Chips de lógica. Parte 1

Artigo introdutório sobre chips lógicos. Descreve sistemas numéricos e a representação de um número binário usando sinais elétricos.

O moderno circuito integrado digital é uma unidade eletrônica em miniatura, cuja caixa contém elementos ativos e passivos conectados em um determinado padrão. Estes são transistores, diodos, resistores e capacitores.

O número de elementos nos microcircuitos modernos pode atingir várias centenas de milhares e até milhões de elementos. Apenas lembre-se microprocessadores, microcontroladores, chips de memória.

Para listar simplesmente todos os microcircuitos modernos, você não precisará de um artigo, mas de um livro bastante grosso. Neste artigo, consideraremos microcircuitos de pequeno e médio grau de integração, principalmente elementos lógicos simples.

Cerca de vinte anos atrás Circuitos Integrados (LSI)Como regra, eles executavam a função incorporada a eles durante o processo de fabricação. Em um microcircuito, um microcalculador, um relógio ou um nó de um computador eletrônico podem estar ocultos.

Atualmente difundido todos os tipos de microcontroladores: mesmo um dispositivo tão simples como Guirlanda de Natal de fabricação chinesa não há nada além de um microcontrolador programado.

Relógios eletrônicos, cronômetros domésticos, vários brinquedos de fala e canto também são obtidos através da programação do microcontrolador correspondente. Ou, como todo mundo está ouvindo agora, um piscar de olhos.

Em outras palavras, não controlador programado Este é o disco no qual o dispositivo com as propriedades necessárias para o desenvolvedor será obtido. E, apesar dessa universalidade, os sinais de entrada e saída do microcontrolador são os mesmos dos microcircuitos digitais de pequeno e médio grau de integração. Portanto, sem o conhecimento desses elementos já obsoletos e esquecidos, simplesmente não há caminho a percorrer.

No coração do trabalho circuitos digitais encontra-se um sistema de números binários. Ele também sustenta a operação de computadores pessoais modernos e todos os sistemas de computação e comunicação.

Na vida cotidiana, usamos o sistema de números decimais que contém dez dígitos de 0 a 9. Esse sistema surgiu porque cada pessoa tem dez dedos nas mãos. Alguns povos do norte contavam até vinte, e o número vinte era chamado "o homem inteiro".

Dez não é mais um dígito, mas um número que consiste em uma dez e zero unidades: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Exatamente da mesma maneira, o número 640 conterá seiscentas + quatro dezenas + zero unidades, ou na forma de números 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Esse sistema é chamado de posição decimal, ou seja, o peso da descarga depende da sua posição no número. É fácil perceber que serão unidades, dezenas, centenas, milhares, dezenas de milhares, centenas de milhares e assim por diante.

Em um sistema binário, um número é obtido exatamente da mesma maneira, mas não dez, mas dois e seu grau são usados ​​como base. Ou seja, não 1, 10, 100, 1000, 10000 e assim por diante, mas 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Cada número subsequente é obtido multiplicando o anterior pela base do sistema (neste caso, por 2), isto é elevando o anterior ao próximo grau. Para o sistema decimal, cada número anterior é multiplicado por dez, uma vez que a base do sistema numérico é dez.

Usando um número binário de oito bits (byte é chamado em tecnologia de computador), é possível representar números decimais no intervalo de 0 a 255, ou no formato binário 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

O número 640 mencionado acima corresponderá à entrada 640 = 10 1000 0000 (b) ou, como no exemplo anterior

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(b) no final do registro indica que o número é binário.A maneira mais fácil de verificar a correção dessa entrada é com a calculadora do Windows. Essa forma de informação de codificação acabou sendo muito conveniente para computadores, porque distinguir zero de um é tão simples quanto um contato fechado de um aberto ou uma lâmpada acesa de um extinto.

Se a informação binária for transmitida usando sinais elétricos, serão necessários apenas dois níveis de tensão. Como regra, é mais positivo (alto) e menos positivo ou até negativo (zero).

Na maioria das vezes, uma tensão de alto nível é considerada uma unidade lógica e uma tensão de baixo nível é considerada um zero lógico. Então eles dizem que estamos lidando com lógica positiva.

Além disso, também há lógica negativa: uma tensão de alto nível é um 0 lógico e um nível baixo é uma unidade lógica. Neste artigo, consideraremos apenas lógica positiva.

Um dos mais comuns e populares na época entre os radioamadores era microcircuitos da série K155. Para eles, a tensão zero lógica está no nível de 0 ... 0,4V, e a unidade lógica é 2,4 ... 5,0V. Isso ocorre apesar do fato de a tensão nominal de alimentação desta série ser de 5V com uma tolerância de + - dez por cento.

Para outras séries de microcircuitos com uma tensão de alimentação diferente, esses números são, obviamente, diferentes, mas dentro da mesma série, inalterados. Aproximadamente, podemos dizer que a tensão de uma unidade lógica na maioria das séries de microcircuitos varia de metade da tensão de alimentação à tensão de alimentação total.

Por exemplo, para microcircuitos da série K561 com uma tensão de alimentação de + 15V, a tensão da unidade lógica estará na faixa de + 7,5 ... 15V. A série K561 é operável com uma tensão de alimentação de 3 a 15V. Nesse caso, a tensão da unidade lógica estará dentro dos limites indicados acima.

Consideraremos a descrição de circuitos lógicos usando a série K155 como a mais comum e não exigimos precauções especiais ao trabalhar.

Essa série de chips é considerada funcionalmente completa e contém cerca de 100 itens. Isso significa que, com esta série, você pode implementar qualquer função lógica, mesmo a mais complexa.

No próximo artigo, vamos nos familiarizar com a operação e o dispositivo de microcircuitos digitais. Começaremos esse conhecimento com elementos lógicos que implementam as funções mais simples. Álgebra booleana (álgebra da lógica).

Boris Aladyshkin

Continuação do artigo: Chips de lógica. Parte 2 

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