Основные обозначения на схемах
13
Микросхемы и их функционирование
Рассматриваются обозначения цифровых микросхем, их выводов и сигналов на принципиальных схемах, особенности основных серий простейших цифровых микросхем, базовые типы корпусов микросхем, а также принципы двоичного кодирования и принципы работы цифровых устройств.
Для изображения электронных устройств и их узлов применяется три основных типа схем:
принципиальная схема;
структурная схема;
функциональная схема.
Различаются они своим назначением и, самое главное, степенью детализации изображения устройств.
Принципиальная схема — наиболее подробная. Она обязательно показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними. Если схема строится на основе микросхем, то должны быть показаны номера выводов всех входов и выходов этих микросхем. Принципиальная схема должна позволять полностью воспроизвести устройство. Обозначения принципиальной схемы наиболее жестко стандартизованы, отклонения от стандартов не рекомендуются.
Структурная схема — наименее подробная. Она предназначена для отображения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначения структурной схемы могут быть довольно произвольными, хотя некоторые общепринятые правила все-таки лучше выполнять.
Функциональная схема
В технической документации обязательно приводятся структурная или функциональная схема, а также обязательно принципиальная схема. В научных статьях и книгах чаще всего ограничиваются структурной или функциональной схемой, приводя принципиальные схемы только некоторых узлов.
А теперь рассмотрим основные обозначения, используемые на схемах.
Все узлы, блоки, части, элементы, микросхемы показываются в виде прямоугольников с соответствующими надписями. Все связи между ними, все передаваемые сигналы изображаются в виде линий, соединяющих эти прямоугольники. Входы и входы/выходы должны быть расположены на левой стороне прямоугольника, выходы — на правой стороне, хотя это правило часто нарушают, когда необходимо упростить рисунок схемы. Выводы и связи питания, как правило, не прорисовывают, если, конечно, не используются нестандартные включения элементов схемы. Это самые общие правила, касающиеся любых схем.
Прежде чем перейти к более частным правилам, дадим несколько определений.
Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логическая единица. То есть нуль — это отсутствие сигнала, единица — сигнал пришел (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Элементы цифрового сигнала
Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логический нуль. То есть единица — это отсутствие сигнала, нуль — сигнал пришел (рис. 2.1).
Активный уровень сигнала — это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть выполнению этим сигналом соответствующей ему функции.
Пассивный уровень сигнала — это уровень, в котором сигнал не выполняет никакой функции.
Инвертирование или инверсия сигнала — это изменение его полярности.
Инверсный выход — это выход, выдающий сигнал инверсной полярности по сравнению с входным сигналом.
Прямой выход — это выход, выдающий сигнал такой же полярности, какую имеет входной сигнал.
Положительный фронт сигнала
Отрицательный фронт сигнала (спад) — это переход сигнала из единицы в нуль.
Передний фронт сигнала — это переход сигнала из пассивного уровня в активный.
Задний фронт сигнала — это переход сигнала из активного уровня в пассивный.
Тактовый сигнал (или строб) — управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом или узлом его функции.
Шина — группа сигналов, объединенных по какому-то принципу, например, шиной называют сигналы, соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.
Рис. 2.2. Обозначение входов и выходов
Для обозначения полярности сигнала на схемах используется простое правило: если сигнал отрицательный, то перед его названием ставится знак минус, например, -WR или -OE, или же (реже) над названием сигнала ставится черта. Если таких знаков нет, то сигнал считается положительным. Для названий сигналов обычно используются латинские буквы, представляющие собой сокращения английских слов, например, WR — сигнал записи (от «write» — «писать»).
Инверсия сигнала обозначается кружочком на месте входа или выхода. Существуют инверсные входы и инверсные выходы (рис. 2.2).
Если какая-то микросхема выполняет функцию по фронту входного сигнала, то на месте входа ставится косая черта (под углом 45°), причем наклон вправо или влево определяется тем, положительный или отрицательный фронт используется в данном случае (рис. 2.2).
Тип выхода микросхемы помечается специальным значком: выход 3С — перечеркнутым ромбом, а выход ОК — подчеркнутым ромбом (рис. 2.2). Стандартный выход (2С) никак не помечается.
Наконец, если у микросхемы необходимо показать неинформационные выводы, то есть выводы, не являющиеся ни логическими входами, ни логическими выходами, то такой вывод помечается косым крестом (две перпендикулярные линии под углом 45°). Это могут быть, например, выводы для подключения внешних элементов (резисторов, конденсаторов) или выводы питания (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Обозначение неинформационных выводов
В схемах также предусматриваются специальные обозначения для шин (рис. 2.4). На структурных и функциональных схемах шины обозначаются толстыми линиями или двойными стрелками, причем количество сигналов, входящих в шину, указывается рядом с косой чертой, пересекающей шину. На принципиальных схемах шина тоже обозначается толстой линией, а входящие в шину и выходящие из шины сигналы изображаются в виде перпендикулярных к шине тонких линий с указанием их номера или названия (рис. 2.4). При передаче по шине двоичного кода нумерация начинается с младшего разряда кода.
Рис. 2.4. Обозначение шин
При изображении микросхем используются сокращенные названия входных и выходных сигналов, отражающие их функцию. Эти названия располагаются на рисунке рядом с соответствующим выводом. Также на изображении микросхем указывается выполняемая ими функция (обычно в центре вверху). Изображение микросхемы иногда делят на три вертикальные поля. Левое поле относится к входным сигналам, правое — к выходным сигналам. В центральном поле помещается название микросхемы и символы ее особенностей. Неинформационные выводы могут указываться как на левом, так и на правом поле; иногда их показывают на верхней или нижней стороне прямоугольника, изображающего микросхему.
В табл. 2.1 приведены некоторые наиболее часто встречающиеся обозначения сигналов и функций микросхем. Микросхема в целом обозначается на схемах буквами DD (от английского «digital» — «цифровой») с соответствующим номером, например, DD1, DD20.1, DD38.2 (после точки указывается номер элемента или узла внутри микросхемы).
Таблица 2.1. Некоторые обозначения сигналов и микросхем | ||
Обозначение | Название | Назначение |
& | And | Элемент И |
=1 | Exclusive Or | Элемент Исключающее ИЛИ |
1 | Or | Элемент ИЛИ |
А | Адресные разряды | |
BF | Buffer | Буфер |
C | Clock | Тактовый сигнал (строб) |
CE | Clock Enable | Разрешение тактового сигнала |
CT | Counter | Счетчик |
CS | Chip Select | Выбор микросхемы |
D | Data | Разряды данных, данные |
DC | Decoder | Дешифратор |
EZ | Enable Z-state | Разрешение третьего состояния |
G | Generator | Генератор |
I | Input | Вход |
I/O | Input/Output | Вход/Выход |
OE | Output Enable | Разрешение выхода |
MS | Multiplexer | Мультиплексор |
Q | Quit | Выход |
R | Reset | Сброс (установка в нуль) |
RG | Register | Регистр |
S | Set | Установка в единицу |
SUM | Summator | Сумматор |
T | Trigger | Тригер |
TC | Terminal Count | Окончание счета |
Z | Z-state | Третье состояние выхода |
Более полная таблица обозначений сигналов и микросхем, используемых в принципиальных схемах, приведена в приложении.
Корпуса цифровых микросхем Большинство микросхем имеют корпус, то есть прямоугольный контейнер (пластмассовый, керамический, металлокерамический) с металлическими выводами (ножками). Предложено множество различных типов корпусов, но наибольшее распространение получили два основных типа:
Номера выводов всех корпусов отсчитываются начиная с вывода, помеченного ключом, по направлению против часовой стрелки (если смотреть на микросхему сверху). Ключом может служить вырез на одной из сторон микросхемы, точка около первого вывода или утолщение первого вывода (рис. 2.8). Первый вывод может находиться в левом нижнем или в правом верхнем углу (в зависимости от того, как повернут корпус). Микросхемы обычно имеют стандартное число выводов из ряда: 4, 8, 14, 16, 20, 24, 28,.… Для микросхем стандартных цифровых серий используются корпуса с количеством выводов начиная с 14. Назначение каждого из выводов микросхемы приводится в справочниках по микросхемам, которых сейчас имеется множество. Правда, лучше ориентироваться на справочники, издаваемые непосредственно фирмами-изготовителями. В данной книге назначение выводов не приводится. Отечественные микросхемы выпускаются в корпусах, очень похожих на DIL и Flat, но расстояния между их выводами вычисляются по метрической шкале и поэтому чуть-чуть отличаются от принятых за рубежом. Например, 2,5 мм вместо 2,54 мм, 1,25 мм вместо 1,27 мм и т.д. Для корпусов с малым числом выводов (до 20) это не слишком существенно, но для больших корпусов расхождение в расстоянии может стать существенным. В результате на плату, рассчитанную на зарубежные микросхемы, нельзя поставить отечественные микросхемы, и наоборот. Двоичное кодирование Одиночный цифровой сигнал не слишком информативен, ведь он может принимать только два значения: нуль и единица. Поэтому в тех случаях, когда необходимо передавать, обрабатывать или хранить большие объемы информации, обычно применяют несколько параллельных цифровых сигналов. При этом все эти сигналы должны рассматриваться только одновременно, каждый из них по отдельности не имеет смысла. В таких случаях говорят о двоичных кодах, то есть о кодах, образованных цифровыми (логическими, двоичными) сигналами. Каждый из логических сигналов, входящих в код, называется разрядом. Чем больше разрядов входит в код, тем больше значений может принимать данный код. В отличие от привычного для нас десятичного кодирования чисел, то есть кода с основанием десять, при двоичном кодировании в основании кода лежит число два (рис. 2.9). То есть каждая цифра кода (каждый разряд) двоичного кода может принимать не десять значений (как в десятичном коде: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), а всего лишь два — 0 и 1. Система позиционной записи остается такой же, то есть справа пишется самый младший разряд, а слева — самый старший. Но если в десятичной системе вес каждого следующего разряда больше веса предыдущего в десять раз, то в двоичной системе (при двоичном кодировании) — в два раза. Каждый разряд двоичного кода называется бит (от английского «Binary Digit» — «двоичное число»).
В табл. 2.3 показано соответствие первых двадцати чисел в десятичной и двоичной системах. Из таблицы видно, что требуемое количество разрядов двоичного кода значительно больше, чем требуемое количество разрядов десятичного кода. Максимально возможное число при количестве разрядов, равном трем, составляет при десятичной системе 999, а при двоичной — всего лишь 7 (то есть 111 в двоичном коде). В общем случае n-разрядное двоичное число может принимать 2n различных значений, а n-разрядное десятичное число — 10n значений. То есть запись больших двоичных чисел (с количеством разрядов больше десяти) становится не слишком удобной.
Для того чтобы упростить запись двоичных чисел, была предложена так называемая шестнадцатиричная система (16-ричное кодирование). В этом случае все двоичные разряды разбиваются на группы по четыре разряда (начиная с младшего), а затем уже каждая группа кодируется одним символом. Каждая такая группа называется полубайтом (или нибблом, тетрадой), а две группы (8 разрядов) — байтом. Из табл. 2.3 видно, что 4-разрядное двоичное число может принимать 16 разных значений (от 0 до 15). Поэтому требуемое число символов для шестнадцатиричного кода тоже равно 16, откуда и происходит название кода. В качестве первых 10 символов берутся цифры от 0 до 9, а затем используются 6 начальных заглавных букв латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. | В табл. 2.4 приведены примеры 16-ричного кодирования первых 20 чисел (в скобках приведены двоичные числа), а на рис. 2.10 показан пример записи двоичного числа в 16-ричном виде. Для обозначения 16-ричного кодирования иногда применяют букву «h» или «H» (от английского Hexadecimal) в конце числа, например, запись A17F h обозначает 16-ричное число A17F. Здесь А1 представляет собой старший байт числа, а 7F — младший байт числа. Все число (в нашем случае — двухбайтовое) называется словом.
Для перевода 16-ричного числа в десятичное необходимо умножить значение младшего (нулевого) разряда на единицу, значение следующего (первого) разряда на 16, второго разряда на 256 (162) и т.д., а затем сложить все произведения. Например, возьмем число A17F: A17F=F*160 + 7*161 + 1*162 + A*163 = 15*1 + 7*16+1*256+10*4096=41343
Но каждому специалисту по цифровой аппаратуре (разработчику, оператору, ремонтнику, программисту и т.д.) необходимо научиться так же свободно обращаться с 16-ричной и двоичной системами, как и с обычной десятичной, чтобы никаких переводов из системы в систему не требовалось. Значительно реже, чем 16-ричное, используется восьмеричное кодирование, которое строится по такому же принципу, что и 16-ричное, но двоичные разряды разбиваются на группы по три разряда. Каждая группа (разряд кода) затем обозначается одним символом. Каждый разряд 8-ричного кода может принимать восемь значений: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (табл. 2.5). Помимо рассмотренных кодов, существует также и так называемое двоично-десятичное представление чисел. Как и в 16-ричном коде, в двоично-десятичном коде каждому разряду кода соответствует четыре двоичных разряда, однако каждая группа из четырех двоичных разрядов может принимать не шестнадцать, а только десять значений, кодируемых символами 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. То есть одному десятичному разряду соответствует четыре двоичных. В результате получается, что написание чисел в двоично-десятичном коде ничем не отличается от написания в обычном десятичном коде (табл. 2.6), но в реальности это всего лишь специальный двоичный код, каждый разряд которого может принимать только два значения: 0 и 1. Двоично-десятичный код иногда очень удобен для организации десятичных цифровых индикаторов и табло.
В двоичном коде над числами можно проделывать любые арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Рассмотрим, например, сложение двух 4-разрядных двоичных чисел. Пусть надо сложить число 0111 (десятичное 7) и 1011 (десятичное 11). Сложение этих чисел не сложнее, чем в десятичном представлении: При сложении 0 и 0 получаем 0, при сложении 1 и 0 получаем 1, при сложении 1 и 1 получаем 0 и перенос в следующий разряд 1. Результат — 10010 (десятичное 18). При сложении любых двух n-разрядных двоичных чисел может получиться n-разрядное или (n+1)-разрядное число. Точно так же производится вычитание. Пусть из числа 10010 (18) надо вычесть число 0111 (7). Записываем числа с выравниванием по младшему разряду и вычитаем точно так же, как в случае десятичной системы: При вычитании 0 из 0 получаем 0, при вычитании 0 из 1 получаем 1, при вычитании 1 из 1 получаем 0, при вычитании 1 из 0 получаем 1 и заем 1 в следующем разряде. Результат — 1011 (десятичное 11). При вычитании возможно получение отрицательных чисел, поэтому необходимо использовать двоичное представление отрицательных чисел. Для одновременного представления как двоичных положительных, так и двоичных отрицательных чисел чаще всего используется так называемый дополнительный код. Отрицательные числа в этом коде выражаются таким числом, которое, будучи сложено с положительным числом такой же величины, даст в результате нуль. Для того чтобы получить отрицательное число, надо поменять все биты такого же положительного числа на противоположные (0 на 1, 1 на 0) и прибавить к результату 1. Например, запишем число –5. Число 5 в двоичном коде выглядит 0101. Заменяем биты на противоположные: 1010 и прибавляем единицу: 1011. Суммируем результат с исходным числом: 1011 + 0101 = 0000 (перенос в пятый разряд игнорируем). Отрицательные числа в дополнительном коде отличаются от положительных значением старшего разряда: единица в старшем разряде определяет отрицательное число, а нуль — положительное. Помимо
стандартных арифметических операций,
в двоичной системе счисления используются
и некоторые специфические операции,
например, сложение по модулю 2. Эта
операция (обозначается A)
является побитовой, то есть никаких
переносов из разряда в разряд и заемов
в старших разрядах здесь не существует.
Правила сложения по модулю 2 следующие: Среди других побитовых операций над двоичными числами можно отметить функцию И и функцию ИЛИ. Функция И дает в результате единицу только тогда, когда в соответствующих битах двух исходных чисел обе единицы, в противном случае результат —0. Функция ИЛИ дает в результате единицу тогда, когда хотя бы один из соответствующих битов исходных чисел равен 1, в противном случае результат 0. | ||
Рис.
2.8. Примеры корпусов
DIL и Flat
Рис.
2.9. Десятичное и
двоичное кодирование
Рис.
2.10. Двоичная и
16-ричная запись числа
, 
, 
.
Эта же операция называется функцией Исключающее ИЛИ.
Например, просуммируем по модулю 2 два
двоичных числа 0111 и 1011:
| Обозначение | Функциональное назначение |
|---|---|
| А | Формирователи |
| АА | Формирователь адресных токов |
| АГ | Формирователь импульсов прямоугольной формы |
| АП | Прочий формирователь |
| АР | Формирователь разрядных токов |
| АФ | Формирователь импульсов специальной формы |
| Б | Схемы задержки |
| БМ | Пассивная задержка |
| БП | Прочая задержка |
| БР | Активная задержка |
| В | Схемы вычислительных средств |
| ВА | Схема сопряжения с магистралью |
| ВБ | Схема синхронизации |
| ВВ | Схема управления вводом-выводом (схемы интерфейса) |
| ВГ | Контроллеры |
| ВЕ | Микро-ЭВМ |
| ВЖ | Специализированная схема |
| ВИ | Схема замедления времени |
| ВК | Комбинированная схема |
| ВМ | Микропроцессор |
| ВН | Схема управления прерыванием |
| ВП | Прочее вычислительное средство |
| ВР | Функциональный расширитель (в том числе расширитель разрядности данных) |
| ВС | Микропроцессорная секция |
| ВТ | Схема управления памятью |
| ВУ | Схема микропрограммного управления |
| ВФ | Функциональный преобразователь информации |
| ВХ | Микрокалькулятор |
Г | Генераторы |
| ГС | Генератор гармонических сигналов |
| ГГ | Генератор прямоугольных сигналов |
| ГЛ | Генератор линейно изменяющихся сигналов |
| ГФ | Генератор сигналов специальной формы |
| ГМ | Генератор шума |
| ГП | Прочий генератор |
| Д | Детекторы |
| ДА | Амплитудный детектор |
| ДИ | Импульсный детектор |
| ДП | Прочий детектор |
| ДС | Частотный детектор |
| ДФ | Фазовый детектор |
| Е | Источники вторичного питания |
| ЕВ | Выпрямитель |
| ЕК | Импульсный стабилизатор напряжения |
| ЕМ | Преобразователь |
| ЕН | Линейный стабилизатор напряжения |
| ЕП | Прочий источник |
| ЕС | Система источников вторичного питания |
| ЕТ | Стабилизатор тока |
| ЕУ | Схема управления импульсным преобразователем |
| И | Цифровое устройство |
| ИА | Арифметическо-логическое устройство |
| ИВ | Шифратор |
| ИД | Дешифратор |
| ИЕ | Счетчик |
| ИК | Комбинированное цифровое устройство |
| ИЛ | Полусумматор |
| ИМ | Сумматор |
| ИП | Прочее цифровое устройство |
| ИР | Регистр |
| К | Коммутаторы и ключи |
| КН | Коммутатор напряжения |
| КП | Прочий коммутатор |
| КТ | Коммутатор тока |
| Л | Логические элементы |
| ЛА | Элемент И-НЕ |
| ЛБ | Элемент И-НЕ/ИЛИ-НЕ |
| ЛЕ | Элемент ИЛИ-НЕ |
| ЛИ | Элемент И |
| ЛК | Элемент И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ |
| ЛЛ | Элемент ИЛИ |
| ЛМ | Элемент ИЛИ-НЕ/ИЛИ |
| ЛН | Элемент НЕ |
| ЛР | Элемент И-ИЛИ-НЕ |
| ЛС | Элемент И-ИЛИ |
| М | Модуляторы |
| МА | Амплитудный модулятор |
| МИ | Импульсный модулятор |
| МП | Прочий модулятор |
| МС | Частотный модулятор |
| МФ | Фазовый модулятор |
| Н | Наборы элементов |
| НД | Диодная сборка |
| НЕ | Конденсаторная сборка |
| НК | Комбинированная сборка |
| НП | Прочий набор элементов |
| НР | Резисторная сборка |
| НТ | Транзисторная сборка |
| НФ | Функциональная сборка (в том числе матрицы резисторов типа R-2R) |
| П | Преобразователи сигналов |
| ПА | Цифро-аналоговый преобразователь |
| ПВ | Аналого-цифровой преобразователь |
| ПД | Преобразователь длительности |
| ПЕ | Аналоговый умножитель частоты |
| ПК | Аналоговый делитель частоты |
| ПЛ | Синтезатор частот |
| ПМ | Преобразователь мощности |
| ПН | Преобразователь напряжения (тока) |
| ПП | Прочий преобразователь сигнала |
| ПР | Преобразователь код-код |
| ПС | Преобразователь частоты (в том числе перемножитель аналоговых сигналов) |
| ПУ | Преобразователь уровня (согласователь) |
| ПЦ | Цифровой делитель частоты |
| Р | Запоминающие устройства |
| РА | Ассоциативное запоминающее устройство |
| РВ | Матрица постоянных запоминающих устройств |
| РЕ | Постоянное запоминающее устройство (масочное) |
| РМ | Матрица оперативных запоминающих устройств |
| РП | Прочее запоминающее устройство |
| РР | Постоянное запоминающее устройство с возможностью многократного электрического перепрограммирования |
| РТ | Постоянное запоминающее устройство с возможностью однократного программирования |
| РУ | Оперативное запоминающее устройство |
| РФ | Постоянное запоминающее устройство с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации |
| РЦ | Запоминающее устройство на ЦМД |
| С | Схемы сравнения |
| СА | Амплитудная схема сравнения |
| СВ | Временная схема сравнения |
| СК | Компаратор напряжения |
| СП | Прочая схема сравнения |
| СС | Частотная схема сравнения |
| Т | Триггеры |
| ТВ | Универсальный триггер (типа JK) |
| ТД | Динамический триггер |
| ТК | Комбинированный триггер (типов DT, RST т. п.) |
| ТЛ | Триггер Шмитта |
| ТМ | Триггер с задержкой (типа D) |
| ТП | Прочий триггер |
| ТР | Триггер с раздельным запуском (типа RS) |
| ТТ | Счетный триггер (типа T) |
| У | Усилители |
| УВ | Высокочастотный усилитель |
| УД | Операционный усилитель |
| УЕ | Повторитель |
| УИ | Усилитель импульсных сигналов |
| УК | Широкополосный усилитель (в том числе видеоусилитель) |
| УЛ | Усилитель считывания и воспроизведения |
| УМ | Усилитель индикации |
| УН | Низкочастотный усилитель |
| УП | Прочий усилитель |
| УР | Усилитель промежуточной частоты |
| УС | Дифференциальный усилитель |
| УТ | Усилитель постоянного тока |
| Ф | Фильтры |
| ФВ | Фильтр верхних частот |
| ФЕ | Полосовой фильтр |
| ФН | Фильтр нижних частот |
| ФП | Прочий фильтр |
| ФР | Режекторный фильтр |
| Х | Многофункциональные схемы |
| ХА | Аналоговая многофункциональная схема |
| ХК | Комбинированная многофункциональная схема |
| ХЛ | Цифровая многофункциональная схема |
| ХП | Прочая многофункциональная схема |
| Ц | Фоточувствительные схемы с зарядовой связью |
| ЦЛ | Линейная фоточувствительная схема |
| ЦМ | Матричная фоточувствительная схема |
| ЦП | Прочая фоточувствительная схема |
| Обозначение | Применение | |
|---|---|---|
| К | общего применения | |
| Э | экспортное исполнение | |
| Нет символа | специального применения | |
| Обозначение | Исполнение корпуса | |
| А, Ф | миниатюрный пластмассовый | |
| Б | бескорпусной | |
| Е | металлополимерный DIP | |
| M | металлокерамический | |
| Н | миниатюрный металлокерамический | |
| Р | пластмассовый типа DIP | |
| Обозначение | Группа | |
| 1, 5, 6, 7 | полупроводниковые | |
| 2, 4, 8 | гибридные | |
| 3 | прочие (вакуумные, керамические, плёночные и т. д) | |
| Обозначение | Функциональное назначение | |
| ГОСТ 18682-73 | раннее | |
| А- | Формирователи | |
| АА | адресных импульсов тока | |
| АГ | импульсов прямоугольной формы | |
| АП | прочие | |
| АР | разрядных токов | |
| АФ | импульсов специальной формы | |
| Б- | Схемы задержки | |
| БМ | пассивные | |
| БП | прочие | |
| БР | активные | |
| В- | Схемы вычислительных средств | |
| ВА | сопряжение с магистралью | |
| ВБ | синхронизации | |
| ВВ | управления вводом-выводом (схемы интерфейса) | |
| ВГ | контроллеры | |
| ВЕ | микро-ЭВМ | |
| ВЖ | специализированные | |
| ВИ | времязадающие | |
| ВК | комбинированные | |
| ВМ | микропроцессоры | |
| ВН | управления прерыванием | |
| ВП | прочие | |
| ВР | функциональные расширители | |
| ВС | микропроцессорные секции | |
| ВТ | управления памятью | |
| ВУ | микропрограммного управления | |
| ВФ | функциональные преобразователи информации | |
| ВХ | калькуляторы | |
| Г- | Генераторы сигналов | |
| ГГ | прямоугольных сигналов | |
| ГЛ | линейно изменяющихся сигналов | |
| ГМ | шума | |
| ГС | ГС | гармонических сигналов |
| ГФ | ГФ | сигналов специальной формы |
| Д- | Детекторы | |
| ДА | ДА | амплитудные |
| ДИ | ДИ | импульсные |
| ДП | ДП | прочие |
| ДС | ДС | частотные |
| ДФ | ДФ | фазовые |
| Е- | Схемы источников вторичного питания | |
| ЕВ | выпрямители | |
| ЕК | стабилизаторы импульсные | |
| ЕМ | преобразователи | |
| ЕН | ЕН, ПП | стабилизаторы непрерывные |
| ЕП | прочие | |
| ЕС | системы источников вторичного питания | |
| ЕТ | ЕТ | стабилизаторы тока |
| ЕУ | управления импульсными преобразователями | |
| И- | Схемы арифметических и дискретных устройств | |
| ИА | арифметико-логическе устройства | |
| ИВ | ИШ | шифраторы |
| ИД | ИД | дешифраторы |
| ИЕ | ИЕ | счётчики |
| ИК | ИК | комбинированные |
| ИЛ | ИЛ | полусумматоры |
| ИМ | ИС | сумматоры |
| ИП | ИП | прочие |
| ИР | ИР | регистры |
| К- | Коммутаторы и ключи | |
| КД | диодные | |
| КН | напряжения | |
| КП | КП | прочие |
| КТ | тока | |
| КТ | транзисторные | |
| Л- | Логические элементы | |
| ЛА | и-не | |
| ЛБ | ЛБ | и-не / или-не |
| ЛД | ЛП | расширители |
| ЛЕ | или-не | |
| ЛИ | ЛИ | и |
| ЛК | ЛК | и-или-не / и-или |
| ЛЛ | ЛЛ | или |
| ЛМ | или-не / или | |
| ЛН | ЛН | не |
| ЛП | ЛЭ | прочие |
| ЛР | ЛР | и-или-не |
| ЛС | ЛС | и-или |
| М- | Модуляторы | |
| МА | МА | амплитудные |
| МИ | МИ | импульсные |
| МП | МП | прочие |
| МС | МС | частотные |
| МФ | МФ | фазовые |
| Н- | Наборы элементов | |
| НД | НД | диодов |
| НЕ | НЕ | конденсаторов |
| НК | НК | комбинированные |
| НП | прочие | |
| НР | НС | резисторов |
| НТ | НТ | транзисторов |
| НФ | функциональные | |
| П- | Преобразователи сигналов | |
| ПА | ПД | цифро-аналоговые |
| ПВ | ПК | аналого-цифровые |
| ПД | длительности | |
| ПЕ | умножители частоты аналоговые | |
| ПК | делители частоты аналоговые | |
| ПЛ | синтезаторы частоты | |
| ПМ | мощности | |
| ПМ | формы сигнала | |
| ПН | ПН | напряжения (тока) |
| ПП | ПП | прочие |
| ПР | код — код | |
| ПС | ПС | частоты |
| ПУ | ПУ | уровня (согласовательные) |
| ПФ | ПФ | фазы |
| ПЦ | делители частоты цифровые | |
| Р- | Схемы запоминающих устройств | |
| РА | ассоциативные | |
| РВ | матрицы ПЗУ | |
| РЕ | масочные ПЗУ | |
| РМ | матрицы ОЗУ | |
| РП | прочие | |
| РР | многократно электрически перепрограммируемые ПЗУ | |
| РТ | однократно программруемые ПЗУ | |
| РУ | ОЗУ | |
| РФ | ПЗУ с УФ стиранием | |
| РЦ | на основе ЦМД | |
| ЯП | элементы памяти | |
| ЯМ | матрицы различного назначения | |
| С- | Схемы селекции и сравнения | |
| СА | СА | уровня сигнала |
| СВ | СВ | временные |
| СК | амплитудные | |
| СП | прочие | |
| СС | СС | частотные |
| СФ | СФ | фазовые |
| Т- | Триггеры | |
| ТВ | универсальные (типа JK) | |
| ТД | ТД | динамические |
| ТК | ТК | комбинированные |
| ТЛ | ТШ | Шмитта |
| ТМ | с задержкой (типа D) | |
| ТП | прочие | |
| ТР | ТР | с раздельным запуском (типа RS) |
| ТТ | ТС | счётные (типа Т) |
| У- | Усилители | |
| УБ | видеосигнала | |
| УВ | высокой частоты | |
| УД | операционные усилители | |
| УЕ | УЭ | повторители |
| УИ | УИ | импульсных сигналов |
| УК | широкополосные | |
| УЛ | считывания и воспроизведения | |
| УМ | индикации | |
| УН | низкой частоты | |
| УП | прочие | |
| УР | промежуточной частоты | |
| УС | дифференциальные | |
| УС | синусоидальных сигналов | |
| УТ | УТ | постоянного тока |
| Ф- | Фильтры | |
| ФВ | ФВ | верхних частот |
| ФЕ | ФП | полосовые |
| ФН | ФН | нижних частот |
| ФП | прочие | |
| ФР | ФС | режекторные |
| Х- | Многофункциональные схемы | |
| ХА | ЖА | аналоговые |
| ХЛ | ЖЛ | цифровые |
| ХК | комбинированные | |
| ХМ | цифровые матрицы | |
| ХП | прочие | |
15. Элементы цифровой техники — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции
К элементам цифровой техники относят устройства или части устройств, реализующие функцию или систему функций алгебры логики. Буквенный код элементов цифровой техники — буквы DD.
Условные графические обозначения элементов цифровой техники строят на основе прямоугольника [17]. В общем виде УГО может содержать основное и одно или два дополнительных поля, расположенных по обе стороны от основного (рис. 15.1). Размер УГО по ширине зависит от наличия дополнительных полей и количества помещаемых в них знаков обозначения функции элемента: по высоте — от числа выводов, интервалов между ними и числа строк информации в основном и дополнительном полях. Согласно стандарту ЕСКД ширина основного поля должна быть не менее 10, дополнительных — не менее 5 мм (при большом числе знаков в метках и обозначении функции элемента эти размеры соответственно увеличивают). Расстояние между выводами — 5 мм или кратно этой величине; между выводом и горизонтальной стороной УГО (или границей зоны) — не менее 2,5 мм и кратно этой величине. При разделении групп выводов величина интервала должна быть не менее 10 и кратна 5 мм.
Выводы элементов цифровой техники делятся на входы, выходы, двунаправленные выводы и выводы, не несущие информации (например, для подключения питания, внешних /?С-цепей и т. п.). Входы изображают слева, выходы — справа, остальные выводы — с любой стороны УГО. При необходимости допускается поворачивать УГО на угол 90° по часовой стрелке, т. е. располагать входы сверху, а выходы — снизу.
Функциональное назначение элемента цифровой техники указывают в верхней части основного поля УГО. Его составляют из прописных букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков, записываемых без пробелов (число знаков в обозначении функции не ограничивается). Обозначения основных функций и их производных приведены в табл. 15.1. В эту таблицу включены также обозначения элементов, не выполняющих функций алгебры логики, но применяемых в логических цепях и условно отнесенных к устройствам цифровой техники: генераторов, формирователей, ключей, наборов элементов и т. п. Для обозначения одновибраторов, кроме указанного в таблице сочетания G1, можно использовать символ в виде прямоугольного импульса положительной полярности; триггеров Шмитта — символ, напоминающий прямоугольную петлю гистерезиса. Знак «*» ставят перед обозначением функции в том случае, если все выводы элемента являются нелогическими (наборы транзисторов, диодов, резисторов и т. д.).
Таблица 15.1 Обозначения основных функций
| Логическая функция | Код | Логическая функция | Код |
| Вычислитель | CP | Регистр: общее обозначение | RG |
| Вычислительное устройство (центральный процессор) | CPU | со сдвигом слева направо | RG→ |
| Процессор | P | со сдвигом справа налево | RG← |
| Секция процессора | PS | с реверсивным сдвигом | RG↔ |
| Память | M | Счетчик двоичный | CT2 |
| Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ): | Дешифратор | DC | |
| с произвольным доступом | RAM | Шифратор | CD |
| с последовательным доступом | SAM | Преобразователь | X/Y |
| Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) | ROM | Сравнение | == |
| ПЗУ с возможностью программирования: | Мультиплексор | MUX | |
| однократного | PROM | Демультиплексор | DMX |
| многократного | RPROM | Мультиплексор-селектор | MS |
| Управление | CO | Селектор | SL |
| Перенос | CR | Генератор: общее обозначение | G |
| Прерывание | INR | непрерывной последовательности импульсов | GN |
| Передача | TF | одиночного импульса | G1 |
| Прием | RC | синусоидального сигнала | GSIN |
| Ввод-вывод последовательн. | IOS | Триггер: общее обозначение | T |
| Ввод-вывод параллельный | IOP | двухступенчатый | TT |
| Арифметика | A | Шмитта | TN |
| Суммирование | SM или Σ | Формирователь: общее обозначение | FF |
| Вычитание | SUB | логического 0 | L0 |
| Умножение | MPL | логической 1 | FL1 |
| Деление | DIV | Ключ | SW |
| Логика | L | Модулятор | MD |
| Логическое И | & или И | Демодулятор | DM |
| Логическое ИЛИ | ≥1или 1 | Нелогические элементы: | |
| Исключающее ИЛИ | =1 | стабилизатор напряжения | *STU |
| Повторитель | 1 | набор: резисторов; диодов; транзисторов; индикаторов | *R *D *T *H |
Обозначение функции элемента можно дополнить его технической характеристикой. Например, набор резисторов сопротивлением 100 Ом можно обозначить *R100, оперативную память ёмкостью — RAM16K, оперативную память динамического типа 256 Кбайт — RAMD256 К, оперативную память с последовательным доступом и сохранением информации после отключения питания — SAMS.
Если необходимо указать сложную функцию, используют комбинированное обозначение, составленное из приведенных в таблице более простых. Например, двоичный счетчик с дешифратором обозначают сочетанием CT2DC, управление памятью — сочетанием СОМ, управление записью — COWR, счетчик команд — CTIN и т. п.
Выводы элементов подразделяют на статические и динамические, которые, в свою очередь, могут быть прямыми и инверсными. Прямые статические выводы изображают линиями электрической связи, присоединяемыми к основному или дополнительному полю УГО без каких-либо знаков (рис. 15.2: а — статический вход, б — статический выход), инверсные — линией с кружком на конце (в, д, ж, к — входы; г, е, и, л — выходы; предпочтительными являются обозначения в, г). Отличительным признаком динамического вывода (входа) — косая черточка, стрелка или треугольник. Прямые динамические входы обозначают, как показано на рис. 15.2, м—о; предпочтительные символы — м, н. Обозначения инверсных выводов — на рис. 15.2, п— m (предпочтительные — п, р)- Выводы, не несущие логической информации, выделяют крестиком, который наносят либо в месте присоединения к УГО (у, ф), либо в непосредственной близости от него (х, ц). Предпочтительными являются обозначения у, ф.
Если необходимо указать характер воздействия группы сигналов, указатель можно поместить не в месте присоединения выводов, а на линии, разделяющей основное и дополнительное поля (см. рис. 15.2, ч).
Назначение выводов показывают метками в дополнительных полях. Как и обозначения функций, их составляют из латинских букв, арабских цифр и специальных знаков. Число знаков в метке также не ограничивается, поэтому ширину дополнительного поля выбирают такой, чтобы в нем уместились все знаки самой длинной метки. Обозначения основных меток выводов элементов цифровой техники приведены в табл. 15.1.
Так называемые открытые выводы элементов помечают одним из специальных знаков: ромбиком (рис. 15.3, а) или кружком с четырьмя лучами (рис. 15.3, б). Если необходимо указать, что данный вывод соединен с коллектором транзистора структуры р-п-р, эмиттером транзистора п-р-п, стоком полевого транзистора с p-каналом или истоком транзистора с n-каналом, ромбик снабжают черточкой сверху (в), а кружок — уголком, обращенным к нему раскрывом (г). Если вывод соединён с коллектором n-р-n-транзистора, или с эмиттером p-n-p транзистора, или стоком полевого транзистора с каналом n-типа, или истоком полевого транзистора с каналом p-типа черточку у ромбика помещают снизу (д), а вершину уголка направляют в сторону кружка (е). Если в основном поле УГО логического элемента присутствует комбинация &◊ (1◊), это означает монтажное «И» («ИЛИ»). Вывод с так называемым третьим состоянием или состоянием высокого импеданса (Z-состоянием) обозначают ромбиком с черточкой внутри (ж) или латинской буквой Z(и).
Метки сложных функций выводов составляют из простых. Например, чтобы указать функцию записи WR в память М, используют сочетание WRM, разрешение Е записи — EWR, разрешение считывания RD — ERD, строб С записи — CWR, чтение из памяти — RWM, выбор SE данных D — SED и т. д. В качестве меток выводов можно использовать и обозначения функций (а также их комбинации) из табл. 15.1.
Для нумерации разрядов в группах выводов к обозначениям метки добавляют цифры, соответствующие их номерам Например, информационный вход нулевого разряда обозначают D0, первого — D1 и т. п. Если при этом весовые коэффициенты разрядов определены однозначно, то вместо номера разряда можно указать его весовой коэффициент из ряда Рп, где Р — основание системы счисления, а п — номер разряда. Для двоичной системы счисления такой ряд весов имеет вид 20, 21 , 22, 23 или 1, 2, 4, 8 и т. д. Поэтому нулевой разряд можно обозначить D1 или просто 1, первый — D2 или 2, второй — D4 или 4, третий — D8 или 8 и т. д. Для уменьшения числа знаков в метке допускается вместо весового коэффициента указывать степень его основания. Чтобы отличить последнюю от цифр, обозначающих номер или весовой коэффициент, перед ней ставят стрелку, направленную вверх. Например, информационный вход с весовым коэффициентом 128 (27) можно обозначить D↑7 или ↑7.
Выводы элементов могут быть логически равнозначными, т. е. взаимозаменяемыми без изменения функции элемента, и неравнозначными. Если все выводы равнозначны и их функции однозначно определяются функцией элемента, УГО изображают без дополнительных полей, а выводы — на одинаковом расстоянии один от другого. Для примера на рис 15.4, а показано УГО одного из таких элементов — элемента «2И-НЕ».
Логически равнозначные выводы можно графически объединить в группу, присвоив каждой из них метку, условно обозначающую либо взаимосвязь выводов в группе, либо их функциональное назначение, либо и то и другое. Помещают такую метку обычно на уровне первого сверху вывода группы. Например, знак & у верхнего вывода фрагмента УГО, показанного на рис. 15.4, б, означает, что все три вывода элемента объединены логической функцией «И»; буква R (рис. 15.4, в) говорит о том, что каждый из выводов служит для установки элемента в состояние «0»; метка &R (рис. 15.4, г) — о том, что выводы объединены логикой «И» и предназначены для установки в это же состояние.
Если несколько соседних меток содержат часть, отражающую одну и ту же функцию (например, функцию X в метках выводов на рис. 15.4, д), то эту часть можно вынести в так называемую групповую метку. Располагают её над группой меток, к которым она относится (рис. 15.4, ё). Группы меток и выводов обособляют либо увеличенным (но кратным 5 мм) интервалом (рис. 15.4, ж), либо заключением в дополнительные поле или зону.
Из нескольких групповых меток, содержащих общую часть (рис. 15.4, ж), может быть выделена метка более высокого порядка, которую помешают над группами и отделяют интервалом (рис. 15,4, и). Группы выводов, относящиеся к такой метке, обязательно помещают в зону.
Двунаправленные выводы (они выполняют роли как приемников, так и источников информации) обозначают меткой в виде двунаправленной стрелки или знака « > » (рис. 15.4, к, л.). При этом метки входных функций располагают над этим знаком, а выходных — под ним.
В случае если вывод элемента имеет несколько функциональных назначений и (или) взаимосвязей, их обозначают соответствующими метками, помещаемыми одна под другой (рис. 15,4, м). При необходимости напротив каждой метки (на внешней стороне дополнительного поля) наносят указатели, определяющие условие выполнения функций, обозначенных метками. Для примера на рис. 15.4, н изображен фрагмент УГО элемента с выводом, на котором сигнал с уровнем «1» выполняет функцию СА1, с уровнем «0» — функцию CA2, а при переходе с уровня «0» на уровень «1» и наоборот — соответственно функции САЗ и СА4.
Примеры условных графических обозначений некоторых элементов цифровой техники приведены на рис. 15.5.
Под позиционным обозначением DD\ здесь представлен двухвходовый логический элемент «И-НЕ». Знак в виде ромбика с черточкой внизу означает, что элемент имеет открытый коллекторный выход структуры п-р-п.
Элемент DD2 — трехвходовый «ИЛИ-НЕ», DD3 — двухвходовый элемент «исключающее ИЛИ», DD4 — элемент «2ИЛИ-И-НЕ».
