Резисторно-транзисторные логические элементы

Корнев Е.А.

К-67 Схемотехника цифровых, аналого - цифровых и цифро - аналого- вых устройств: Учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. -106 с.

ISBN

В пособии рассмотрены схемотехнические решения цифровых,аналого – цифровых и цифро-аналоговых устройств.

Учебное пособие предназначено для выполнения практикума по дисциплинам "Схемотехника электронных средств», "Схемотехника ЭВМ», "Основы микроэлектроники» для студентов очной формы обучения соответственно специальностей 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», 030100 «Информатика».

К^2202090100 ББК 32.97.я7

© Корнев Е. А., 2005

© ГОУ ОГУ, 2005

ISBN

Содержание

Введение.............................................................................................................. 6

1 Практикум "Логические элементы"................................................................. 7

1.1 Резисторно-транзисторные логические элементы....................................... 7

1.2 Диодно-транзисторные логические элементы............................................. 8

1.3 Транзисторно-транзисторные логические элементы.................................. 8

1.4 Комплементарные логические элементы на основе транзисторов "Металл-окись-полупроводник"................................................................................................ 10

1.5 Контрольные вопросы................................................................................ 11

1.6 Краткое описание учебного лабораторного стенда "Цифровая электрони- ка" 11

1.7 Порядок выполнения практикума.............................................................. 12

1.8 Определение статической передаточной характеристики (СПХ) логических элементов........................................................................................................................... 14

1.8.1 Построение первым способом................................................................. 14

1.8.2 Построение вторым способом................................................................. 15

1.9 Определение постоянных времени, фронтов и длительности входных и выходных логических сигналов......................................................................................... 16

1.10 Определение среднего времени распространения логического сигнала 17

1.11 Содержание отчета................................................................................... 18

1.12 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения логических элементов 18

2 Практикум "Комбинационные логические схемы"...................................... 19

2.1 Дешифраторы............................................................................................. 19

2.2 Мультиплексоры......................................................................................... 23

2.3 Сумматоры.................................................................................................. 25

2.4 Контрольные вопросы................................................................................ 26

2.5 Порядок выполнения практикума.............................................................. 27

2.6 Содержание отчета..................................................................................... 28

2.7 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения комбинационных логических схем................................................................................................ 29

3 Практикум "Триггерные устройства"........................................................... 30

3.1 Триггеры..................................................................................................... 30

3.1.1 Одноступенчатые триггеры..................................................................... 30

3.1.2 Универсальные двухступенчатые триггеры........................................... 34

3.2 Регистры...................................................................................................... 36

3.2.1 Накапливающие регистры....................................................................... 36

3.2.2 Сдвигающие регистры............................................................................. 39

3.3 Счетчики...................................................................................................... 41

3.4 Контрольные вопросы................................................................................ 43

3.5 Порядок выполнения практикума.............................................................. 44

3.6 Содержание отчета..................................................................................... 46

3.7 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения триггерных устройств 47

4 Практикум "Запоминающие устройства"..................................................... 48

4.1 Оперативные запоминающие устройства статического типа.................... 48

4.2 Оперативные запоминающие устройства динамического типа................ 50

4.3 Программируемые постоянные запоминающие устройства с однократной записью информации....................................................................................................... 52

4.4 Перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства с возможностью стирания ультрафиолетовым излучением....................................................... 54

4.5 Контрольные вопросы................................................................................ 55

4.6 Оснащение практикума............................................................................... 56

4.7 Описание программатора........................................................................... 56

4.8 Порядок выполнения практикума.............................................................. 59

4.9 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения микросхем запоминающих устройств........................................................................................................... 60

5 Практикум "Управляющие устройства"....................................................... 61

5.1 Практикум "Конечный автомат с жесткой логической структурой"........ 61

5.1.1 Таблицы переходов................................................................................. 63

5.1.2 Матрицы переходов................................................................................. 65

5.1.3 Диаграммы переходов............................................................................. 65

5.1.4 Автоматные уравнения............................................................................ 66

5.1.5 Синтез конечных автоматов.................................................................... 66

5.1.6 Пример реализации автомата с жесткой логической структурой......... 67

5.1.7 Контрольные вопросы............................................................................. 70

5.1.8 Порядок выполнения практикума........................................................... 71

5.1.9 Содержание отчета.................................................................................. 72

5.2 Практикум "Микропрограммный автомат".............................................. 73

5.2.1 Пример реализации микропрограммного автомата.............................. 74

5.2.2 Контрольные вопросы............................................................................. 77

5.2.3 Задание для практикума.......................................................................... 78

5.2.4 Порядок выполнения практикума........................................................... 78

5.2.5 Содержание отчета.................................................................................. 78

5.2.6 Условно-графические и буквенно-цифровые обозначения пзу и тригге - ров 79

6 Практикум "Цепи ввода данных и шины передачи данных"...................... 80

6.1 Практикум "Цепи ввода данных"............................................................... 80

