Цифровые Электронные Устройства

и преобразования средствами электроники дискретной информации, представленной цифровыми кодами.
Интегральная микросхема

(ИМ) – совокупность нескольких взаимосвязанных транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п.
ИМ изготовлена в одном технологическом цикле на одной и той же несущей конструкции (подложке) и выполняет определенную функцию преобразования электрического сигнала.
Преимущества:
Высокая надежность и качество,
Малые размеры и масса,
Низкая стоимость.
Обеспечивают ИМ широкое применение во многих отраслях промышленности.
Основу современной электроники составляют полупроводниковые ИМ.
Различают два класса ИМ:
Биполярные – на основе биполярных n-p-n транзисторов,
МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) на основе МДП полевых транзисторов.

с использованием цифровых методов.
Логические сообщения – такие сообщения, истинность или

ложность которых может быть оценена однозначно.
Например, «компьютер включен», «по ЭЦ протекает ток».
Логическая функция – математический эквивалент логического сообщения. Логическая функция принимает только два значения: 0 – ложно и 1 – истинно.
Логическая функция А = 1, если сообщение истинно («компьютер включен», если он действительно включен)
А=0, если это сообщение ложно (компьютер на самом деле выключен).
Логические сообщения широко используют:
при описании работы САУ,
порядка проведения вычислительных работ,
последовательности операций технологических процессов и т.д.
Важны не только логические сообщения, но и связи между ними (например, «компьютер включен, если включен тумблер и загружена операционная система»)
Для математического описания связей между логическими сообщениями используют логические операции

«не х»)
Пример: функция х – «компьютер включен» , функция
- «компьютер

не включен».

Определяется таблицей истинности

Логические операции могут быть реализованы с помощью электрических схем – логических элементов (ЛЭ)

Условное обозначение

Временные диаграммы входных и выходных сигналов

Схемная реализация с помощью транзисторного ключа (элемент транзисторной логики –ТЛ):
При Uвх=0 (Х=0) Тр. закрыт Uкэ≈Е → F=1
При Uвх≠0 (Х=1) Тр. открыт Uкэ≈0 → F=0

F=A∨B (читается А или В)

Определяется таблицей истинности

Пример: «полиграфическая машина может

быть включена ключом на пульте оператора или по команде ЭВМ»

Условное обозначение

Временные диаграммы входных и выходных сигналов

Реализация элемента ИЛИ на ключах

Потенциал Е принимаем за логическую 1
Потенциал 0 – за логический 0.

На нагрузке Е, если замкнут ключ А (А=1) или ключ В (В=1) или замкнуты А и В (а=В=1)

Диодная схема

Напряжение на нагрузке 1, если на анод хотя бы одного диода подан положительный потенциал Е

F=A∧B (читается А и В)
Определяется таблицей истинности

Пример: «Студент на экзамене

должен решить задачу и ответить на теоретический вопрос»

Условное обозначение

Временные диаграммы входных и выходных сигналов

Реализация элемента И на ключах

Потенциал Е принимаем за логическую 1
Потенциал 0 – за логический 0.

На нагрузке Е, если замкнут ключ А (А=1) и ключ В (В=1), в остальных случаях на нагрузке 0.

Диодная схема

Напряжение на нагрузке 1, если на аноды всех диодов подан положительный потенциал Е и они закрыты.

логические операции.
4.Комбинированные ЛЭ
ИЛИ - НЕ
Таблица истинности
И - НЕ
=
=
Таблица истинности
При проектировании

ЛЭ стремятся использовать ограниченную номенклатуру ЛЭ
Любое устройство может быть реализовано только на элементах ИЛИ-НЕ или И-НЕ.

на одном ЛЭ
2.Операция И на двух ЛЭ
3.Операция ИЛИ на трех

ЛЭ

логики (ТТЛ). Элементы ТТЛ имеют большее быстродействие, чем ранее рассмотренные

ЛЭ, реализованные с помощью схем диодно-транзисторной логики (ДТЛ).
Основой класса ТТЛ элементов является использование многоэмиттерного транзистора (ТМ), заменяющего диоды в схемах ДТЛ.
Отличие ТМ состоит в наличии нескольких эмиттерных областей с общими базовыми и коллекторными слоями.

Операция И – на ТМ транзисторе (VT1);
Операция НЕ – на простом инверторе (VT2).

При «1» на всех входах φЭ> φБ транзистора VT1 и все три перехода Э-Б закрыты,
Переход Б-К открыт приложенным в прямом направлении Еп (+ к базе), ток Ik транзистора VT1 проходит через Э-Б VT2, переводя его врежим насыщения.

На входе VT2 появляется 0.( работает как инвертор)

Uэ

ток базы VT2 стремиться к нулю, VT2 – закрыт и на его выходе появляется потенциал «1».

единицы обычно представлены различными значениями напряжений:
Напряжением низкого уровня (уровнем нуля)

U0;
Напряжением высокого уровня (уровнем единицы) U1.
Если U1> U0 – схема работает в положительной логике.
Разность уровней 1 и 0 называют логическим перепадом.
Он должен быть достаточно большим, чтобы не мешали случайные помехи.

В логических схемах выходная величина определяется только входными сигналами на данный момент времени и не зависит от предыстории во входных цепях.
Логические схемы не обладают свойством запоминать предыдущие состояния

в ответственных устройствах, например, в электронных часах, которые должны непрерывно

работать даже при отключении основной сети.

Решение.
При наличии напряжения в сети, выпрямитель вырабатывает постоянное напряжение 15 В. При этом VD1 открыт, а VD2 - закрыт (на его А – 15В, а на К – 12В от батареи)

2. При отключении сети напряжение на выходе выпрямителя = 0, VD1 закрыт, открывается VD2 (на А – 12 В, на К -0) и часы получают питание от батареи.
3. Диодная схема осуществляет логическую операцию ИЛИ
( питание часов от сети или от батареи).

истинности работает логическая схема.
НЕ
Буфер -повторитель
И
Решение.
1.Определим название ЛЭ, которые входят в

состав устройства.
2. Обозначим выходные сигналы 1 и 2 ЛЭ через Д1 и Д2.
3.

истинности работает логическая схема.


Решение.
1.Определим название ЛЭ, которые входят в состав

устройства.
2. Обозначим выходные сигналы
D1,D2,D3,D4.

НЕ

НЕ

И

И

ИЛИ

D1

D2

D3

D4

3. Y=D2+D4
D4=D1·D3
D2=X1·X2

2 ЛЭ – НЕ и И
&
И

реализации необходимы следующие ЛЭ: 2 НЕ, 1 И, 1ИЛИ.

1
1
1
X1
X2
Y
Решение.
1 Для

реализации необходимы следующие ЛЭ: 2 НЕ, 1 И, 1ИЛИ.

НЕ

НЕ

И

ИЛИ