Позиционное обозначение DD5 на рис. 15.5 принадлежит одновибратору. У данного одновибратора два (прямой и инверсный) динамических (косая черта на границе основного и дополнительного полей) входа запуска, объединенных по «И» (знак &), вход «Сброс» (R) и два выхода (прямой и инверсный). Частотозадающие RC-элементы подключают к выводам С и RC, помеченным крестиками.
Условные графические обозначения триггеров DD6, DD1 представлены на рис. 15.5. Триггер DD6 является RS-триггером со статическими инверсными входами R (установка в нулевое состояние) и S (в единичное) и двумя выходами: прямым и инверсным. Второе УГО символизирует D-триггер с установкой по инверсным входам R и S, с динамическим входом С, реагирующим на изменение сигнала с уровня логического «0» на уровень логической «1», и такими же, что и у предыдущего триггера, выходами.
Под позиционным обозначением DD8 изображено УГО двоично-десятичного реверсивного счетчика. Прямые динамические входы +1 и -1 предназначены для подачи тактовых импульсов соответственно при прямом и обратном счете, прямой статический вход R служит для установки счетчика в состояние «0», инверсный вход С — для предварительной записи информации, поступающей на входы в коде 1-2-4-8. В таком же коде снимается информация и с выходов счетчика. Сигнал на выводе CR появляется при прямом счете одновременно с переходом счетчика в состояние 0 (после 9), на выводе BR — при обратном счете (после 1). Напряжение питания подают на выводы 0V и +5V Номера, указанные над линиями выводов счетчика, соответствуют номерам выводов микросхемы К155ИЕ6 (тип микросхемы обычно указывают рядом с позиционным обозначением, как в данном примере).
Элемент DD9 — дешифратор состояний счетчика, преобразующий сигналы в двоичном коде 1-2-4-8 в сигналы управления семисегментным индикатором (метки — латинские строчные буквы а—g — соответствуют общепринятым обозначениям сегментов, метка h соответствует разделители разрядов). Вход S предназначен для гашения индицируемого знака.
Условное графическое обозначение DD10 на рис.15.5 обозначает четырехразрядный регистр сдвига типа К155ИР1, позволяющий записывать последовательную и параллельную информацию, сдвигать и считывать ее в том же виде. Для сдвига вправо: V1 — вход последовательного кода, С1 — тактовые импульсы. При этом V2 и D1—D4 должны быть равны «0». Для записи параллельного кода: V2 = 1, С2 = 0, а V1 и C1 — любые значения.
К числу выводов, не несущих логическую информацию, относят выводы питания, выводы электродов транзисторов (например, в наборах транзисторов), выводы для подключения внешних частотозадающих элементов (резисторов, конденсаторов, кварцевых резонаторов и т. п.).
Вывод питания в общем случае обозначают латинской буквой U. Если питающих напряжений несколько, их условно нумеруют и указывают каждое у своего вывода. Вместо буквы можно указать номинальное значение напряжения и его полярность (см. рис. 15,5, DD8). Общий вывод помечают нулевым напряжением 0V.
Выводы коллектора, эмиттера и базы обозначают соответственно латинскими буквами К, Е и В, причем, если это эмиттер структуры р-п-р, справа от буквы Е изображают знак « > » (или стрелку, направленную вправо), а если структуры п-р-п — знак « < » (или стрелку влево).
Вывод для подключения резистора помечают буквой R, конденсатора — С, катушки — L, кварцевого резонатора — буквами BQ.
Существуют некоторые специфические приемы, используемые при вычерчивании схем устройств цифровой техники. Например, если устройство содержит несколько одинаковых элементов с большим числом выводов одного и того же функционального назначения, можно один из элементов начертить полностью, а остальные изобразить упрощенно, с меньшим числом выводов. В зоне сокращаемой группы выводов указывают одну под другой метки первого и последнего из них, а линии электрической связи объединяют в одну групповую.
Цифровые интегральные микросхемы нередко содержат по несколько одинаковых логических или иных элементов. УГО таких элементов можно изображать как совмещенным, так и разнесенным способом. В последнем случае их изображают в соответствующих местах схемы (поворачивая при необходимости на 90°), а принадлежность к той или иной микросхеме указывают, как обычно, в позиционном обозначении.
Элементы, изображаемые в одной колонке, допускается разделять линиями электрической связи. Контурные линии УГО в этом случае вычерчивают не полностью. Расстояние между концами контурных линий УГО и линиями электрической связи должно быть не менее 1 мм.
НОУ ИНТУИТ | Лекция | Микросхемы и их функционирование
Аннотация: В лекции рассматриваются обозначения цифровых микросхем, их выводов и сигналов на принципиальных схемах, особенности основных серий простейших цифровых микросхем, базовые типы корпусов микросхем, а также принципы двоичного кодирования и принципы работы цифровых устройств.
Основные обозначения на схемах
Для изображения электронных устройств и их узлов применяется три основных типа схем:
- принципиальная схема ;
- структурная схема ;
- функциональная схема.
Различаются они своим назначением и, самое главное, степенью детализации изображения устройств.
Принципиальная схема — наиболее подробная. Она обязательно показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними. Если схема строится на основе микросхем, то должны быть показаны номера выводов всех входов и выходов этих микросхем. Принципиальная схема должна позволять полностью воспроизвести устройство. Обозначения принципиальной схемы наиболее жестко стандартизованы, отклонения от стандартов не рекомендуются.
Структурная схема — наименее подробная. Она предназначена для отображения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части. Обозначения структурной схемы могут быть довольно произвольными, хотя некоторые общепринятые правила все-таки лучше выполнять.
Функциональная схема представляет собой гибрид структурной и принципиальной. Некоторые наиболее простые блоки, узлы, части устройства отображаются на ней, как на структурной схеме, а остальные — как на принципиальной схеме. Функциональная схема дает возможность понять всю логику работы устройства, все его отличия от других подобных устройств, но не позволяет без дополнительной самостоятельной работы воспроизвести это устройство. Что касается обозначений, используемых на функциональных схемах, то в части, показанной как структура, они не стандартизованы, а в части, показанной как принципиальная схема, — стандартизованы.
В технической документации обязательно приводятся структурная или функциональная схема, а также обязательно принципиальная схема. В научных статьях и книгах чаще всего ограничиваются структурной или функциональной схемой, приводя принципиальные схемы только некоторых узлов.
А теперь рассмотрим основные обозначения, используемые на схемах.
Все узлы, блоки, части, элементы, микросхемы показываются в виде прямоугольников с соответствующими надписями. Все связи между ними, все передаваемые сигналы изображаются в виде линий, соединяющих эти прямоугольники. Входы и входы/выходы должны быть расположены на левой стороне прямоугольника, выходы — на правой стороне, хотя это правило часто нарушают, когда необходимо упростить рисунок схемы. Выводы и связи питания, как правило, не прорисовывают, если, конечно, не используются нестандартные включения элементов схемы. Это самые общие правила, касающиеся любых схем.
Прежде чем перейти к более частным правилам, дадим несколько определений.
Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логическая единица. То есть нуль — это отсутствие сигнала, единица — сигнал пришел (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Элементы цифрового сигнала
Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логический нуль. То есть единица — это отсутствие сигнала, нуль — сигнал пришел (рис. 2.1).
Активный уровень сигнала — это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть выполнению этим сигналом соответствующей ему функции.
Пассивный уровень сигнала — это уровень, в котором сигнал не выполняет никакой функции.
Инвертирование или инверсия сигнала — это изменение его полярности.
Инверсный выход — это выход, выдающий сигнал инверсной полярности по сравнению с входным сигналом.
Прямой выход — это выход, выдающий сигнал такой же полярности, какую имеет входной сигнал.
Положительный фронт сигнала — это переход сигнала из нуля в единицу.
Отрицательный фронт сигнала (спад) — это переход сигнала из единицы в нуль.
Передний фронт сигнала — это переход сигнала из пассивного уровня в активный.
Задний фронт сигнала — это переход сигнала из активного уровня в пассивный.
Тактовый сигнал (или строб) — управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом или узлом его функции.
Шина — группа сигналов, объединенных по какому-то принципу, например, шиной называют сигналы, соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.
Глава 3 Условные графические изображения цифровых микросхем (гост)
Цифровая или микропроцессорная микросхема, ее элемент или компонент; цифровая микросборка, ее элемент или компонент обозначаются на принципиальных схемах условно-графическим обозначением в соответствии с ГОСТ2.743-91. Условно-графическое обозначение (УГО) микросхемы имеет форму прямоугольника, к которому подводят линии выводов. Условное графическое обозначение микросхемы может содержать три поля: основное и два дополнительных, которые располагают слева и справа от основного (рисунок 3.1). В первой строке основного поля условно-графического обозначения микросхемы помещают обозначение функции, выполняемой данным логическим элементом. В последующих строках основного поля располагают информацию по ГОСТ 2.708.
Рисунок 3.1
Условно-графическое изображение цифровых
микросхем.
В дополнительных полях помещают информацию о назначениях выводов (метки выводов, указатели). Дополнительные поля на условно-графическом изображении цифровых микросхем могут отсутствовать. Входы на условно-графическом изображении цифровых микросхем располагают слева, а выходы — справа. Номера выводов микросхем помещают над линией вывода ближе к изображению микросхемы.
Параметры цифровых микросхем
Точно так же как и аналоговые схемы, цифровые схемы должны описываться какими-то параметрами. Аналоговые схемы характеризуются напряжением питания, при котором они могут работать. Цифровые микросхемы тоже обладают этим параметром. В настоящее время наиболее распространены цифровые микросхемы с напряжением питания +5 В и +3,3 В, хотя существуют микросхемы, способные работать в диапазоне напряжений от 2 до 6 В.
Уровни логического нуля и единицы
Как уже говорилось ранее, цифровые микросхемы характеризуются тем, что могут находиться только в двух состояниях. Состояния цифровых микросхем могут быть описаны двумя цифрами: ‘0’ и ‘1’. При этом можно состояние микросхемы характеризовать различными параметрами. Например, током или напряжением в цепях микросхемы, открыты или заперты транзисторы на выходе микросхемы, светится или нет светодиод (если он входит в состав микросхемы).
Условились в качестве логических состояний цифровых микросхем воспринимать напряжение на их входе и выходе. При этом высокое напряжение договорились считать единицей, а низкое напряжение — считать нулем. В идеальном случае напряжение на выходе микросхем должно быть равным напряжению питания или общего провода схемы. В реальных схемах так не бывает. Даже на полностью открытом транзисторе есть падение напряжения. В результате на выходе цифровой микросхемы напряжение всегда будет меньше напряжения питания и больше потенциала общего провода. Поэтому договорились напряжение, меньшее заданного уровня (уровень логического нуля) считать нулём, а напряжение, большее заданного уровня (уровень логической единицы), считать единицей. Если же напряжение на выходе микросхемы будет больше уровня логического нуля, но меньше уровня логической единицы, то такое состояние микросхемы будем называть неопределённым. На рисунке 3.2 приведены допустимые уровни выходных логических сигналов дляТТЛ микросхем. Обратите внимание, что чем ближе выходное напряжение к напряжению питания или к напряжению общего провода схемы, тем выше к.п.д. цифровой микросхемы.
Рисунок 3.2
Уровни логических сигналов на выходе
цифровых ТТЛ микросхем
Напряжение с выхода одной микросхемы передаётся на вход другой микросхемы по проводнику. В процессе передачи на этот проводник может наводиться напряжение от каких либо генераторов помех (осветительная сеть, радиопередатчики, импульсные генераторы). Помехоустойчивость цифровых микросхем определяется максимальным напряжением помех, которое не приводит к превращению логического нуля в логическую единицу и зависит от разности логических уровней цифровой микросхемы.
U—пом = Uвых1мин-Uвх1мин
То же самое относится и к помехам, превращающим логический ноль в логическую единицу.
U+пом = Uвых0макс-Uвх0макс
Чем меньше разница между Uвх1мин и Uвх0макс, тем большим усилением обладает цифровая микросхема. Типовое усиление ТТЛ микросхем по напряжению Ku составляет 40 раз. Это приводит к тому, что подав на вход этой микросхемы напряжение, на 40 мВ меньшее уровня Uпор, мы воспримем его как логический ноль, и на выходе этой микросхемы получим нормальный логический уровень. При подаче на вход ТТЛ микросхемы напряжения, на 40 мВ большего уровня Uпор, это напряжение будет восприниматься как логическая единица. Граница уровня логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3
Уровни логических сигналов на входе
цифровых ТТЛ микросхем
Вспомним, что на выходе цифровой ТТЛ микросхемы уровень логической единицы не может быть меньше 2,4 В, а уровень логического нуля не может быть больше 0,4 В. В результате, даже при наведении на вход ТТЛ микросхемы помехи, напряжением 0,96 вольт, искажение цифровой информации не произойдёт.
Теперь вспомним, что микросхемы могут работать при воздействии неблагоприятных факторов таких как пониженная температура, старение микросхем, воздействие радиации. Поэтому производители микросхем гарантируют срабатывание микросхем с некоторым запасом. Например, фирма Texas Instruments объявляет для своих микросхем входной уровень единицы — 2 В, а уровень нуля — 0,8 В. Эти уровни тоже показаны на рисунке 3.
А что же произойдёт, если напряжение на входе цифровой микросхемы будет близко к порогу, разделяющему уровень логического нуля и логической единицы? В этом случае микросхема перейдет в активный режим работы и оба выходных транзистора могут оказаться открытыми. В результате микросхема может выйти из строя. Поэтому входы цифровых (особенно КМОП) микросхем ни в коем случае не должны быть оставлены неподключенными! Если часть элементов цифровой микросхемы не используется, то их входы должны быть подключены к источнику питания или общему проводу схемы. И в заключение данной темы обратите внимание, что конкретное значение порога переключения для различных экземпляров микросхем и от серии к серии микросхем может изменяться в некоторых пределах. Это ещё одна причина, по которой нельзя подавать на вход логических микросхем напряжение в пределах неопределённого состояния или оставлять входы микросхем неподключенными.