Základy číslicové techniky
Základy číslicové techniky
Základy číslicové techniky
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Základy</strong> <strong>číslicové</strong> <strong>techniky</strong><br />
Realizace logických obvodů
Historické realizace<br />
• reléová logika<br />
• diodová logika<br />
• RTL<br />
– rezistorově - tranzistorová logika<br />
• na vstupu hradla rezistor, bipolární tranzistor na<br />
výstupu<br />
• ECL (Emitter Coupled Logic)<br />
– na svoji dobu (60. – 70. léta) velmi rychlá<br />
(MHz) díky tranzistorům zapojeným jako<br />
emitorové sledovače
TTL<br />
TTL = transistor – transistor logic<br />
• na vstupu i na výstupu bipolární tranzistor<br />
• 70. léta, ve formě integrovaných obvodů<br />
– první masové rozšíření integrovaných obvodů<br />
• napájení +5V<br />
• úrovně:<br />
– log.0: 0V až 0,8 V<br />
• na výstupu obvodu v log. 0 není více jak 0,4V<br />
– log.1: 2,4V až 5 V<br />
• 2,0 V vyhodnotí obvod ještě jako log. 1<br />
• dodnes mají jednočipové mikropočítače signály<br />
v úrovních TTL
Zapojení hradla NAND TTL<br />
víceemitorový<br />
tranzistor<br />
tranzistory pracují ve spínacím režimu
Zapojení hradla NAND TTL<br />
Log. 1 Log. 0<br />
sepnutý<br />
rozepnutý<br />
rozepnutý<br />
sepnutý
• logický zisk N<br />
Parametry hradel<br />
– kolik vstupů můžeme zapojit na 1 výstup<br />
– u TTL typicky N=10<br />
• zpoždění<br />
– v počátcích typ. 20 ns, později 10 ns<br />
– dnes u CMOS v řádech 10 ps
Řada LS<br />
• vylepšená řada LS (Low Schotky)<br />
– řada s nízkým příkonem a rychlými<br />
Schotkyho tranzistory (přechod kovpolovodič)
Speciální výstupy<br />
Otevřený kolektor<br />
• výstup hradla není dvojčinný<br />
– nemá oba tranzistory<br />
• chybí „pull-up“ tranzistor, který zajišťuje<br />
log. 1<br />
– musí se zajistit externím rezistorem<br />
• realizuje se tzv. vodičový součin wireand
Otevřený kolektor<br />
(open collector)
Vodičový součin
Třístavový výstup<br />
• výstup obvodu může být kromě log. 0 a log. 1<br />
ve třetím stavu, tj. vývod obvodu je odpojen<br />
od vnitřní logiky<br />
princip<br />
vstup enable = povolení<br />
Je-li \E = 1, je výstup ve třetím stavu<br />
(odpojen)<br />
Je-li \E = 0, je výstup aktivní (0 nebo 1)
Třístavový výstup<br />
skutečné provedení<br />
Pro \E = 1 jsou uzavřeny (rozepnuty) oba<br />
tranzistory T3 i T4
Třístavový výstup<br />
• k čemu je dobrý?<br />
• k připojení obvodů na sběrnici =<br />
vícebodový spoj<br />
– když jeden obvod vysílá, výstupy ostatních<br />
obvodů musejí být odpojeny
Sběrnice
Řada obvodů 74xx<br />
• obvody TTL se vyráběly v řadě s označením<br />
74xx, resp. 74LSxx<br />
– 7400 – 4x dvouvstupový NAND
Řada obvodů 74xx
Řada obvodů 74xx<br />
7400<br />
(74LS00)<br />
7404<br />
(74LS04)
Třístavový obousměrný budič<br />
74LS245
Obvody CMOS<br />
• technologie, kterou jsou dnes vyráběny<br />
logické obvody, procesory<br />
• základem je unipolární tranzistor<br />
• výhody:<br />
– malé rozměry hradla<br />
– nízký příkon ve statickém režimu<br />
– nevýhoda: příkon roste s kvadrátem<br />
hodinové frekvence
Obvody CMOS<br />
• původně napájení až 15V<br />
• dnes se napájení snižuje<br />
– 5V, 3,3V, 2,5V, 1,8V<br />
• úrovně:<br />
– log.0: 0V až 0,3*Ucc (0,3 * napájecí napětí)<br />
– log.1: 0,7*Ucc až Ucc<br />
• vyráběly se v řadě 40xx, dnes označení dle<br />
TTL, např. 74HCxx, resp. 74HCTxx (TTL<br />
kompatibilní)
Hradlo NAND CMOS
Nedokonalosti v realizaci obvodů<br />
1. reálné obvody mají zpoždění<br />
2. díky různým zpožděním signálu v různých<br />
větvích obvodu může dojít k nestabilitě na<br />
výstupu (zakmitání) při změně vstupního<br />
signálu - hazardy
Hazardy<br />
statický<br />
dynamický
Change language