Номер: 153091
Автор: Рябенький В.М.
Назва: Цифрова схемотехніка
Рік видання: 2009
Анотація: Розглянуто теоретичні основи опису електричних сигналів аналогового, дискретного та цифрового типів, методи мінімізації та перетворення логічних функцій, характеристики завад і корегуючих кодів. Описано структури базових логічних елементів різних технологій виконання та особливості їх використання у цифрових пристроях. Розглянуто типові комбінаційні пристрої: мультиплексори, дешифратори, компаратори, суматори, арифметично-логічні пристрої, пристрої контролю та ін. Викладено принципи побудови та функціонування послідовнісних пристроїв (тригерів, регістрів, лічильників) з численними прикладами їх використання. Розглянуто питання синтезу та аналізу функціонально стійких скінченних автоматів асинхронного та синхронного типів. Значну увагу приділено пристроям оперативної і постійної пам`яті, використанню їх для побудови комбінаційних пристроїв та мікропрограмних автоматів. Окремий розділ присвячений пристроям на основі програмованих логічних структур: програмованих логічних матриць, базових матричних кристалів та ін Викладено особливості їх проектування з використанням САПР МАХ+рІив II. Наведено значну кількість практичних схем реалізації різноманітних імпульсних пристроїв на базі цифрових інтегральних схем. Теоретичний матеріал супроводжується великою кількістю вправ і завдань, пов`язаних з реалізацією конкретних цифрових пристроїв. Посібник призначений для студентів, що навчаються за напрямом Електроніка, може бути корисним студентам суміжних напрямів навчання та фахівцям електронної техніки, які спеціалізуються в галузі розробки, виготовлення й експлуатації цифрових пристроїв та систем.
Зміст: ВСТУП................................................................................................................ 12 РОЗДІЛ 1. СИГНАЛИ ТА ЇХ ПЕРЕТВОРЕННЯ............................................... 16 1.1. Типи сигналів.............................................................................................. 16 1.1.1. Аналогові сигнали................................................................................... 16 1.1.2. Імпульси, імпульсні послідовності......................................................... 18 1.1.3. Оцифровування аналогових сигналів................................................... 25 1.2. Системи числення...................................................................................... 27 1.2.1. Основні визначення................................................................................ 27 1.2.2. Переведення чисел з однієї позиційної системи числення в іншу...... 29 1.2.3. Переведення цілого числа з десяткової системи числення в Р-кову.31 1.3. Коди та їх характеристика..........................................................................34 1.3.1. Коди з паралельною формою подання інформації .............................. 34 1.3.2. Послідовні формати передавання даних............................................... 40 1.4. Форми зображення чисел......................................................................... 43 1.5. Виконання арифметичних операцій...........................................................48 1.6. Основи алгебри логіки............................................................................... 54 1.6.1. Основні визначення................................................................................. 54 1.6.2. Закони та тотожності алгебри логіки.....................................................57 1.6.3. Способи задання логічних функцій.........................................................59 1.6.4. Мінімізація логічних функцій....................................................................71 1.7. Коди, що знаходять та виправляють помилки........................................78 1.7.1. Особливості кубічної форми поданнялогічних функцій........................78 1.7.2. Коди з виявленням і корекцією помилок.............................................80 1.7.3. Коди, що коригують поодинокі помилки і виявляють помилки більшої кратності..............................................................................................81 1.7.4. Двовимірні коди.....................................................................................85 1.8. Завади та їх характеристики...................................................................86 Контрольні питання.........................................................................................94 Вправи і завдання...........................................................................................97 РОЗДІЛ 2. СТРУКТУРИ БАЗОВИХ ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ....................102 2.1. Характеристика цифрових сигналів...................................................... 102 2.2. Транзисторні ключові схеми....................................................................105 2.2.1. Ключі на біполярних транзисторах.......................................................105 2.2.2. Ключі на польових транзисторах..........................................................115 2.3. Технічні характеристики базових логічних елементів та особливості їх використання...................................................121 2.3.1. Транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ).......................................... 121 2.3.2. Особливості використання мікросхем ТТЛ........................................128 2.3.3. Мікросхеми КМОН-структури............................................................... 134 2.3.4. Особливості експлуатації мікросхем КМОН........................................149 2.3.5. Базові елементи БіКМОН-технології.....................................................158 2.3.6 .Інтегральна інжекційна логіка...............................................................162 2.3.7. Базові елементи емітерно-зв`язаної логіки (ЕЗЛ) ..............................165 2.3.8. Прилади з перенесенням заряду..........................................................169 2.3.9. Арсенід-галієві логічні елементи............................................................172 2.3.10. Логічні ключі, що використовують збіднені MESFETH.......................175 2.3.11. Логічні елементи на основі діодів Шоткі (SDFL) ..................................177 2.3.12. Буферизована FET-логіка.....................................................................177 2.4. Моделі логічних елементів.........................................................................178 Контрольні питання ..........................................................................................180 Вправи і завдання.............................................................................................183 РОЗДІЛ 3. ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ТА ВИКОРИСТАННЯ КОМБІНАЦІЙНИХ ПРИСТРОЇВ......................................................................................................186 3.1. Використання базових логічних елементів............................................186 3.2. Комутатори.............................................................................................. 191 3.2.1. Мультиплексори....................................................................................192 3.2.2. Пристрої зсуву...................................................................................... 