Аблязов В.И. Программное управление станками и комплексами

Подождите немного. Документ загружается.

14.10.09

Под к о э ф ф и ц и е н т о м о б ъ е д и н е н и я (Коб) понимают число вхо-

дов, которое может иметь ячейка.

Б ы с т р о д е й с т в и е

логического элемента определя-

ется скоростями его перехода из

состояния "0" в состояние "1" и

обратно. Переходные процессы

изменения состояния элемента

состоят из двух этапов:

задержки и формирования

фронта (переднего или заднего)

сигнала. Длительность задержек

и фронтов зависит от динамиче-

ских свойств логического элемента.

Длительности переходных процессов при включении и выключении транзи-

стора в общем случае не равны, но для оценки быстродействия часто используют

обобщенную характеристику -среднее время задержки.

Задержка распространения tзад – время прохождения сигнала через уст-

ройство (вентиль), определяется, как время задержки появления изменённого сиг-

нала на выходе относительно появления изменённого сигнала на входе, зафикси-

рованный на определённом уровне от номинального значения сигнала (например,

50 или 90%). Задержка распространения характеризует быстродействие, то есть

граничную частоту гарантированной работоспособности.

зад нв

– время задержки при переходе вентиля из низкого состояния в высо-

кое (задержка включения);

зад вн

– время задержки при переходе вентиля из высокого состояния в низ-

кое (задержка выключения);

Общее время задержек на сложное устройство определяется путём сложе-

ния задержек на каждом устройстве.

Часто фирмы изготовители указывают не задержку, а быстродействие или

частоту (скорость) переключения, определяющую пределы устойчивой работы.

Важным обобщающим параметром качества микросхем является д о б -

р о т н о с т ь D, которая определяется как произведение задержки и потребляемой

мощности. Естественно, чем меньше значение добротности, тем лучше.

Одна из важнейших характеристик элемента - его п о м е х о у с т о й ч и -

в о с т ь . Помеха – нежелательное внешнее явление, которое может вызвать неза-

планированное изменение состояния логического элемента. Различают статиче-

скую и динамическую помехоустойчивость. При определении статической поме-

хоустойчивости помеха рассматривается как длительно действующий уровень по-

тенциала, а при определении динамической помехоустойчивости - как импульс

определенной длительности. Устойчивость элемента к воздействию длительной

помехи меньше, чем к воздействию кратковременной помехи при одинаковых ам-

плитудах.

Существует два основных способа борьбы с помехами:

вх

вых

зад.вн.

зад.нв

50%

14.10.09

1. Изменение (уменьшение) уровня помех в источнике их возникновения: улуч-

шение линий связи; разводки (развязки), экранирования и т.п.

2. Уменьшение чувствительности к помехам самих микросхем. Устойчивость к

воздействию динамической помехи тем ниже, чем выше быстродействие эле-

мента.

Естественно, немаловажными характеристиками микросхем являются их

стоимость и дефицитность и др.

Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров

ИС, установлены ГОСТами: ГОСТ 17021-88 "Микросхемы интегральные. Терми-

ны и определения".

9. Условные обозначения полупроводниковых элементов и ИМС

Для обозначения дискретных полупроводниковых элементов (транзисторы,

тиристоры, диоды) и интегральных микросхем в России и за рубежом приняты

системы условных обозначений.

9.1. Кодировка зарубежных и отечественных радиоэлементов

Многие зарубежные фирмы имеют индивидуальные системы обозначений.

Наибольшее распространение из зарубежных (используют около 40 фирм различ-

ных стран) получила Европейская система Pro Electron.

Для дискретных полупроводниковых элементов код состоит из двух букв, за которыми

следует серийный номер.

Первая буква - код материала:

A - германий;

B - кремний;

С - арсенид галлия;

R - сульфид кадмия;

Вторая буква - назначение:

A - маломощный диод;

В - варикап;

С - маломощный, низкочастотный транзистор;

D - мощный, низкочастотный транзистор;

Е - туннельный диод;

F - маломощный высокочастотный транзистор;

G - несколько приборов в одном корпусе;

Н - магнитодиод;

L - мощный высокочастотный транзистор;

М - датчик Холла;

Р - фотодиод, фототранзистор;

Q - светодиод;

R - маломощный регулирующий или переключающий прибор;

S - маломощный переключающий транзистор;

T - мощный регулирующий или переключающий прибор;

U - мощный переключающий транзистор;

Х - умножительный диод;

С данным разделом студенты знакомятся самостоятельно

14.10.09

У - мощный выпрямительный диод;

Z – стабилитрон.

