Презентация, доклад по цифровой схемотехнике Цифровая схемотехника. Начало

и цифро- аналоговых электронных схем, методов схемотехнического проектирования и применения электронных схем в электронной аппаратуре.


Задачи дисциплины: - ознакомление студентов: с элементной базой электронной техники; с основными видами компонентов и приборов; со схемотехническими решениями, используемыми при создании электронных цепей; - освоение методов анализа и синтеза логических схем, их представление в аналитическом, табличном и графическом виде; - овладение навыками синтеза логических схем основных функциональных устройств комбинационного и последовательностного типа;

освоения дисциплины «Цифр. Схемотехника»

студент должен знать:
основные схемотехнические решения, используемые в современных цифровых и аналоговых схемах с различной степени интеграции;
- физические принципы работы, характеристики и параметры элементов и компонентов электроники;
- современные методы расчета и определения основных характеристик и параметров электронных схем;
- справочный аппарат по выбору цифровых и аналоговых электронных схем для разработки устройств электронной техники.

создании узлов радиоэлектронной аппаратуры и функциональных узлов вычислительной техники;
- использовать средства вычислительной техники при проведении схемотехнического анализа и синтеза электронных схем, проектно-конструкторских работ;
- оценки областей применения и режимов эксплуатации электронных схем.

технологических и физических ограничениях в улучшении параметров электронных схем (степени интеграции, быстродействии, потребляемой мощности); навыками использования
- современных цифровых и радиоэлектронных программных и аппаратных способаов реализации функций, алгоритмическом, функционально-структурном, логичном и схемном проектировании систем;
- элементной базы микроЭВМ, их архитектуры, основных узлов и блоков

активные компоненты ИС. Расчет электрических параметров и проектирование топологии интегральных компонентов. Размещение на кристалле, трассировка и изоляция компонентов. Принципы функциональной интеграции. Выбор материала и структуры компонентов для сверхбольших, сверхскоростных и микромощных электронных схем.

и способы представления логических функций. Функционально полная система элементарных функций. Преобразование и способы минимизации логических функций. Программная и аппаратная реализация функций.

комбинационного и последовательностного типа. Конструктивно-технологические разновидности ИС. Электрические схемы, параметры и характеристики базовых логических элементов, бистабильных ячеек и триггеров. Элементная база и особенности структуры цифровых больших и сверхбольших электронных схем. Основы проектирования больших электронных схем на базовых матричных кристаллах.

функциональное назначение. Преобразователи кодов. Шифраторы и дешифраторы. Мультиплексоры и демультиплексоры. Цифровые компараторы, сумматоры. Арифметико-логические устройства. Программируемые логические интегральные схемы. Логические матрицы и матричная логика. Методы синтеза структурных схем. Разработка электрических схем, элементное и компонентное проектирование. Реализация логических функций.

и генераторы чисел. Структура и способы описания состояния. Проектирование структурной схемы на основе бистабильных ячеек и триггеров. Реализация последовательностных схем с помощью программируемых логических матриц.

структура оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Разновидности запоминающих ячеек ОЗУ на биполярных и МДП-транзисторах. Проектирование электронных схем ОЗУ. Структура и элементы памяти ПЗУ. Программируемые и репрограммируемые постоянные запоминающие устройства.

заказных и полузаказных электронных схем . Общая структура БМК, типовые варианты ячеек БМК. Методика проектирования цифровых БМК. Применение кремниевых компиляторов. Микропроцессоры.

аналоговые функции. Виды аналоговых интегральных микросхем. Взаимосогласованность и избыточность аналоговых интегральных структур. Схемы сдвига уровня потенциала. Источники опорного напряжения и тока. Схемотехника усилительных каскадов. Дифференциальные усилители. Входные и оконечные каскады.

характеристики и параметры ОУ. Анализ и проектирование схем ОУ. Способы улучшения рабочих характеристик и параметров. Источники погрешности ОУ. Особенности схемотехники прецизионных быстродействующих и высоковольтных ОУ. Способы включения ОУ. Многофункциональность ОУ.

Структурные схемы преобразователей. Схемы выборки и хранения аналоговых сигналов. Резисторные матрицы суммирования напряжений и токов. Токовые ключи. Аналоговые коммутаторы.

системах § 1.1. Основные понятия и определения

Схемотехника – это совокупность:
1) физически обоснованных принципов реализации схемных элементов,
2) процессов передачи сигналов в линиях связи, 3) функционально обоснованных принципов реализации структуры из схемных элементов,
4) наборов соглашений о формах представления информации и правил организации схем- ных (физических) интерфейсов.

узел, пригодный к объединению в соответствии с правилами схемных интерфейсов.
Схемный (физический) интерфейс – это соглашение о значениях (диапазонах значений) физиче- ского носителя информации, допускаемых при взаимных объединениях схемных элементов.
Большая интегральная схема – БИС – сверхминиатюрная электронная схема на полупровод- никовой пластинке площадью менее 1 см 2 , содержащая сотни и тысячи электронных элемен- тов и выполняющая определенные функции.

построенное на одной или нескольких БИС.
Микропроцессорный комплекс – совокупность БИС и других интегральных микросхем, сов- падающих друг с другом по конструкции и техническому использованию и предназначенных для совместного применения.

функция, которая, как и ее аргументы, логические переменные, может принимать только два значения – "0" или "1".
Логический "0" символизирует разомкнутую цепь, отсутствие сигнала, "ложь", низкий уро- вень сигнала.
Логическая "1" символизирует замкнутую цепь, наличие сигнала, "истина", высокий уровень сигнала.
В зависимости от количества входных переменных различают функции одной, двух или не- скольких переменных.

определить ее значение для всех наборов входных пе- ременных.
Функция считается полностью заданной, если определены ее значения для всех наборов. Одним из способов задания логической функции является задание ее при помощи таблицы истинности.

логическую функцию.
Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И—НЕ, ИЛИ—НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер.
С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.
Чтобы представить два логических состояния — “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт.
Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий — значению “ложь” (“0”).

функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.
Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.
Таблица истинности это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет ноль, на выходе также будет ноль.
Связь между выходом  z  этой схемы и входами  x  и  y  описывается соотношением:   z = x . y  (читается как "x и y"). Операция конъюнкции на структурных схемах обозначается знаком  "&"  (читается как "амперсэнд"),  являющимся сокращенной записью английского слова  and.

Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений. Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено на рис.5.1

бы на одном входе схемы  ИЛИ  будет единица, на её выходе также будет единица.
Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами представлено на рис. 5.2.   Знак "1" на схеме — от устаревшего обозначения дизъюнкции как   ">=1"  (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1).    Связь между выходом  z  этой схемы и входами  x  и  y   описывается соотношением:  z = x v y  (читается как "x или y").

этой схемы и выходом   z  можно записать соотношением   z = , x где      читается как   "не x"   или  "инверсия х".
Если на входе схемы  0,  то на выходе  1.  Когда на входе  1,  на выходе  0.  Условное обозначение на структурных схемах инвертора — на рисунке 5.3

выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где    z   читается как   "инверсия x и y".   Условное обозначение на структурных схемах схемы   И—НЕ  с двумя входами представлено на рисунке 5.4.

 и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ.     Связь между выходом  z  и входами  x  и  y  схемы записывают следующим образом:    где   z  читается как  "инверсия  x или y ". Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ—НЕ с двумя входами представлено на рис. 5.5.

выражений:

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ

значений переменных и значениями формулы.

Для формулы, которая содержит две переменные, таких наборов значений переменных всего четыре:
(0, 0),     (0, 1),     (1, 0),     (1, 1).

Если формула содержит три переменные, то возможных наборов значений переменных восемь:
(0, 0, 0),     (0, 0, 1),     (0, 1, 0),     (0, 1, 1),    
(1, 0, 0),     (1, 0, 1),     (1, 1, 0),     (1, 1, 1).

Количество наборов для формулы с четырьмя переменными равно шестнадцати и т.д.
Удобной формой записи при нахождении значений формулы является таблица, содержащая кроме значений переменных и значений формулы также и значения промежуточных формул. ПРИМЕРЫ