6.1.1 Содержание практикума.......................................................................... 81

6.1.2 Порядок проведения практикума........................................................... 83

6.2 Практикум "Шины передачи данных"....................................................... 84

6.2.1 Содержание практикума.......................................................................... 85

6.2.2 Выполнение практикума.......................................................................... 86

6.2.3 Контрольные вопросы............................................................................. 88

7 Практикум "Аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи".............................................................................................. 89

7.1 Практикум "Цифро-аналоговые преобразователи".................................. 89

7.1.1 Структура и алгоритм работы ЦАП...................................................... 89

7.1.2 Порядок выполнения практикума........................................................... 94

7.1.3 Контрольные вопросы к практикуму..................................................... 95

7.2 Практикум "Аналого-цифровые преобразователи".................................. 96

7.2.1 Структурные схемы и принципы действия ацп...................................... 96

7.2.2 Порядок выполнения практикума......................................................... 101

7.2.3 Контрольные вопросы к практикуму................................................... 105

Список использованных источников............................................................. 106

Введение

В настоящее время в радиоэлектронных системах, в средствах вычислительной техники, системах управления и информационно-измерительной технике используется широкий спектр больших (БИС) и сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), которые получили в последнее десятилетие прогрессирующее развитие.

К БИС и СБИС можно отнести: микропроцессорные комплекты и микроконтроллеры, программируемые логические матрицы и базовые матричные кристаллы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, а также запоминающие устройства. Эти сложные в структурном построении и функциональном понимании интегральные компоненты нашли широкое применение в указанных системах и являются основой их построения.

Однако изучение цифровой электроники представляется сложным начинать с системотехники и микросхемотехники интегральных устройств, а тем более осваивать проектирование систем на их основе. Поэтому необходимо, прежде всего, изучить внутреннее устройство и алгоритмы работы менее сложных функциональных узлов цифровой электроники.

Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов практическим основам схемотехники относительно простых цифровых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых электронных средств и включает следующие разделы: "Логические элементы", "Комбинационные схемы", "Триггерные и пересчетные устройства", "Управляющие устройства", "Цепи ввода данных", "Шины передачи данных", "Запоминающие устройства", "АЦП и ЦАП".

Практикум позволяет студентам:

- изучить схемотехнику, алгоритмы функционирования и приобрести навыки тестирования следующих цифровых элементов и узлов: базовых логических элементов; комбинационных логических схем; триггеров, счетчиков и регистров; нескольких интерфейсных узлов ввода и межсистемной передачи данных;

- освоить основы построения управляющих устройств, провести сравнительное исследование их преимуществ и недостатков; приобрести практический опыт в отладке и анализe функционирования управляющих конечных автоматов двух видов;

- овладеть основами схемотехники запоминающих устройств и практическими методами записи, считывания, редактирования и программирования ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации с помощью программатора, работающего на связи с персональным компьютером;

- изучить параметры детерминированных и случайных аналоговых сигналов и в динамическом режиме наблюдать процесс аналого-цифрового преобразования; производить ручной и автоматизированный (с применением персональной ЭВМ) набор и обработку статистических распределений параметров сигналов;

- изучить схемотехнику и измерить передаточные характеристики и основные параметры цифро-аналоговых преобразователей.

1 Практикум "Логические элементы"

Цель работы:

Практикум предназначен для:

- практического изучения принципов построения и функционирования базовых логических элементов различных типов, выполняемых по RTL, DTL, TTL и CMOS технологиям;

- приобретения навыков в тестировании и анализе основных характеристик логических микросхем малой и средней степени интеграции;

- сравнительного анализа их преимуществ и недостатков.

Резисторно-транзисторные логические элементы

Резисторно-транзисторные элементы (RTL- элементы) появились одними из первых в микроэлектронике. Это были 60-е годы. Относительная простота их реализации на технологическом уровне тех лет позволяла выполнять интегральные схемы (ИС) малой степени интеграции. На рисунке 1.1 показана электрическая схема RTL-элемента, выполняющего логическую функцию 3ИЛИ-НЕ.

Рисунок 1.1 -Электрическая схема RTL - элемента 3ИЛИ-НЕ

Схема работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала транзистор находится в закрытом состоянии, благодаря наличию смещающей цепи резистора R4. На выходе элемента при этом установлен высокий потенциал, соответствующий лог. 1. Если на любой из входов элемента подать лог. 1, то потенциал на базе транзистора повысится и транзистор откроется. На выходе логического элемента появится низкий потенциал - лог.0.

Недостатки RTL-элементов:

- низкая технологичность из-за необходимости применения различной технологии резистивных и активных элементов;

- высокая потребляемая мощность;

- низкое быстродействие;

- малые коэффициенты разветвления и объединения;

- низкая нагрузочная способность.

Поиск по сайту: