Основи на цифровата електроника

Въведение в цифровата електроника

От най-ранна древност, от началото на цивилизацията, хората са изпитвали нуждата да смятат. Учените смятат, че първо е имало понятия, характеризиращи количеството, и едва след това са се появили думи, които са обозначавали качествените характеристики на обектите. Постепенно възникват и се оформят различни системи за броене. Най-широко разпространена в древността и в наши дни е десетичната система на смятане. Това се обяснява просто: човек има десет пръста на ръцете си, тоест ръцете са сметало с увреждания, но които винаги са с вас.

Има много системи с числа, по принцип всяко число може да бъде основата на системата, но не всички от тях са удобни и се използват на практика. Шестдесетичната система е широко разпространена, използва се при отчитане на времето: 60 секунди \u003d 1 минута. 60 мин. = 1 час и дванадесетичен, когато резултатът се съхранява в дузини и същата система е паричната система, приета във Великобритания.

Ние се интересуваме от най-простата и най-разпространената двоична (двоична) система на смятане в наше време. Всички компютри от персонални компютри до суперкомпютриCray-2, цялото управление на космически обекти, битовата електроника, радиоразпръскването и телевизията работят в цифров формат. Основата на всички цифрови технологии е именно двоичната система на смятане.

И накрая, през 30-те години на XX век Клод Шанън защитава интересна дисертация. Нейната тема беше използването на релета и превключватели за създаване на примитивен сумиращ калкулатор. Всички принципи на работа са реализирани на базата на двоична аритметика и булева алгебра. Всъщност цялата цифрова технология се основава на тази дисертация, тоест тя служи като семето, от което е израснало и продължава да расте огромно цифрово дърво.електроника.

Двоично смятане.

Той използва само две цифри: "1 " и "0 ". За електрониката няма нищо по-удобно. Действително: "1 " - светлината свети, контактът е затворен, има импулс. "0 " - лампата е изключена, контактът е отворен, вместо импулс има нисък потенциал. С тези две цифри може да се покаже всяко число.

Първоначално това може да изглежда неудобно, тъй като числата са твърде дълги, но предвид скоростта на съвременните процесори и броя на операциите в секунда, които в свръхмощните компютри могат да достигнат фантастични стойности, достигащи 20 000 терафлопа, дълбочината на битовете на представените числа не играе почти никаква роля. 1 терафлоп е 1 трилион операции в секунда.

Преобразуването на числата от десетичната система в двоичната система се извършва чрез последователно деление на числото на 2. Първото деление дава най-малката цифра, а последното деление - най-значимата цифра на числото. Ако числото се дели без остатък, пишем "0", а с остатъка пишем "1".2013 10 =11111011101 2, което означава, че текущата година при база 10 е равна на посоченото число при база 2. За да преобразувате обратно, просто добавете теглата на цифрите, които са степени на 2. Цифровото число започва от 0, след това от 1, 2,3. 10. За този пример получаваме: 1024+512+256+128+64+16+8+4+1=2013. Липсват втората и шестата цифра, където има нули, тоест 2 и 32.

Двоично число е лесно да се представи като последователност от правоъгълни импулси.

Фигурата показва захранващото напрежение +5.0V. Транзисторно-транзисторните логически (TTL) интегрални схеми работят при това захранващо напрежение с ниска степен на интеграция, които по едно време бяха много популярни средрадиолюбители. Те се използват дори и сега в прости домашни продукти. Това са микросхеми от серията K155, K133 и микросхеми с висока скорост и по-висока честота KR1533 и K555. Използваха диоди на Шотки.

Нивото на логическа единица не трябва да бъде ниво +5,0 V, както е показано на фигурата. Логическата единица може да бъде в диапазона от + 2.4V до + 5V, а логическата нула в диапазона от 0V до + 0.4V. Ако на изхода на микросхемата, когато се проверява с осцилоскоп, изходът се оказа с напрежение в диапазона от +0,4 до +2,4, тогава това състояние се нарича ниво "сиво ". Това означаваше:

a) тази микросхема е дефектна;
c) този чип се поставя от следващия чип.

Тъй като микросхемите идват с различни захранващи напрежения, нивата на логическа нула и логическа единица ще имат различни стойности. Логиката, при която логическата единица е положителна, се нарича положителна логика. Има схеми, където логическата единица е равна на нула, а логическата нула е импулс с отрицателна полярност.

Сега, след като сте запознати с основите на цифровата електроника, отделете време да научите за основните логически портове и RS тригер.