|
Читайте также: |
Базовый матричный кристалл (БМК) (англ. gate array, англ. Uncommited Logic Array, ULA) — большая интегральная схема. В отличие от ПЛИС (Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС) программируется технологически, путём нанесения маски соединений последнего слоя металлизации. БМК с маской заказчика обычно изготавливались на заказ небольшими сериями.
Основное применение БМК — средства вычислительной техники, системы управления технологическими процессами. Некоторые БМК, например Т34ВГ1 (КА1515ХМ1-216), применялись в советских клонах компьютера ZX Spectrum в качестве контроллера внешних устройств. Аналог БМК — микросхема ULA в компьютерах Синклера. В настоящее время БМК в большинстве применений вытеснены ПЛИС, не требующими заводского производственного процесса для программирования и допускающими перепрограммирование.
В России базовые матричные кристаллы производятся ОАО «Ангстрем», НПО Физика и рядом других предприятий.
Хз
32.
Программируемые логические матрицы (ПЛМ)
Современная электронная промышленность выпускает широкий спектр специализированных БИС, предназначенных для использования в нестандартной цифровой аппаратуре. Для таких БИС используется классификация по критерию участия заказчика в реализации конкретной функции (рис. 5.23.).
<="" div="">
Рис. 5.23.
Заказные ИС разрабатываются на основе стандартных или специально созданных элементов и узлов по функциональной схеме заказчика. Топологические слои заказной ИС проектируется и изготовляется по индивидуальным фотошаблонам, что позволяет достичь предельных значений технических параметров в данной технологии. Заказные БИС могут также проектироваться на основе стандартных элементов, находящихся в составе библиотеки, которая может включать как простые логические элементы (И - НЕ, ИЛИ - НЕ, триггеры), так и более сложные (сумматоры, умножители, арифметико-логические устройства).
Полузаказные БИС состоят из заранее спроектированной изготовителем постоянной части. При использовании БК специализация БИС достигается на заключительном этапе производства за счет нанесения переменных слоев межсоединений. ПЛИС поставляется потребителю в конструктивно-законченном виде и программирование производится электрическим способом.
ПЛМ — ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ
Структура ПЛМ
Рисунок 4. Базовая структура ПЛМ.
Базовую структуру ПЛМ можно увидеть на рисунке 4, где m, l, n — параметры ПЛМ
На входы первой матрицы поступают т входных переменных в виде как прямых, так и инверсных значений, так что матрица имеет 2т входных линий. На ее выходах формируются конъюнктивные термы, ранг которых не выше т. В дальнейшем для краткости конъюнктивные термы называются просто термами. Число термов не имеет прямой связи с величиной т является конструктивными параметрами матрицы — числом которое обозначим через l. Первая матрица идентична для обоих подходов SPLD, т. е. для ПЛМ и ПМЛ.
Термы поступают на вход матрицы ИЛИ. Эти матрицы для ПЛМ и ПМЛ различны. В ПЛМ матрица ИЛИ программируется, а в ПМЛ она фиксированная.
Программируемая матрица ИЛИ микросхем ПЛМ составлена из дизъюнкторов, имеющих по l входов. На входы каждого дизъюнктора при программировании можно подать любую комбинацию имеющихся термов, причем термы можно использовать многократно (т. е. один и тот же терм может быть использован для подачи на входы нескольких дизъюнкторов).
Число дизъюнкторов в матрице ИЛИ определяет число выходов ПЛМ, которое обозначим через п. Из изложенного видно, что ПЛМ позволяет реализовать систему из п переключательных функций, зависящих не более чем от m переменных и содержащих не более чем l термов.
31.
Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.
Триггерные схемы
Триггерные схемы в программе EWB 4.1 представлены в библиотеке Seg'I тремя типами триггеров RS, JK и D, показанных на рис. 9.32. Назначение выводов триггеров следующее. Для всех триггеров выходы Q — прямой, Q' — инверсный.
Для RS-триггера R — установка триггера в 0, при сигнале 1 на этом входе Q=0, Q'=1;
S — установка в 1, при сигнале 1 на этом входе Q=1, Q'=0; комбинация R=1, S=1 не изменяет состояния выходов и относится к запрещенным. Для JK-триггера J, К — информационные входы, > — тактовый вход; вывод сверху — асинхронная предус-тановка триггера в единичное состояние (Q=1) вне зависимости от состояния сигналов на входах (функционально аналогичен входу S RS-триггера); вывод внизу — асинхронная предустановка триггера в нулевое состояние (так называемая очистка триггера, после которой Q'=1); наличие кружочков на изображениях выводов обозначает, что активными являются сигналы низкого уровня, а для тактового входа — что переключение триггера производится не по переднему фронту тактового импульса, а по его срезу (так чаще всего называют задний фронт импульса). Для D-триггера вход D — информационный, состояние этого входа после подачи тактового импульса запоминается триггером, т.е. при D=1 имеем Q=1, при D=0 Q=0.