Пример: BC547C, BUZ11, BU508 .

Система кодирования ИМС в системе Pro Electron

аналогична системе, принятой для кодирования дискретных полупроводниковых прибо-

ров.

Код состоит из трех букв, за которыми следует серийный номер, например

TDA5630CT

Первая буква для одиночных схем отражает принцип преобразования сиг-

нала в схеме:

S (а также F, G, H)- цифровое

Т - аналоговое

V - смешанное (аналого-цифровое)

Вторая буква не имеет специального значения. Для серий (семейств) циф-

ровых схем первые две буквы отражают схемотехнологические особенности, на-

пример:

FY - ЭСЛ-серия

FD, GD - МОП-схемы

GA - маломощные ТТЛ-схемы

FL, GF -стандартные ТТЛ-схемы

GJ - быстродействующие ТТЛ-схемы

GM - маломощные с диодами Шотки ТТЛ-схемы

HВ - комплементарные МОП-схемы серии 4000 А

HС - комплементарные МОП-схемы серии 4500 В

Третья буква обозначает диапазон рабочих температур:

А - температурный диапазон не нормирован

В - от 0 до +70°C

C - от -55 до +125°С

D - от -25 до +70°C

Е - от -25 до +85°С

F - от -40 до +85°С

G - от -55 до +85°C

Затем следует серийный номер, состоящий минимум из четырех цифр. Если он состоит

менее чем из четырех цифр, то число цифр увеличивается до четырех добавлением нулей перед

ними.

Кроме того, за цифрами может следовать буква для обозначения варианта (разновид-

ности) основного типа.

Обозначение ИМС

Многие фирмы имеют собственные обозначения.

Advanced Micro Devices: AM27S18FM

AM 27 S 18 F M

Фирмен-

ное обо-

значение

Функц. назна-

чение и тех-

нология

Тип схемы:

L -маломощные;

S -с диодами Шотт-

ки;

LS - Low Шоттки

Серий-

ный

номер

Тип корпуса:

D -двухрядное вер-

тикальн. типа DIP;

F –плоский;

Рабочий диапо-

зон температур:

C –0 +75°C

M –55 +125°C

14.10.09

Hitachi: HD2548P

HD 2548 P

HA –аналоговые;

HD –цифровые;

HN, HM – ROM, RAM

Серийный номер Тип корпуса:

Р – пластмассовый

Texas Instruments: SN74S188JA

SN 74 S 188 JA

Фирм. обозн.

SN – стандартные;

TL – аналоговые;

TMS – МОП;

ТМ – модули мик-

роЭВМ

Диапозон темпера-

тур:

52,54,55

–55 +125°C;

72,74,75

0 +70°C

Классификация ТТЛ:

H – быстродействующие;

L -маломощные;

S -с диодами Шоттки;

LS - Low Шоттки

Серийный

номер

Тип корпуса:

FA - плоский;

JA - типа DIP;

T - металло-

стеклянный

Обозначение отечественных ИМС

Большинство отечественных заводов- изготовителей применяли следую-

щую кодировку обозначения микросхем (в основном сохранена и ныне).

Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х

К М 1 5 5 Л А 1 3

Два первых буквенных элемента означают вариант применения и тип

корпуса (могут не применяться):

Вариант применения:

К - общего (гражданского) применения, например, К155ЛА1.

Нет символа - специального (военного) применения.

Тип корпуса:

M - металлокерамический

Н - миниатюрный металлокерамический

Р - пластмассовый DIP

А,Ф - миниатюрный (планарный) пластмассовый

Б - бескорпусной

Е - металлополимерный DIP

Первый цифровой элемент – определяет группу по конструктивно-

технологическому исполнению.

1, 5, 6, 7 - полупроводниковые

1, 4, 8 - гибридные

3 - прочие (пленочные)

Второй элемент - две-три цифры, присвоенные данной серии как порядко-

вый номер разработки (таким образом, первые два элемента – три-четыре цифры,

определяют номер серии микросхемы): 155, 555, 1533.

Третий элемент - две буквы, определяющие функциональное назначение

, например.

 Формирователи А*

импульсов тока АА

импульсов прямоугольной формы АГ

 Схемы вычислительных средств В*

интерфейсные ВВ

контроллеры ВГ

микроэвм ВВ

14.10.09

микропроцессоры ВМ

 дискретные устройства И*

шифраторы ИВ

дешифраторы ИД

счетчики ИЕ

регистры ИР

 Коммутаторы и ключи К*

напряжения КН

тока КТ

Логические элементы Л*

И-НЕ ЛА

ИЛИ-НЕ ЛЕ

И ЛИ

ИЛИ ЛЛ

И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ ЛК

Триггеры Т*

JK типа ТВ

Шмитта ТЛ

D типа ТМ

Усилители У*

операционные УД

импульсные УИ

и др.

четвертый элемент - порядковый номер разработки микросхемы в данной

серии, в которой может быть несколько одинаковых по функциональному при-

знаку микросхем. Он может состоять как из одной цифры, так и из нескольких.

Пример условного обозначения полупроводниковой микросхемы ЛЭ И-НЕ.

Полное обозначение микросхемы К155ЛА1.

9.2. Маркировка и изображение резисторов и конденсаторов

При выполнении схем и чертежей по ГОСТ 2.004-

88 допускается буквенно-цифровое обозначение, напри-

мер, R4.

Номинальное сопротивление обозначается цифрами с указанием единицы

измерения:

омы: Ом ( R или E по-старому или вообще без буквы);

килоомы: кОм ( к );

мегаомы: МОм ( М );

гигаомы: ГОм ( G );

тераомы: ТОм ( T );

Например: 220 Ом, 680 кОм, 3,3 МОм, 4,7 ГОм, 1 ТОм, или 220R , 680к ,

3M3, 4G7, 1T0 (в этом случае буква означает множитель 1, 10

, 10

определяет положение запятой десятичного знака).

После указания величины сопротивления может быть добавлена буква, обо-

значающая допуск.

F±l% G ±2% J±5% К ±10% М ±20%

14.10.09

Следовательно, 4к7К означает 4,7 кОм±10%.

Полное обозначение допуска состоит из цифр, а кодированное из буквы.

Для наиболее распространённых допусков используется следующая кодировка:

M ±20%

K ±10%

J ±5%

G ±2%

F ±1%

D ±0.5%

C ±0.25%

B ±0.1%

Сопротивления большинства выпускаемых резисторов имеют ограничен-

ный ряд значений, который согласно международному стандарту называется "ря-

дом номинальных значений". Эти величины, умноженные на степень десяти, яв-

ляются номинальными:

Ряд Номинальные значения

Е12 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

Е24 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62,

68, 75, 82, 91

Большинство резисторов имеют производственный допуск ±5% или 10%,

что вполне достаточно для большинства применений в электронике. Для более

точных разработок имеется возможность использовать резисторы с допуском 2%

или 1%.

Аналогичная кодировка используется для других типов радиоэлементов:

конденсаторов, индуктивностей и др.

10. Типовые комбинационные схемы

Комбинационные микросхемы выполняют более сложные функции, чем

простые логические элементы. Их входы объединены в функциональные группы

и не являются полностью взаимозаменяемыми. Например, любые два входа логи-

ческого элемента И-НЕ совершенно спокойно можно поменять местами, от этого

выходной сигнал никак не изменится, а для комбинационных микросхем это не-

возможно, так как у каждого входа — своя особая функция.

Объединяет комбинационные микросхемы с логическими элементами то,

что они не имеют внутренней памяти. То есть уровни их выходных сигналов все-

гда однозначно определяются текущими уровнями входных сигналов и никак не

связаны с предыдущими значениями входных сигналов. Любое изменение вход-

ных сигналов обязательно изменяет состояние выходных сигналов. Именно по-

этому логические элементы иногда также называют комбинационными микро-

схемами, в отличие от последовательных (или последовательностных) микросхем,

которые имеют внутреннюю память и управляются не уровнями входных сигна-

лов, а их последовательностями.

14.10.09

Строго говоря, все комбинационные микросхемы внутри построены из про-

стейших логических элементов, и эта их внутренняя структура часто приводится в

справочниках. Но для разработчика цифровой аппаратуры эта информация обыч-

но лишняя, ему достаточно знать только таблицу истинности, только принцип

преобразования входных сигналов в выходные, а также величины задержек между

входами и выходами и уровни входных и выходных токов и напряжений. Внут-

ренняя же структура важна для разработчиков микросхем, а также в тех редчай-

ших случаях, когда надо построить новую комбинационную микросхему из мик-

росхем простых логических элементов.

10.1. Простейшие логические вентили и их реализация в интегральных

микросхемах

Простейшие логические устройства, вырабатывающие определенные дво-

ичные выходные сигналы в ответ на определенные двоичные входные сигналы

реализуются с помощью двоичных вентилей. Двоичные вентили выполняют эле-

ментарные логические функции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ- НЕ и др. Обычно у них

бывает от 2 до 8 входов (у инвертора – один) и один - два (прямой и инверсный)

выхода. Если высокий уровень соответствует логической ("истина"), а низкий –

логическому 0 ("ложь"), то такая логика называется п о л о ж и т е л ь н о й , в про-

тивном случае – о т р и ц а т е л ь н о й .

