Сандық құрылғылардың базалық логикасы

КІРІСПЕ 3
1. САНДЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ БАЗАЛЫҚ ЛОГИКАСЫ 4
1.1 Сандық құрылғылардың базалық логикалық элементтері 4
1.2 Сандық құрылғылардың логикалық функциясы 6
1.3 Сандық миқросұлбаның белгісі 12
1.4 Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі 14
2. Сандық құрылғылардың комбинациялық синтезі
2.1 Комбинациялық сандық құрылғының синтезi
2.2 Комбинациялық сандық қондырғылардың (КСҚ) синтезі 20
ҚОРЫТЫНДЫ 25
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 26

Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе – қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады.
Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі. Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі қарастырылып отырған жүйе аналогтық (үздіксіз) сигналдармен (сүзгілер, күшейткіштер, күштік электрондық құрылғылар) және цифрлық сигналдармен (микропроцессор, компьютер) жұмыс істейтін электрондық құрылғылардан,сондай-ақ.

1. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): учебник для вузов/№под ред. О.П.Глудкина.-М.: Горячая Линия – Телеком, 2002.-768 б.
2. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. –М.: Мир, 1998.-702 б.
3. Угрюмов Е.П. Цифроваясхемотехника – СПб..: БХВ-Петербург , 2002 -512б.
4. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб.пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 855б.
5. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника.- М.: Техносфера, 2004.-376 б.
6. Дегембаева У.К., Шайхин Б.М. Электроника және аналогтық құрылғылардың схемотехникасы. Оқу құралы 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандықтары бойынша оқудың барлық түріндегі студенттер үшін, 2009.
7. Дегембаева У.К., Шайхин Б.М. Электроника. 5В0719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация және 5В0702 – Автоматтандыру және басқару мамандықтары бойынша оқудың барлық түріндегі студенттер үшін оқу құралы, 2009.
8. Кондратенко С.В. Основы локальных сетей Интернет-университет информационных технологий. – ИНТУИТ.ру,2005.– 360 с.
9. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей: Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2000.
10. Новиков.И., Гуржий А.Н., Жуйков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 512 с

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 25 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ 3
1. САНДЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ БАЗАЛЫҚ ЛОГИКАСЫ 4
1.1 Сандық құрылғылардың базалық логикалық элементтері 4
1.2 Сандық құрылғылардың логикалық функциясы 6
1.3 Сандық миқросұлбаның белгісі 12
1.4 Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі 14
2. Сандық құрылғылардың комбинациялық синтезі 17
2.1 Комбинациялық сандық құрылғының синтезi 17
2.2 Комбинациялық сандық қондырғылардың (КСҚ) синтезі 20
ҚОРЫТЫНДЫ 25
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 26

КІРІСПЕ
Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе - қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады.
Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі. Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі қарастырылып отырған жүйе аналогтық (үздіксіз) сигналдармен (сүзгілер, күшейткіштер, күштік электрондық құрылғылар) және цифрлық сигналдармен (микропроцессор, компьютер) жұмыс істейтін электрондық құрылғылардан,сондай-ақ.
Сандық құрылғылар түсінігі қазір күнделікті өмірде жиі кездеседі; олар радиоқабылдағыштар, компьютерлер,теледидар,компьютерлер ,олардың бәрі де микросхемалардан тұрады. Сандық құрылғылардын сипаттамалары оларды құратын элементтердің көрсеткіштерімен анықталады.
Электрониканың қазіргі кездегі рөлі микропроцессорлық техниканы, компьютерлік технологияны қолдануда, ақпараттықсигналдарды өндеуде жәнеэлектр энаргиясын түрлендіруге арналған күштік шалаөткізгіш аспаптарды пайдалануда өте күшейіп отыр

1. САНДЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ БАЗАЛЫҚ ЛОГИКАСЫ
1.1 Сандық құрылғылардың базалық логикалық элементтері