Для проведения исследования триггерных схем уже нельзя использовать логический преобразователь, поскольку триггер является элементом памяти. Для этого необходимо подключить к его входам генератор слова и светодиодные индикаторы к выходам. Схема для исследования наиболее сложного JK-триггера показана на рис. 9.33. Заметим, что тактовый вход триггера необходимо соединить с выходом синхронизации генератора.
Конечной задачей исследования является получение таблицы истинности, являющейся одной из основных характеристик триггера. Получение ее целесообразно проводить в следующем порядке:
О последовательно подать на входы предустановки триггера активные сигналы высокого уровня (сигнал 1) и зафиксировать состояние выхода триггеров для случая предустановки в 1 и 0, для проверки асинхронности этих входов указанные операции повторить при различных состояниях сигналов на тактовом и информационных входах; в дальнейшем на эти входы подавать только сигналы логического нуля;
О подать на тактовый и информационные входы сигналы 0 и 1 в различных комбинациях (на входах асинхронной предустановки при этом должны быть сигналы логического нуля для всех комбинаций) и зафиксировать для каждой комбинации состояние выходов триггера;
О на основании полученных результатов составить таблицу истинности.
Для понимания процессов, происходящих в триггерах, приведем схему тактируемого RS-триггера [20], показанную на рис. 9.34. Собственно RS-триггер выполнен на двух элементах 2И-НЕ U3, U4. Установка триггера в 0 или 1 возможна только при наличии разрешающего тактового импульса на тактовом входе С, т.е. такой триггер полностью идентичен JK-триггеру без цепей предустановки и дополнительных цепей обратной связи. Для введения таких цепей достаточно разорвать соединения в точках SI, R1 и ввести в разрыв элементы 2ИЛИ и элементы Ul, U2 заменить на трехвходовые. Если же вход S соединить со входом R через элемент НЕ, то получится D-триггер, в котором S-вход будет выполнять роль D-входа.
30.
Интегра́льная (микро) схе́ма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочи́п (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронноеустройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки [1].
На сегодняшний день большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.
Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС, чипом) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип -компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).
Цифровые схемы
Логические элементы
Триггеры
Счётчики
Регистры
Буферные преобразователи
Шифраторы
Дешифраторы
Цифровой компаратор
Мультиплексоры
Демультиплексоры
Сумматоры
Полусумматоры
Ключи
АЛУ
Микроконтроллеры
(Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)
Однокристальные микрокомпьютеры
Микросхемы и модули памяти
ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)
Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:
Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» — что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» — (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором — через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.
Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня. Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень воспринимается как низкий и наоборот, что маловероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов, позволяющих исправлять ошибки.
Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий интервал их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.
[править] Аналогово-цифровые схемы
цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).
Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС).
Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet).
Модуляторы и демодуляторы.
Радиомодемы
Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста
Трансиверы Fast Ethernet и оптических линий
Dial-Up модемы
Приёмники цифрового ТВ
Сенсор оптической мыши
Преобразователи напряжения питания и другие устройства на переключаемых конденсаторах
Цифровые аттенюаторы.
Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с последовательным интерфейсом.
Коммутаторы.
Генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации
Базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые первичные элементы.
29.
Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокойотрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.
В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.
Нелинейные эффекты
Насыщение — ограничение диапазона возможных значений выходного напряжения. Обычно выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания. Насыщение имеет место в случае, когда выходное напряжение «должно быть» больше максимального или меньше минимального выходного напряжения. ОУ не может выйти за пределы, и выступающие части выходного сигнала «срезаются» (то есть ограничиваются).
В моменты насыщения усилитель не действует в соответствии с формулой (1), что вызывает отказ в работе ООС и появлению разности напряжений на его входах, что обычно является признаком неисправности схемы (и это легко обнаруживаемый наладчиком признак проблем). Исключение - работа ОУ в режиме компаратора.
Искажение входного П-образного сигнала при ограниченной скорости нарастания выходного сигнала ОУ.
Ограниченная скорость нарастания. Выходное напряжение ОУ не может измениться мгновенно. Скорость изменения выходного напряжения измеряется в вольтах за микросекунду, типичные значения 1÷100 В/мкс. Параметр обусловлен временем, необходимым для перезаряда внутренних ёмкостей.
28.
Базовые логические элементы "И", "ИЛИ", "НЕ".
Алгебра логики – это математический аппарат, с помощью которого записывают, вычисляют, упрощают и преобразовывают логические высказывания.
Создателем алгебры логики является английский математик Джордж Буль (19 век), в честь которого она названа булевой алгеброй высказываний.
| Логическое высказывание – это любое повествовательное предложение, в отношении которого можно однозначно сказать, истинно оно или ложно. |
Например, предложение «6 – четное число» - высказывание, так как оно истинное.
Математический аппарат алгебры логики очень удобен для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера, поскольку основной системой счисления в компьютере является двоичная, в которой используются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: 1 и 0.
|
| Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию. |
Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др. (называемые также вентилями), а также триггер.
С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера.
Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 99 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |