Файл: Протокол 1 от 28 августа 2020 г. Конспект лекций содержание введение Краткая характеристика дисциплины.doc

Реализации функции ИЛИ через базис ИЛИ—НЕ:

Для преобразования функции НЕ в функцию ИЛИ-НЕ используем следующие тождества:


1.2.7 Построение схем логических устройств в различных базисах
Для построения схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ используются операции:

Инверсия (НЕ)

Конъюнкция (И)

дизъюнкция (ИЛИ)

При построении логической схемы важно определить в какой последовательности следует выполнять действия.

Логическая функция задана в форме НДФ

Произведем анализ логического выражения.

Для построения схемы логического устройства необходимо:

1 Выполнить инверсию аргументов Х2 и Х3. Используем два элемента НЕ ;

2 Выполнить логическое сложение аргументов (т.е. операции в скобках). Для этого используем два элемента ИЛИ на два входа;

3 Выполнить логическое умножение групп аргументов. Для этого используем один элемент И на два входа.

Производим выбор микросхем.

При выборе элементов микросхем необходимо ввести их обозначение. Элементы микросхем условно обозначаются двумя буквами DD. Рядом с буквами располагаются две цифры. Первая цифра обозначает порядковый номер выбранной микросхемы, вторая—номер логического элемента в данной микросхеме.

Так логические элементы НЕ схемы обозначим DD 1.1, DD1.2 микросхемы К155ЛН1. Она содержит 6 элементов НЕ. Для построения данной схемы используется только 2 элемента из 6, т.е. 2/6 микросхемы.

Логические элементы ИЛИ обозначим в схеме как DD 2.1, DD2.2 и используем микросхему К155ЛЛ1. Она содержит 4 элемента ИЛИ. Для построения данной схемы используется только 2 элемента из 4, т.е. 2/4 микросхемы.

Логические элементы И обозначим DD 3.1 микросхемы К155ЛИ1. Она содержит 4 элемента И. В схеме используется только 1 элемент из 4, т.е. 1/4 микросхемы.

Таким образом, в данной схеме использованы ИМС К155ЛН1-DD1,

---

К155ЛЛ1-DD2, К155ЛИ1-DD3

Подаем на входы схемы логические сигналы Х3= 0, Х2=0, Х1=1 и определяем значение сигналов на выходе каждого элемента и значение функции на выходе схемы. Их значение определяется согласно таблицы истинности логических элементов (см. методическую разработку Логические фуцнкции одного и двух аргументов).

Реализация логической функции в базисе И—НЕ либо ИЛИ—НЕ сводится к построению логической схемы с использованием соответствующих элементов:

- элементов И—НЕ (элементов Шеффера) в базисе И—НЕ

- элементов ИЛИ—НЕ(элементов Пирса) в базисе ИЛИ—НЕ



У=1


Рисунок 15  Логическая схема ЦУ в базисе И, ИЛИ, НЕ
Функция инверсии в данных базисах реализуется как показано на рисунке 1б) и 1в).

Запишем логическую функцию через операцию ИЛИ—НЕ.

Для этого воспользуемся основными правилами перевода: законом двойного отрицания и теоремой Моргана.

Произведем анализ логического выражения.

Для построения схемы логического устройства в базисе ИЛИ—НЕ необходимо:

1 Выполнить инверсию аргументов Х2 и Х3. Для этого используем два элемента ИЛИ—НЕ (рисунок 1в) ;

2 Две группы аргументов (то что в скобках) получаем с помощью двух элементов ИЛИ--НЕ на два входа;

3 Для реализации логической функции «У» используем один элемент ИЛИ—НЕ на два входа.

Строим схему логического устройства согласно выражения базиса ИЛИ—НЕ и производим выбор микросхем.

В данной схеме использован 2 ИМС К176ЛЕ5 DD1.1—DD1.4, DD2.1.

Микросхема К176ЛЕ5 содержит 4 элемента ИЛИ--НЕ. . Для построения данной схемы используются все элементы одной микросхемы DD1 и 1 элемент из 3 микросхемы DD2.

Запишем логическую функцию через операцию И—НЕ.



Рисунок 16 Логическая схема ЦУ в базисе ИЛИ--НЕ
Для перевода в базис применяем закон двойного отрицания к логическому выражению У.

Нижний знак инверсии и знак конъюнкции между скобками заменяем на «штрих Шеффера», при этом значение логического выражения будет инверсным.