Заманауи сандық құрылғылардың элементтік базасы және жүйесі сандық интегралдық сұлбалар (ИС) болып табылады. Сандық ИС - өзінің корпусы бар, интегралдық технология әдісімен жасалған және дискреттік (сандық) сигналдарды түрлендіру функциясын атқаратын микроэлектронды бұйым. Сандық сигналдарды қарапайым түрлендіруді іске асыратын сандық ИС құрылғыларын логикалық элементтер (ЛЭ) деп атаймыз. Сандық ИС, сонымен қатар оның негізінде жасалған басқа құрылғыларды сипаттау үшін алгебраның логикалық (бульдік) алгебраның математикалық аппараттары қолданылады. Сандық құрылғыларды сараптау және синтездеу үшін бульдік алгебраны қолдану мүмкіндігі осы алгебраның аналогтық түсініктері мен категорияларына, сигнал құрылғыларын түрлендіру негізіндегі есептеудің екілік жүйесіне негізделген. Бульдік алгебраның негізгі ұғымдарына логикалық айнымалы мен логикалық функция жатады. Логикалық айнымалы деп шаманың біреуі "0", екіншісі "1" деп белгіленетін екі мүмкін болатын күйдің біреуін қабылдай алатын шаманы айтады. Екілік айнымалылар, көп жағдайда, х1, х2,... деп белгіленеді. Логикалық айнамалылардыі анықтамасы бойынша оларды екілік айнамылар деп те атайды. WebPACK ISE бағдарламалау ортасында кіріс сигналдары a, b, c, d ... деп белгіленгендіктен, бізге бағдарлама жазғанда ыңғайлы болу үшін айнымалыларды осы латын әріптерімен белгілейміз. Логикалық (бульдік) функция (әдетте у деп белгіленеді) деп шаманың екі мүмкін болатын: "0" немесе "1" күйлердің біреуін қабылдай алатын екілік айнымалылар (аргументтер) функциясын атайды. Айнымалылар n аргументтерден тұратын болса, мүмкін болатын барлық жиындардың саны , әлбетте, n 2 - ге тең. Бірақ та, функцияның өзі әр жиында "0" немесе "1" деген екі мән қабылдай алатын болғандықтан , n айнымалыда мүмкін болатын функциялардың жалпы саны n 2 2 -ге тең. Осылайша, көптеген күйлердің аргументтері де, функциялары да екіге тең мәндерді қабылдай алады. Осындай күйлер үшін бульдік алгебрада теңдік белгісімен (=) және келесі үш операциямен белгіленетін эквиваленттер қатынасымен анықталады: а) + немесе деп белгіленетін логикалық растау операциясы (дизъюнкция); б) немесе & деп белгіленетін логикалық көбейту(конъюнкция); в) X - инверсия операциясымен (X - аргумент немесе функция символы) белгіленетін логикалық жоққа шығару операциясы (инверсия).

1.2 Сандық құрылғылардың логикалық функциясы
Сандық құрылғыны жобалайық, шығысында логикалық 1 болатын, егер үш кiрiс сигналының екеуi бiрлiк мәндi қабылдаса. Ақиқат таблицасында F шығыс функциясы үшiн, үш кiрiс айнымалы А, В және С кiрiс сигналының сегiз мүмкiн болатын терiмi нөлден жетiге дейiн нөмiрленген. (сур.3.1)
№
А В С
F
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
0
0
1
0
1
1
1
сурет.3.1
Әр бiр терiм үшразрядты екiлiк код терiм нөмiрiне сәйкес. Оң жақ бағанада әр бiр терiмге F логикалық функциясының мәндерi көрсетiлген. Ақиқат таблицасы бойынша логикалық функцияға ЖДҚФ (жетiлдiрiлген дизъюнктивтi қалыпты форма) түрiнде теңдiк құруға болады, яғни функцияның бiрлiк терiмiне сай логикалық көбейтiндiлер қосындысы түрiнде :

(3.1)

(3.1) Теңдiгi қарапайым логикалық элементтер орындайтын логикалық қосу (дизъюнкция), көбейту (конъюнкция), терiстеу (инверсия) операцияларының көмегiмен жазылған. (сур.3.2).
"Ерекше НЕМЕСЕ" операциясы ЖДҚФ - да мына түрде жазылады
(3.2)

Терiм нөмерi
A
B
AB

A+B

0
1
2
3
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
Элемент

Белгiленуi
ЖӘНЕ

ЛИ
ЖӘНЕ-НЕ

ЛА
НЕМЕСЕ

ЛЛ
НЕМЕСЕ-НЕ

ЛЕ
Ерекше
НЕМЕСЕ

ЛП
Сурет -3.2

Логикалық функцияны түрлендiру үшiн келесi Буль алгебрасының заңдары қолданылады:
1) Орын ауыстыру А+В=В+А, АВ=ВА;
2) Жиынтықты (А+В)+С=А+(В+С), (АВ)С=А(ВС);
3) Тарату А(В+С)=АВ+АС;
4) Екi жақты
5) Екi жақты терiстеу
ЖДҚФ-да бұрын жазылған үш айнымалының логикалық функциясы мына түрде берiлуi мүмкiн

(3.3) теңдiгi бойынша құрылғының функционалдық сұлбасы құрылды (Сур.3.3).

