Общая характеристика. Элементы цифровой электроники

Элементы цифровой электроники

Цифровое представление информации позволяет передавать и обрабатывать ее без искажений. Оно оказывается наиболее рациональным для компьютеров, измерительных приборов, сигналов управления и т.д. В настоящее время цифровые устройства применяются все шире, вытесняя аналоговые устройства, то есть такие, которые используют непрерывные сигналы.

Цифровые микросхемы выпускаются на основе различных полупроводниковых элементов. Наиболее распространены микросхемы двух технологий - ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) и КМОП (комплементарные МОП-структуры). ТТЛ реализуется на биполярных транзисторах, КМОП - на полевых. Микросхемы ТТЛ и КМОП работают на основе транзисторных усилителей, которые переключаются между режимами отсечки и насыщения. В некоторых случаях для повышения быстродействия насыщения не допускают, используя режим, близкий к насыщению.

Микросхемы ТТЛ обладают большим быстродействием, но меньшей помехоустойчивостью, и они потребляют больше энергии в сравнении с микросхемами КМОП. В больших интегральных схемах (БИС) преобладают КМОП-структуры, так как размещение на одном кристалле большого количества биполярных транзисторов приведет к его перегреву. При работе с микросхемами КМОП нужно обеспечить отсутствие статического электричества, так как оно может их испортить.

В цифровой форме информация обычно имеет вид последовательности двоичных (логических) чисел 0 и 1. В электронных устройствах нуль чаще всего кодируется низким уровнем напряжения (например, для микросхем ТТЛ от -0,5 до +0,4 В), а единица - высоким уровнем (для ТТЛ от +2,4 до +5,5 В). Такая кодировка называется положительной логикой. Если нулю соответствует высокий уровень напряжения, а единице - низкий, то это называется отрицательной логикой.

Суть цифровой электроники состоит в том, чтобы в соответствии с входными цифровыми сигналами вырабатывать выходные цифровые сигналы. Эти задачи разделяются на два класса: комбинационные и последовательные.

Комбинационные задачи решаются схемами, у которых выходные сигналы соответствуют входным сигналам в настоящий момент времени. Комбинационные схемы реализуют различные функции математической логики.

Последовательные задачи представляют более широкий класс. Выходные сигналы последовательных схем зависят не только от входных сигналов в настоящий момент времени, но и от входных сигналов в предшествующие моменты времени. Иначе говоря, последовательные схемы- это схемы с памятью. Последовательные схемы могут быть собраны на основе элементов комбинационной логики.

Цифровые устройства могут работать в асинхронном или синхронном режиме. В асинхронном режиме командой к изменению состояния выходов элемента цифровой схемы служит изменение входных сигналов этого элемента. Переключение одних элементов может не совпадать по времени с переключением других элементов цепи. В синхронном режиме изменение выходов всех элементов происходит одновременно в момент прихода тактового импульса. Для работы элемента цифровой схемы в синхронном режиме необходимо, чтобы он имел специальный вход для приема тактовых импульсов.

Рассмотрим примеры элементов цифровой электроники.

Дата добавления: 2015-06-04