Произведем анализ этого выражения.

---

Для построения схемы логического устройства в базисе

И—НЕ необходимо:

1 Выполнить инверсию аргумента Х1. Для этого используется элемент И—НЕ (рисунок 1б);

2 Две группы аргументов (то что в скобках) получаем с помощью двух элементов И--НЕ на два входа;

3. 
   Для получения прямого значения функции У используем один элемент И—НЕ на два входа;
   
4. 
   Для рализации инверсного значения функции У также используем один элемент И—НЕ на два входа.
   

Строим схему логического устройства (рисунок 5) согласно выражения базиса И—НЕ и производим выбор микросхем.



Рисунок 17  Логическая схема ЦУ в базисе И--НЕ
В данной схеме использовано 2 ИМС К155ЛА3 DD1, DD2

Микросхема К155А3 содержит 4 элемента И--НЕ. . Для построения данной схемы используются все элементы микросхемы DD1 и 1/ 4 микросхемы DD2.

1.3 Схемотехнические основы
1.3.1 Общие понятия об элементной базе ЦТ
В алгебре логики переменные могут принимать два значения «0» и «1».

Электронная логическая схема - это схема, в которой выходной электрический сигнал связан с входным сигналом по законам алгебры логики.

Электронные логические схемы строятся с использованием логических элементов.

Логический элемент представляет собой электронное устройство, на входах и выходах которого сигнал может иметь только один из двух дискретных уровней напряжения: низкий или высокий.

В простейшем случае электрическими сигналами цифры «0» и «1» могут быть представлены двумя способами: потенциальным и импульсным.

При потенциальных сигналах значениям «0» и «1» соответствуют разные уровни напряжения U⁽⁰⁾ и U⁽¹⁾ или тока I⁽⁰⁾ и I⁽¹⁾. Если за «1» принимают более высокий уровень напряжения (тока), говорят оположительной логике. Если же за «1» принимают более низкий уровень напряжения (тока), говорят об отрицательной логике.

Логический перепад— это разность между уровнями «0» и «1».

При импульсных сигналах цифры выражаются импульсами определенной (строго фиксированной) длительности. Например, наличие импульса соответствует «1», а его отсутствие — «0».

В настоящее время наиболее распространены логические интегральные схемы, предназначенные для работы с потенциальными сигналами.

Электронные логические схемы реализуются на различной элементной базе. Так как в интегральной

---

микроэлектронике наиболее технологичны резисторы, диоды, биполярные и полевые транзисторы, именно эти элементы используются в логических схемах, выпускаемых отечественной промышленностью.

Логические элементы выпускаются в виде:

- дискретного исполнения.

- интегрального исполнения.

Дискретное исполнение – это исполнение элементов, при котором готовые радиоэлементы наносятся на плату и закрепляются в виде пайки. При таком исполнении готовое устройство является конструктивно - завершенным функциональным узлом.

При интегральном исполнении элементов подразумевается единое исполнение функциональных узлов в корпусе – ИМС.

ИМС – это сложное, конструктивно завершенное устройство, выполненное в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла таким образом, что создается определенная электронная схема, характеризующаяся высоким уровнем миниатюризации. Кристалл ИМС помещен в корпус для защиты от внешних воздействий (механических, климатических и др.).

В новых изделиях электронной техники ИМС постепенно вытесняют дискретные элементы, которые остаются в РЭА специального назначения (например, в выходных каскадах усилителей большой мощности).

В устройствах, собираемых из отдельных радиоэлементов, основным активным компонентом являются транзисторы, число которых определяет степень сложности схемы.

В устройствах на ИМС число содержащихся логических элементов (ЛЭ) указывает на степень интеграции ИМС (степени сложности).
Таблица 1- Степени интеграции ИМС

Степень	Число элементов на кристалле	Сложность ИМС	Год выпуска	Пример ИМС, № серии
Первая	1 – 101	МИС	1969 - 1975 гг	К155
Вторая	10 – 102
Третья	102 – 103	СИС	1976 - 1980 гг	531, 555, 500, К561, К1561 и др, ограничено применение 131, 158, 137, 187.
Четвертая	103 – 104	БИС	1981 - 1987 гг	микропроцессорные комплекты, запоминающие устройства, БИС на основе матричных кристаллов
Пятая	104 – 105
Шестая	105 – 106 и выше	СБИС ССИС	1990 – и новее	Микропроцессорные системы, микроконтроллеры, сопроцессоры, нейропроцессоры и др.

---

МИС – малые интегральные схемы (ИМС);

СИС - средние интегральные схемы (ИМС);

БИС – большие интегральные схемы (ИМС);

СБИС – сверхбольшие ИМС;

ССИС – сверхскоростные ИМС.
Микросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравнению с микросхемами малого уровня интеграции значительно лучшие габаритные характеристики, меньшую стоимость в расчете на один функциональный элемент, повышается их надежность, универсальность.

ИМС объединяются в серии. С течением времени состав перспективных серий расширяется.

Серия микросхем - это совокупность типов микросхем (функционально полная система логических схем), которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения.

Согласно функционального назначения ИМС каждой серии делятся на подгруппы (регистры, счетчики, преобразователи) и виды (по роду выполняемых функций – например, триггеры RS, JK, D).

Каждая серия имеет свой тип логики.

Каждый тип логики характеризуется своими параметрами, функциональным назначением, имеют свой базовый элемент, единое конструктивно – технологическое исполнение.

Существуют следующие типы логик (согласно этапам развития):

РТЛ- резистивно-транзисторная логика;

ДТЛ- диодно–транзисторная логика;

ТТЛ- (TTL) транзисторно-транзисторная логика (на биполярных транзисторах);

ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки;

ЭСЛ- эмиттерно-связанная логика (на биполярных транзисторах);

НСТЛ- транзисторная логика с непосредственными связями. МОП (или МДП) - микросхемы на однотипных полевых транзисторах p- и n-типов с обогащенным каналом структуры металл - оксид-полупроводник (металл - диэлектрик- полупроводник); КМОП (CMOS) - микросхемы с симметричной структурой (комплементарных, дополняющих) на полевых транзисторах р- и n-типа.

ИИЛ, или И²Л - интегрально-инжекционная логика.

Серии РТЛ, ДТЛ промышленностью в настоящее время не выпускаются, но еще используются только для комплектации серийной РЭА. Наиболее широкое распространение в современной аппаратуре получили серии микросхем ТТЛШ, ЭСЛ и схемы на КМОП- структурах, так как они отличаются более высоким уровнем интеграции и обладают большим функциональным разнообразием.

Распространение нескольких типов логики, выполняющих одни и те же логические функции, объясняется различием их основных характеристик, что в зависимости от технических требований и условий эксплуатации позволяет строить электронные устройства с необходимыми параметрами.
1.3.2 Классификация и система УГО ЛЭ

Классификация ИМС
1	По конструктивно – технологическому исполнению
	полупроводниковые	Микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника (обычно кремний, германий). Маленькая пластинка из кристаллического материала размерами 1 мм2 превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому блоку из 50—100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции.
	пленочные	Тонкопленочные (толщиною < 1 мкм)	Микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов.
		Толстопленочные (толщиной > 1 мкм)
	гибридные		Микросхема, содержащая кроме элементов простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем). Одним из видов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема. В этих схемах на подложку сначала наносятся в виде тонких или толстых плёнок пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, проводники тока), а затем с помощью микроманипуляторов монтируют активные элементы — бескорпусные ПП микроэлементы (транзисторы и диоды).
	прочие		К прочим относят пленочные микросхемы, которые в настоящее время выпускаются в ограниченном количестве, а также вакуумные и керамические.
2	По виду обрабатываемых сигналов
	аналоговые (линейные		предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой, линейная микросхема (операционные усилители, линейные интегральные стабилизаторы напряжения, специализированные микросхемы и другие).
	цифровые (дискретные)		С помощью цифровых микросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры (логические микросхемы, счетчики, мультиплексоры и др).
	аналого-цифровые		я 1 0 вляются интегральными микросхемами промежуточного класса, содержащие элементы аналоговых и цифровых микросхем. Типичным простейшим представителем аналого-цифровых микросхем является компаратор, преобразующий непрерывный, аналоговый сигнал в дискретный. К аналого-цифровым микросхемам относится таймер КР1006 ВИ1 (зарубежный аналог LM 555), а также цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи - ЦАП, АЦП.
3	В зависимости от кодирования состояния двоичного сигнала в цифровых ИМС
	положительную логику
	отрицательную логику

---