Логикалық функцияны Венна диаграммасында кескiндеуге болады (Сур.3.4). Шеңбердiң iшiндегi аймақ айнымалының тура мәнiне сәйкес, сыртындағы - терiстеуге сәйкес. Венна диаграммасы екi және үш айнымалы бульдiк функцияны минимизациялау үшiн, логикалық теңдiк пен теңсiздiктi дәлелдеу үшiн

Сур. 3.4
Үш және төрт айнымалы логикалық функцияны минимизациялау үшiн Карно картасын қоолданған ыңғайлы (Сур.3.5,а және в). Карно картасы әр бiр тор көздерiнде ақиқат кестесiнiң белгiлi бiр терiмiне сәйкес тiкбұрышты кесте (Сур.3.5,б және г). Картада айнымалының тура мәнiнiң аймағы және әр бiр терiмге логикалық функцияның мәнi тiркейдi (0,1 немесе Х, егер функция берiлген терiмде анықталмаса).

Сур.3.5
Карно картасы бойынша логикалық функция үшiн минимизацияланған теңдеудiң жазылу ережесi:
1) Бiрлiкпен толтырылған блоктар бөлiнедi;
2) блок тiкбұрышты болу керек және 1, 2, 4 , 8 тор көздерiнен тұру керек;
3) блоктар мүмкiндiгiнше үлкен болу керек, ал олардың сандары азболуы керек;
4) Сол және оң, сол сияқты үстiңгi және астыңғы карта жолдары көршiлес болып саналады;
5) Бiр тор көз бiрнеше блокқа кiруi мүмкiн;
6) Кесек блокты алу үшiн, функция кез-келген түрде анықталуы мүмкiн (Х тұрған терiмде);
7) Бөлiнiп алынған блокты көрсететiн функция логикалық көбейтiндiлер ЛК түрiнде жазылады;
8) Егер оның нақты мәндерiнiң облыстрының блогы теңбе - тең бөлiнбесе, айнымалы ЛК құрамына кiрмейдi;
9) Егер қарастырылып отырған блок оның инверстiк мән облысында жатса, айнымалы инверсиялы ЛК құрамына кiредi;
10) Блоктағы нөлмен толтырылған тор көздерiн топтау кезiнде, сол ереже бойынша логикалық функцияның инверсиялық мәнiн аламыз.
Карно картасы бойынша (Сур.3.5,а) V төрт айнымалы логикалық функциясы мына түрде жазылады

Құрылғыға сай тарату варианты (Сур. 3.6,а) түрлендiрудi ескередi

Сур.3.6
Карно картасына сәйкес келетiн (сур .3.5,в), үш айнымалы F логикалық функция (оның ақиқат таблицасы сур.3.1 бiрдей), жоғарыдағы ереже бойынша мына түрде жазылады:
F = XY + XZ + YZ .
Екi жақтылық формуласын қолданып,ЖӘНЕ - НЕ элементтерiне таратуға ыңғайлы, мына түрге түрлендiруге болады (сур.3.6,б):

Логикалық элементтерде комбинационды сандық құрылғыны жобалау кезiнде, келесi тәртiптi ұсынуға болады:
1) Есеп шарты анықталады (жетiлдiрiлiп отырған құрылғы нақты не iстеу керек екендiгi анықталады, оның жұмыс алгоритмi нақтыланады);
2) Берiлген құрылғыға логикалық функция үшiн ақиқат кестесi құрылады;
3) Карно картсының көмегiмен логикалық функцияны минимизациялау жүргiзiледi;
4) Функция берiлген элементтiк базада тарату үшiн ыңғайлы түрге түрленедi;
5) Интегралды микросұлбалардың таңдалынған сериялы, логикалық элементтерде сандық құрылғының принципиалды сұлбасы жетiлдiрiледi (сур.3.7).
К155ЛА3
К55ЛА3
КР1533ЛА3
КР531ЛА3

К155ЛП5
К555ЛП5
КР1533ЛП5
КР531ЛП5

К155ЛЛ1
К555ЛЛ1
К531ЛЛ1

К155ЛИ1
К555ЛИ1
КР1533ЛИ1
КР531ЛИ1

К155ЛР3
К155ЛД1
К155ЛН1
К155ЛЕ1

Параметр
Микросұлба сериясы

К155
К555
КР1533
КР531
Рорт, мВт
tз.орт, нс
I[o]кiрiс, мА
I[1]кiрiс, мА
I[о]шығ, мА
I[1]шығ, мА
N
10
20
1,6
0,04
16
0,4
10
2
18
0,4
0,02
8
0,4
20
1,2
14
0,2
0,01
8
0,4
40
19
5
2
0,05
20
1
10
Сур.3.7. ТТЛ және ТТТЛШ логикалық элементтер микросұлбалар мысалдары Рорт. - орташа пайдалану қуаты; tз.орт - таратылудың орташа бөгелуi; I кiрiс және I шығ - кiрiс және шығыс тоқтар токтар; N - жүктемелiк қабiлеттiлiк (қосылатын элементтердiң максималды кiрiс саны).
Логикалық элемент К155ЛР3, логикалық кеңейткiшке қосылу үшiн К және Э кiрiстерi бар, мысалы, К155ЛД1.

