Тема 14.
"Аналоговая и цифровая техника,
бинарное счисление, логические элементы."
Вся электронная техника по своей природе делится на две
большие группы: аналоговую и цифровую технику.
Основное отличие: аналоговая техника оперирует любыми
номиналами напряжений от микровольт до сотен тысяч вольт.
Цифровая техника оперирует только 2 уровнями напряжений «0» и «1»,
где напряжение «0» и «1» для данного цифрового устройства
всегда одинаково. Обычно «0» представлен уровнем 0В, «1» представлена
в каждом конкретном цифровом устройстве уровнями 5В, 3.3В, 1.8В, 1.2В
в зависимости от поколения прибора. Существует тенденция к снижению
напряжения «1» для понижения энергопотребления, ведь чем ниже уровень «1»,
тем экономичнее прибор.
Лучший пример аналогового прибора – усилитель. Кроме того аналоговыми
являются в основном приборы радиоприёма и передачи, а так же блоки питания.
Примером строго цифрового прибора является компьютерный процессор и память.
Существует тенденция к объединению аналоговых и цифровых устройств в одном
корпусе и даже на одном кристалле микросхем для удобства и лучших
потребительских показателей.
Так же существует тенденция к «цифровизации» приборов и устройств,
потому что цифровые устройства более помехозащищённые и имеют широкий спектр
применения, а так же много более удобны в наладке и использовании.
Основные преимущества цифровой техники:
1) Способность производить вычисления.
2) Гибкость в работе как следствие способности к перепрограммированию.
3) Большая помехозащищённость в хранении и пересылке информации.
Современная электроника (как цифровая , так и аналоговая) основана
на таком базовом элементе, как транзистор.
Из курса электроники известно, что транзистор может применяться
как усилитель и как ключ. Аналоговые устройства в основном используют
транзисторы как усилители, а цифровые приборы – как ключи.
Поскольку цифровая техника оперирует только 2 уровнями напряжений «0» и «1»,
существует потребность в «переводе» аналоговых напряжений на цифровой язык –
процесс оцифровки аналоговых сигналов – представления их как
последовательностей состояний «0» и «1» с помощью аналого-цифровых
преобразователей, и цифрово-аналоговых преобразователей,
осуществляющих обратное преобразование.
Двоичная (бинарная) система счисления необходима в вычислительной технике
потому, что цифровая техника представляет «ноль» как уровень напряжения
0 вольт и «единицу» как уровень напряжения 5 вольт ( в более новой
технике «единица» может быть представлена и более низкими уровнями 3.3В ,
1.8В , 1.2В и так далее для экономии энергопотребления).
Чтобы отобразить десятичное число в бинарном виде, следует записать
его как позиционно-отображаемое число с базой 2.
Для этого следует помнить, что любая позиционная система счисления
основана на записи цифр числа в ряд, когда каждая последующая цифра
умножается на базовое число (в двоичном (бинарном) счислении это 2)
в степени позиции (разряда) по возрастанию справа налево, начиная с 0.
В цифровой технике "0" или "1" носит называние бит. Число из 8 цифровых
разрядов носит название байт.
1024 байт = 1 килобайт, 1024 килобайт = 1 мегабайт.
Двоичным числом из 8 разрядов (бит) можно представить числа от 0 до 255.
Для производства логических вычислений,
которые позволяют реагировать на сигналы,
поступающие извне, и генерировать соответствующие им
управляющие сигналы, в цифровой тезнике существует ряд устройств,
называемых логическими элементами.
Элемент "НЕ" (NOT)
У данного логического элемента 1 вход и 1 выход
Элемент «НЕ» «переворачивает» входной сигнал – 0 в 1, а 1 в 0.
Примеры микросхем: hex inverter gate - SN74LS04
hex inverter gate schmitt-trigger - SN74LS14
hex inverting buffer - CD74HC4049
К155ЛН1 - Шесть логических элементов НЕ
Элемент "И" (AND)
У данного логического элемента 1 выход на 2 , 3 и более входов
Для элемента "И" действует правило:
если на входах хотя бы один 0, то на выходе будет 0.
Примеры микросхем:
dual 4-input AND gate - SN74LS21
quad 2-input AND gate - SN74LS08
Quad 2-input AND gate - HEF4081B
Dual 4-input AND gate - HEF4082B
Четыре логических элемента 2И - К155ЛИ1
Элемент "ИЛИ"(OR)
У данного логического элемента 1 выход на 2 , 3 и более входов
Правило для элемента "ИЛИ":
Если на входах хотя бы одна 1, на выходе будет 1
Примеры микросхем:
quad 2-input OR gate - SN74LS32
Quad 2-input OR gate - HEF4071B
Dual 4-input OR gate - HEF4072B
Triple 3-input OR gate - CD4075B
Четыре логических элемента 2ИЛИ - К155ЛЛ1
Элемент XOR (исключающее «ИЛИ»)
У данного логического элемента 2 входа и 1 выход.
Для элемента "XOR" действует правило:
если на входы одинаковые, то на выходе будет 0,
если входы разные, то на выходе будет 1.
Примеры микросхем:
quad 2-input XOR gate - SN74LS86A
XOR (Exclusive OR) Gate - CD4030B
Quad 2-input EXCLUSIVE-OR gate - HEF4070B
Четыре двухвходовых логических элемента исключающее ИЛИ - К155ЛП5
Логические элементы с элементом «НЕ» - «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ»
Примеры микросхем:
Четыре логических элемента 2И-НЕ - К155ЛА3
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ - К155ЛЕ1
quad 2-input NAND gate - SN74LS00
quad 2-input NOR gate - SN74LS02
Logic Gates SINGLE 2-IN NOR GATE - 74HC1G02GW
Компаратор
Компаратор не является чисто цифровым устройством,
в отличие от других логических элементов.
Его входы могут принимать аналоговые напряжения произвольных значений
(в диапазоне между 0 и 1). Выход компаратора – чисто цифровой.
Если напряжение на входе + компаратора больше, чем напряжение на входе -,
то на выходе логическая единица («1»),
а если напряжение на входе + компаратора меньше, чем напряжение на входе -,
то на выходе логический ноль («0»).
Компаратор используется для сравнения сигналов
или для оцифровки аналоговых сигналов.
Примеры микросхем:
LM193/LM293/LM393/LM2903 Low Power Low Offset Voltage Dual Comparators
TLC3704, TLC3704Q QUAD MICROPOWER LinCMOS VOLTAGE COMPARATORS
MAX985 single micropower Rail-to-Rail comparators
Список серии логических микросхем TTL 7400
Список серии логических микросхем CMOS 4000
Соответствие импортных микросхем серии 74 отечественнымbermanalexandr@gmail.com
Телефон администратора этой странички: +7 9827458948.