Логические схемы могут быть к о м б и н а ц и о н н ы м и и л и п о с л е д о -

в а т е л ь н о с т н ы м и .

Если в логических устройствах состояние выходных сигналов полностью

определяется состоянием его входов, то такие устройства называют комбинаци-

онными.

Если состояние выходов логического устройства определяется не только

состоянием его входных воздействий , но также и тем, в каком состоянии нахо-

дятся его элементы (то есть устройство обладает памятью) , то такие устройства

называются последовательными, их называют также конечными автоматами.

Приведем общепринятые обозначения для простейших логических функ-

ций, а также таблицы их истинности – состояние выходных сигналов при всех

возможных сочетаниях значений входных сигналов.

Для отечественных логических ИМС приняты следующие обозначения:

Логические элементы Л*

И-НЕ ЛА

ИЛИ-НЕ ЛЕ

И ЛИ

ИЛИ ЛЛ

И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ ЛК и т.д.

Логическая функция И (другое название - конъюнкция) для двух аргумен-

тов-входов

Графическое обозначение:

Отечественное, зарубежное

A Y А

14.10.09

В терминах Булевой алгебры Таблица истинности

Y = AB и ли Y = AB

А В Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Логическая функция ИЛИ (дизъюнкция).

A Y

Y = AB и л и Y = A+B

А В Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Логическая функция И–НЕ (штрих Шеффера),

A Y

BA YилиBAY 

А В Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Логическая функция ИЛИ–НЕ (стрелка Пирса).

A Y

BAилиBA 

А В Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Логическая функция "исключающее или" ("неравнозначность" или "сложение

по модулю два").

отечественное зарубежное

A Y

В терминах Булевой алгебры Таблица истинности

Y = AB

А В Y

0 0 0

0 1 1



14.10.09

1 0 1

1 1 0

Логическая функция "Равнозначность".

Графическое обозначение:

A Y

В терминах Булевой алгебры Таблица истинности

BAY 

А В Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

10.2. Логические преобразования и комбинационное проектирование

При логическом проектировании обычно пользуются логическими соотно-

шениями, являющимися частью Булевой алгебры.

)()()(

)

(

)

(

)

(

CABACBA



























Как любая алгбраическая система булева алгебра базируется на совокупно-

сти некоторых предположений, которые принято называть аксиомами, т.е пред-

положениями не требующими доказательств. Аксиомы определяются для двух

логических значений 1 ( "ИСТИНА" ) и 0 ( "ЛОЖЬ" ) и операций логического ум-

ножения (конъюнкции), которая обозначается " & ", " · " или не обозначается

вовсе, логического сложения (дизъюнкции), которая обозначатся "v", "+", и отри-

цания ( инверсии ), которая обозначается горизонтальной чертой ("¯") над пере-

менной. Булевой переменной, называется переменная принимающая два логиче-

ских значения { 0, 1 }.



ABAAABAA

AAAA

CBACBACBA

ABBAABBA

AAA























)()(

100

110

14.10.09

Ниже приведены аксиомы булевой алгебры относительно дизъюнкции,

конъюнкции и отрицания.

1. Аксиомы конъюнкции 0· 0 = 0 ; 1· 1 = 1 ; 0· 1 = 1· 0 = 0 ;

2. Аксиомы дизъюнкции 0 v 0 = 0 ; 1 v 1 = 1 ; 0 v 1 = 1 v 0 = 1 ;

3. Аксиомы отрицания Если x = 0 , то = 1 ;

Если x = 1 , то = 0 ;

Следующие 5 правил обычно называют теоремами булевой алгебры. Особенно-

стью теорем булевой алгебры является то, что для их доказательства пользуются

простой подстановкой значений булевых переменных. Это обусловлено тем, что

переменные могут принимать только 2 значения - 0 и 1.

4. Операции с константами :

5. Идемпотентность (тавтология, повторение) :

Для n переменных:

6. Противоречие

7. Правило "исключенного третьего" :

8. Двойное отрицание (инволюция) :

Следующие 4 правила обычно называют законами или тождествами булевой ал-

гебры.

9. Ассоциативность ( ассоциативный закон ) :

10. Коммутативность ( коммутативный закон ) :

11. Дистрибутивность ( дистрибутивный закон ) :

конъюнкции относительно дизъюнкции:

дизъюнкции относительно конъюнкции:

12. Законы де Моргана ( законы инверсии или отрицания ) :

Расширенный закон де-Моргана :