1.3 Сандық миқросұлбаның белгісі

1) Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі.
Функционалдық белгісі бойынша интегралды микросұлбаның (операционды күшейткіштер, кернеу компараторлары, таймерлер, тұрақты кернеу стабилизаторы) анлогты сигналдарды өдейді және түрлендіреді. Мұндай сигналдарда ақпаратты тасушы амплитуда немесе импульс ұзақтығы, амплитуда, жиілік немесе синусоидалы кернеу фазасы, тұрақты кернеу деңгейі болып табылады. Цифрлық микросұлбалар цифрлы код түріндегі ақпараттарды өңдеу үшін арналған. Мұндай микросұлбалардың кез-келген кіріс немесе шығысында тек екі кернеу деңгейі: логикалық нөл және логкалық бірлік. Цифрлық аналогтық (ЦАТ) және анлогтық - цифрлық түрлендіргіштерге (АЦТ) арналған микросұлбаларды аналогтық қатарына жатқызады.
2) Дешифратордың түрлендіргіші.
Сандақ электронды термометр функционалдық сұлбасында (температура диапазоны 20-дан 400оС дейн) құрылғының аналогтық бөлігіне тұрақты тоқ күшейткіші (ТТК) және 12-разрядты АЦТ жатқызады, сандық бөлігіне - екілік кодты екілік ондық кодқа түрлендіргішін (XY) және бұл кодты төрт сандық жетісегментті индикаторлы басқарушы кодқа түрлендіргіш DC дешифраторы (сур.1.1).

Сурет 1.1
Сандық микросұлбаларды комбинационды және сатылы деп бөлуге болады. Комбинационды сандық құрылғының шығыс сигналының мәні уақыттың кез-келген мәнінде кіріс сигналының сол уақыт мәнәмен анықталады. Оларға логикалық элементтер, сумматорлар, код компараторлары, дешифраторлар, мультиплексорлар, код түрлендіргіштері жатқызылады. Сатылы сандық құрылғыларда есте сақтау жадылар болады. Олардың ағымдағы тактідегі шығыс сигналдары, осы тактідегі немесе алдыңғылардығы кіріс сигналдарының мәнімен анықталады. Сандық құрылғының жұмыс тактісі деп сандық кодтаудың уақыт бойынша да және деңгей бойынша да дискретизацияланады деп есептелінетін, әр бір сигнал деңгейіне берілетін соңғы уақыт қимасы. Сатылы сандық құрылғының қатарына триггерлер, регистрлер, санауыштар, оперативті есте сақтау құрылғысы, микропроцессорлар және микроконтроллер жатқызылады.
Сандық микросұлбаның белгіленуі, функционалдық белгісі бойынша мысалға, К555ЛА3 серия нөмірі (К555), топтама (Л-логикалық элемент) және түрі (А-элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС). Серияның бірінші саны конструкторлық-технологиялық белгісін сипаттайды (1,5,6,7-жартылайөткізгішті; 2, 4, 8-гибридті; 3-қалғандары). Кең қолданылатын сандық микросұлбалар жартылай өткізгішті технология бойынша орындалады, яғни кремнийлі кристалдың көлемін және беттігін фотолитография әдісімен.
3) Сандық миқросұлбаның белгісі.
Сандық микросұлбаларды өндіру үшін келесі логикалық базистар қолданылады:
* ТТЛ (К155, К133) - транзистор-транзисторлық логика;
* ТТЛШ (К555, К1533) - ТТЛ Шоттки диодымен;
* КМОП (К564, К1830) - комплементарлық МОЖ-технология;
* n-МОП (К580, К1816) - n-каналды МОЖ-технология;
* ЭСЛ (К100, К500) - эмиттерлік-байланысқан логика.
Анықтамаларда сандық құрылғының әр бір сериясы үшін логикалық 0 және 1 деңгейлері, орташа ұстамдылық, қолданылатын қуаты,жүктемелік қабілеті келтіріледі. Экономикалық тиімді микро-сұлбалар қатарына КМОЖ технология бойынша жасалынғандар жатқызылады. Жылдамдығы бойынша бірінші орында ЭСЛ-микросұлбалар, одан кейін ТТТЛШ.

1.4 Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі
Сандық құрылғыда ақпаратты өңдеу ереже бойынша есептелудің екілік жүйесінде жүзеге асырылады. Ондық санды екілікке ауыстыру бөлу әдісі арқылы орындауға болады. Ізделініп отырған сан бөлінгеннен кейінгі қалған қалдық түрінде, соңғысынан бастап жазылады. Мысалға:

Ақпараттың кіріс және шығыс құрылғысында, жазу үшін кез-келген ондық санның төрт екілік разряд берілетін, ондық сандардың екілік-ондық түрлері кеңінен қолданылады:
4710 =0100 01112-10
Екілік ақпараттың жазылуын қысқарту үшін микропроцессорлық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.