202

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Радиотехнический институт - РТФ

Кафедра автоматики и информационных технологий

Схемотехника эвм

Учебное пособие

Научный редактор доц., канд. техн. наук И. В. Хмелевский

Екатеринбург

УГТУ–УПИ

2010

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 2

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СХЕМ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 7

1.1. Основные определения в области микросхемотехники 7

1.2. Основные обозначения на схемах 8

1.3. Основные положения модели поведения полупроводниковых приборов 13

1.3.1. Полупроводниковый p-n-переход. 13

1.3.2. Полупроводниковый диод 16

1.3.3. Биполярный транзистор 21

1.3.4. Полевой транзистор 26

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ 33

2.1.Введение в алгебру логики 33

2.2.Булевый базис 34

2.3. Произвольные функции и логические схемы 35

2.4Законы булевой алгебры 37

2.5. Положительная и отрицательная логика 39

3. ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ 40

3.1. Параметры микросхем 40

3.2. Особенности логических элементов различных логик 44

3.2.1. Диодно-транзисторная логика 44

3.2.2. Высокопороговая логика 47

3.2.3. Транзисторно-транзисторная логика 48

3.2.4. Типы выходных каскадов 63

3.2.5. Микросхемы с тремя логическими состояниями 65

4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА КМОП-ТРАНЗИСТОРАХ 70

4.2. Цифровые микросхемы КМОП 72

4.3. Микросхемы с буферными выходами 74

5. СХЕМОТЕХНИКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ИНЖЕКЦИОННОЙ ЛОГИКИ И ЭСЛ 77

5.1. Схемы с непосредственными связями 77

5.2. Схемотехника ИС инжекционной логики И2Л 79

5.3. Эмиттерно-связанная логика 80

6. ТРИГГЕРЫ 84

6.1. Общие сведения о триггерных устройствах 84

6.2. Асинхронный RS-триггер 84

6.3. Триггерные системы 87

6.3.1. Синхронный RS-триггер 88

6.4. Тактируемый D-триггер 89

6.5. Счетный Т-триггер 91

6.6. Двухступенчатые триггеры 93

6.7. JK-триггеры 95

7. СЧЕТЧИКИ 99

7.1. Общие положения 99

7.2. Классификация счетчиков 100

7.2.1. Асинхронные суммирующие счетчики с последовательным переносом 101

7.2.2. Асинхронные вычитающие счетчики с последовательным переносом 104

7.2.3. Асинхронные реверсивные счетчики с последовательным переносом 105

7.3. Параллельное соединение счетчиков 107

7.4. Последовательное соединение счетчиков 107

7.5.Синхронные двоичные счетчики со сквозным переносом. 108

7.6.Синхронные двоичные счетчики с параллельным переносом. 108

8. РЕГИСТРЫ 110

8.1. Назначение и классификация регистров 110

8.2. Регистры памяти 110

8.3. Буферы данных 114

8.4. Регистры сдвига 117

9. МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ 122

9.1. Общие сведения 122

9.2. Мультиплексоры 122

9.3. Демультиплексоры 127

10. ШИФРАТОРЫ И ДЕШИФРАТОРЫ 129

10.1. Шифраторы 129

10.2. Дешифраторы 134

11. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА 140

11.1. Сумматоры 140

11.2. Инкрементор 145

11.3. Вычитатели (субтракторы) 145

11.4. Компараторы 147

11.5. Арифметико-логические устройства 155

12. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ИМС 158

12.1. Формирователи импульсов 158

12.2. Схемы нормализации импульсов 158

12.3. Схемы укорачивания импульсов 160

12.4. Схемы задержки импульса 163

12.5. Одновибраторы 164

12.6. Генераторы тактовой частоты 166

13. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 170

13.1. Общие характеристики устройств 170

13.2. Запоминающие элементы постоянных ЗУ 172

13.3. Оперативные запоминающие устройства 174

13.3.1. Динамические ЗУ 174

13.3.2. Статические ЗУ 175

14. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ 177

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 177

14.1. Общие сведения 177

14.2. Цифро-аналоговые преобразователи 177

14.3. Аналого-цифровые преобразователи 181

14.3.1. Характеристики и параметры АЦП 182

14.3.2. АЦП последовательного счета 183

14.3.3. Параллельный АЦП 187

14.3.4. Сигма-дельта АЦП 189

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 193

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 194

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 196

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 201