundamentals van digitale microschakelingen,

Combinatiecircuits,

Trigger-apparaten,

Registreert,

Tellers.

De presentatie van het materiaal is zo gestructureerd dat opeenvolgend “van eenvoudig naar complex” de theoretische basisprincipes van de analyse en synthese van digitale apparaten worden gepresenteerd. Elke sectie bevat subsecties die informatie bieden over de conventionele grafische aanduiding van het apparaat dat wordt bestudeerd, de operatietafel, functionele of schakelschema en werktimingdiagrammen waar nodig. Elk van de schema's krijgt een gedetailleerde beschrijving van de logica van de werking ervan, op een zodanige manier dat elke student van het onderwerp de principes van operatieanalyse beheerst digitale circuits en de nodige vaardigheden verworven. Elk van de bovenstaande diagrammen is typisch voor een bepaald apparaat. Dit sluit een andere circuitimplementatie niet uit.

Basisconcepten, definities en regels zijn vetgedrukt om het beheersen van het onderwerp gemakkelijker en visueler te maken.

Gezien het feit dat de presentatie van het materiaal wordt uitgevoerd in volgorde van toenemende complexiteit van de digitale apparaten die worden bestudeerd, en dat elk volgend onderwerp gebaseerd is op het materiaal van het vorige, is het raadzaam om dit leermiddel te gebruiken in de volgorde waarin de overeenkomstige secties bevinden zich.

Deze handleiding is niet alleen nuttig om te gebruiken bij het bestuderen van de theoretische grondslagen van digitale microschakelingen, maar ook bij het voorbereiden van laboratoriumwerk, met als doel de kennis te verdiepen en praktische vaardigheden te verwerven bij het assembleren en debuggen van digitale apparaten. De handleiding kan worden gebruikt voor zelfstudie, maar ook voor cursussen en diplomaprojecten.

1 LOGISCHE EN CIRCUITFUNDAMENTALEN VAN DIGITALE MICROCIRCUIT-ENGINEERING

1.1 Basisconcepten van logische algebra

Logica is de wetenschap van wetten en denkvormen.

Wiskundige logica - de wetenschap van toepassing wiskundige methoden voor het oplossen van logische problemen.

Alle digitale computerapparatuur is gebouwd op elementen die bepaalde logische bewerkingen uitvoeren. Sommige elementen zorgen voor de verwerking van binaire symbolen die digitale of andere informatie vertegenwoordigen, andere - het schakelen tussen kanalen waarlangs informatie wordt verzonden, en ten slotte andere - controle, het activeren van verschillende acties en het implementeren van de voorwaarden voor de implementatie ervan.

Elektrische signalen die op de in- en uitgangen van deze elementen werken, hebben in de regel twee verschillende niveaus en kan daarom worden weergegeven door binaire symbolen, bijvoorbeeld 1 of 0. Laten we overeenkomen om het optreden van een gebeurtenis aan te duiden (bijvoorbeeld de aanwezigheid hoog niveau spanning op elk punt in het circuit) symbool 1. Dit symbool wordt een logische eenheid genoemd. De afwezigheid van een gebeurtenis wordt aangegeven met het symbool 0, ook wel logische nul genoemd.

Elk signaal aan de ingang of uitgang van een binair element wordt dus geassocieerd met een logische variabele, die slechts twee waarden kan aannemen: de toestand van een logische één (de gebeurtenis is waar) en de toestand van een logische nul (de gebeurtenis is waar). vals). Deze variabelen worden Booleaanse variabelen genoemd, naar de Engelse wiskundige J. Boole, die in de negentiende eeuw de basisprincipes van de wiskundige logica ontwikkelde. Laten we een logische variabele aangeven met x.

Verschillende Booleaanse variabelen kunnen aan elkaar gekoppeld worden door functionele afhankelijkheden. De uitdrukking y = f (x1, x2) geeft bijvoorbeeld aan functionele afhankelijkheid logische variabele y uit logische variabelen x1 en x2, argumenten of invoervariabelen genoemd.

Elke logische functie kan altijd worden weergegeven als een reeks eenvoudige logische bewerkingen. Dergelijke operaties omvatten:

Negatie (bewerking "NIET");

Logische vermenigvuldiging (conjunctie, “AND”-bewerking);

Logische optelling (disjunctie, OR-bewerking).

Negatie (GEEN bewerking) is een logische verbinding tussen een logische invoervariabele x en een logische uitvoervariabele y, zodat y alleen waar is als x onwaar is, en omgekeerd, y alleen onwaar is als x waar is. Laten we deze functionele relatie weergeven in de vorm van tabel 1.1, die een waarheidstabel wordt genoemd.

Een waarheidstabel is een tabel die de overeenkomst weergeeft van alle mogelijke combinaties van binaire argumentwaarden met de waarden van een logische functie.

Tabel 1.1- Waarheidstabel van de “NOT”-operatie

De logische functie NOT van de variabele y wordt geschreven als y =

Logische vermenigvuldiging (conjunctie, AND-bewerking) is een functie die alleen waar is als alle variabelen die worden vermenigvuldigd tegelijkertijd waar zijn. De waarheidstabel van de logische vermenigvuldigingsoperatie komt overeen met tabel 1.2.

Tabel 1.2- Waarheidstabel van logische vermenigvuldiging

De AND-bewerking wordt aangegeven met een punt ( ). Soms is het punt impliciet. De AND-bewerking tussen twee variabelen x1 en x2 wordt bijvoorbeeld aangegeven als y = x1 x2.

Logische optelling (disjunctie, OR-bewerking) is een functie die alleen onwaar is als alle opgetelde variabelen tegelijkertijd onwaar zijn. De waarheidstabel van de logische optelling komt overeen met tabel 1.3. De “OF”-bewerking wordt aangegeven met het teken V. Bijvoorbeeld: y = x1 V x2.

Tabel 1.3 - Waarheidstabel van de logische optelling