199 3.2.3. Селектори-мультиплексори..................................................................200 3.3. Кодувальні та декодувальні пристрої......................................................201 3.3.1. Дешифратори-демультиплексори........................................................208 3.4 .Обчислювальні пристрої...........................................................................216 3.4.1. Суматори ................................................................................................216 3.4.2. Перемножувачі.......................................................................................222 3.4.3. Компаратори...........................................................................................223 3.4.4. Арифметично-логічні пристрої...............................................................226 3.5. Пристрої контролю................................................................................... 228 3.5.1. Контроль парності................................................................................. 228 3.5.2. Корекція помилок...................................................................................231 3.5.3. Контроль логічних перетворень ...........................................................236 3.6. Буферні елементи......................................................................................237 3.7. Перехідні процеси в логічних схемах.......................................................239 Контрольні питання..........................................................................................246 Вправи і завдання.............................................................................................247 РОЗДІЛ 4. ТРИГЕРИ. ТРИГЕРНІ СХЕМИ.......................................................254 4.1. RS-тригери..................................................................................................255 4.2. Загальна характеристика тригерних схем..............................................262 4.3. D-тригери................................................................................................... 267 4.4. JK-тригери.................................................................................................. 277 4.5. Т- та ТV-тригери.........................................................................................285 4.6. Несиметричні тригери...............................................................................288 4.7. Синхронізація в цифрових схемах............................................................290 4.7.1 Способи синхронізації та особливості їх використання.......................290 4.7.2. Узгодження вхідних сигналів.................................................................297 4.7.3. Синхронізатори .......................................................................................299 4.7.4. Практичні проблеми проектування синхронних цифрових схем.........303 Контрольні питання ..........................................................................................306 Вправи і завдання.............................................................................................307 РОЗДІЛ 5. СКІНЧЕННІ АВТОМАТИ................................................................315 5.1. Загальна характеристика скінченних автоматів....................................315 5.2. Автомати Мілі і Мура..................................................................................319 5.2.1. Закони функціонування автоматів .......................................................319 5.2.2. Способи опису роботи автоматів..........................................................322 5.2.3. Еквівалентні перетворення автоматів..................................................326 5.3. Основи аналізу цифрових автоматів........................................................328 5.3.1. Аналіз автоматів з D-тригерами........................................................... 328 5.3.2. Особливості аналізу скінченних автоматів з JK-тригерами................З36 5.4. Синтез скінченних автоматів.................................................................... 341 5.4.1.Основи синтезу скінченних автоматів....................................................341 5.4.2..Синтез асинхронних імпульсних автоматів.......................................... 369 5.4.3. Особливості синтезу синхронних автоматів......................................... 371 5.4.4. Використання теореми Шеннона у синтезі скінченних автоматів на основі JK-тригерів.............................................................................................375 Контрольні питання .........................................................................................377 Вправи і завдання.............................................................................................377 РОЗДІЛ 6. ЛІЧИЛЬНИКИ ІМПУЛЬСІВ ..........................................................384 6.1. Типи лічильників та особливості їх роботи..............................................384 6.1.1. Загальна характеристика лічильників................................................ 384 6.1.2. Асинхронні лічильники ......................................................................... 385 6.1.3. Лічильники з довільним модулем рахунку...........................................391 6.1.4. Синхронні лічильники.............................................................................395 6.2. Серійні мікросхеми лічильників та їх використання ............................. 401 6.2.1. Лічильники ТТЛ..................................................................................... 401 6.2.2. Лічильники КМОН................................................................................. 412 6.3. Галузі використання лічильників............................................................ 419 6.4. Скінченні автомати на основі лічильників.............................................. 429 Контрольні питання ........................................................................................ 431 Вправи і завдання............................................................................................432 РОЗДІЛ 7. РЕГІСТРИ...................................................................................... 438 7.1. Загальне поняття про регістри............................................................... 438 7.2. Регістри пам`яті.........................................................................................439 7.3. Конвеєрні пристрої....................................................................................449 7.4. Регістри зсуву............................................................................................450 7.5. Приклади мікросхем регістрів та особливості їх використання...........458 7.5.1. Паралельні регістри...............................................................................458 7.5.2. Регістрові файли.....................................................................................462 7.5.3. Послідовні регістри............................................................................... 463 7.6. Напрямки (галузі) використання регістрів............................................ .474 7.6.1. Забезпечення обміну інформацією у послідовному форматі..............474 7.6.2. Регістрові лічильники імпульсів (розподілювачі) .................................476 7.6.3. Лічильники Джонсона............................................................................481 7.6.4. Поліноміальні пристрої кодування та фільтрації ................................ 488 7.6.5. Системи контролю цифрової апаратури.............................................. 491 7.6.6. Використання регістрів для обчислення контрольної суми .............. 492 Контрольні питання...........................................................................................495 Вправи і завдання..............................................................................................497 РОЗДІЛ 8. ЗАПАМ`ЯТОВУЮЧІ ПРИСТРОЇ.....................................................500 8.1. Постійні запам`ятовуючі пристрої (принципи побудови, типи, характеристики)....................................................500 8.1.1. Одновимірні ПЗП......................................................................................500 8.1.2. Двовимірне декодування в ПЗП.............................................................506 8.1.3. Мікросхеми ПЗП.......................................................................................509 8.2. Репрограмовані ПЗП..................................................................................512 8.2.1. Принципи побудови репрограмованих ПЗП .........................................512 8.2.3. Мікросхеми РПЗП....................................................................................517 8.2.2.1. Паралельні EEPROM............................................................................517 8.2.2.2. Послідовні EEPROM............................................................................. 521 8.2.2.3. EEPROM із трипровідною послідовною шиною..................................529 8.2.3. Флеш-пам`ять .........................................................................................533 8.2.3.1. Основи побудови флеш-пам`яті ..........................................................533 8.2.3.2. Мікросхеми флеш-пам`яті.................................................................... 537 8.3. Використання ПЗП................................................................................... 550 8.3.1. Використання ПЗП як універсальних комбінаційних схем..................550 8.3.2. ПЗП як нелінійні функціональні перетворювачі.................................... 554 8.3.3. Перетворювачі кодів для матричних індикаторів..................................554 8.3.4. Використання ПЗП для реалізації складних способів модуляції........555 8.3.5. Використання ПЗП у генераторах періодичних послідовностей.........558 8.3.6. Використання ПЗП у скінченних мікропрограмних автоматах...........561 8.4. Оперативні запам`ятовуючі пристрої........................................................567 8.4.1. Статичні ОЗП........................................................................................... 568 8.4.2. Динамічні ОЗП (DRAM)........................................................................... 572 8.4.3. Використання ОЗП................................................................................. 576 8.4.3.1. Використання ОЗІІ як інформаційного буфера................................. 580 Контрольні питання...........................................................................................585 Вправи і завдання..............................................................................................586 РОЗДІЛ 9. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ НА БАЗІ ПРОГРАМОВАНИХ ЛОГІЧНИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ (ПЛІС)......................589 9.1. Основи побудови структур простих ПЛІС.................................................589 9.1.1. ПЛМ (програмовані логічні матриці) ......................................................590 9.1.2. ПМЛ (програмована матрична логіка)...................................................592 9.1.3. Мікросхеми програмованої макрологіки...............................................594 9.1.4. БМК (базові матричні кристали).............................................................594 9.2. Сучасні ПЛІС...............................................................................................595 9.3. Основні параметри ПЛІС...........................................................................598 9.4. Основи проектування цифрових пристроїв на ПЛІС в САПР MAX+plus II............................................................................................605 9.4.1. Загальний опис САПР MAX+plus II.........................................................605 9.4.2. Початок роботи із САПР MAX+plus II......................................................607 9.4.3. Реалізація простих логічних пристроїв на базі ПЛІС............................611 9.4.4. Використання стандартних мікросхем в MAX+plus II...........................650 9.4.5 .Використання нестандартних елементів в MAX+plus II........................657 Контрольні питання ...........................................................................................667 РОЗДІЛ 10. ІМПУЛЬСНІ ПРИСТРОЇ НА БАЗІ ЦИФРОВИХ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ...................................................................................................................669 10.1. Пристрої формування імпульсів..............................................................669 10.1.1 Пристрої часових перетворень на основі логічних елементів............669 10.1.2. Використання зовнішніх ЯС-ланок.......................................................671 10.1.3. Пристрої перетворення форми імпульсів............................................683 10.2. Одновібратори.......................................................................................... 684 10.2.1. Одновібратори на основі логічних елементів...................................... 685 10.2.2. Спеціалізовані мікросхеми одновібраторів..........................................688 10.2.3. Одновібратори на основі інтегрального таймера КР1006ВІ11...........690 10.2.4. Одновібратори на основі тригерів.........................................................693 10.3. Генератори прямокутних імпульсів ........................................................ 695 10.3.1.Мультивібратори на основі логічних елементів ....................................698 10.3.2.Мультивібратори на основі тригерів...................................................... 702 10.3.3. Мультивібратори на основі мікросхем одновібраторів........................704 10.3.4. Мультивібратори на основі таймера КР1006ВИ1 ................................705 10.3.5. Кварцові генератори...............................................................................708 10.4. Універсальні генераторні мікросхеми......................................................714 10.4.1. Мікросхема К1108ПП1 та її використання............................................714 10.4.2. Генератор із системою ФАПЧ К564ГГ..................................................719 Контрольні питання.............................................................................................723 Вправи і завдання...............................................................................................725 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ..........................................................733