Радиотехнический сайт RADIOTRACT

Справочная информация\Библиотека\Цифровая техника, программирование ПЛИС\Вводный курс цифровой электроники

Вводный курс цифровой электроники. Фрике К., 2003г.

Книга дает научно обоснованное введение в цифровую электронику, предоставляя в полной мере ее основы, вплоть до конструирования и программирования. Читатель получает знания, которые делают возможным понимание большинства цифровых технических(логических) схем. Особенно детально рассматриваются логические схемы. На примерах обсуждаются наиболее часто применяемые стандартные схемы - мультиплексоры и преобразователи кода. Подробно анализируются основы арифметики с фиксированной запятой и аппаратная реализация арифметических блоков.
Для различных блоков ЗУ приводятся типовые временные диаграммы. В качестве введения в проектирование структур компьютеров представлены драйверы с программным управлением.
Подробно описана элементная база цифровых электроных устройств и рассмотрены ключевые проблемы их энергетики. Дано четкое введение в микропроцессорную технику.
Учебное пособие будет полезно инженерам-практикам, активно использующим элементную базу цифровой электроники, программирование микроконтроллеров и ПЛИС.

Название: Вводный курс цифровой электроники
Авторы: Фрике К.
Издание: М.: Техносфера, 2003
Формат: PDF
Страниц: 432

ISBN: 5-94836-015-6

Глава 1. Введение 16
Глава 2. Кодирование и системы счисления 19
2.1. Коды 19
2.2. Двоичный код 20
2.3. Арифметические операции с фиксированной запятой в двоичной системе 22
2.3.1. Целочисленное сложение в двоичной системе 22
2.3.2. Сложение чисел с фиксированной запятой 23
2.3.3. Представление с помощью обратного кода 23
2.3.4. Представление с помощью двойного дополнения (точное дополнение, two's complement) 24
2.3.5. Вычитание при представлении с помощью точного дополнения 25
2.3.6. Переполнение числового диапазона 26
2.3.7. Умножение 27
2.3.8. Деление 28
2.4. Шестнадцатеричный код 29
2.5. Восьмеричный код 30
2.6. Код Грея 30
2.7. Двоично-десятичный код 31
2.8. Алфавитно-цифровые коды 32
2.9. Упражнения 32
Глава 3. Переключательная алгебра 34
3.1. Переключательная переменная и переключательная функция 34
3.2. Двухразрядные переключательные функции 36
3.3. Вычислительные правила 38
3.4. Каноническая дизъюнктивная нормальная форма (KDNF) 40
3.5. Каноническая конъюнктивная нормальная форма (KKNF).. 41
3.6. Представление функций с помощью KKNF и KDNF 42
3.7. Минимизация с помощью переключательной алгебры 44
3.8. Способ упрощенной записи 45
3.9. Символическое обозначение логических элементов 46
3.9.1. Основы структуры символов 46
3.9.2. Индексация зависимости 47
3.9.3. Зависимость вида И (G) 47
3.9.4. Зависимость по типу ИЛИ (V) 48
3.9.5. Зависимость по типу EXOR (N) 49
3.9.6. Образующая соединение зависимость (Z) 49
3.9.7. Зависимость с передачей (X) 49
3.10. Упражнения 50
Глава 4. Поведение логических вентилей 52
4.1. Положительная и отрицательная логика 53
4.2. Определение времени переключения 54
4.3. Передаточная характеристика, запас по помехоустойчивости 56
4.4. Вентили 58
4.4.1. Вентили с открытым коллектором (open collector) ... 60
4.4.2. Вентиль с тремя состояниями 61
4.5. Упражнения 62
Глава 5. Схемотехника 64
5.1. КМОП 64
5.1.1. Нагрузочная способность 66
5.1.2. Основные схемы NAND и NOR 67
5.1.3. Передаточный вентиль 68
5.1.4. Элемент с тремя состояниями 69
5.1.5. Специфические свойства КМОП 69
5.2. ТТЛ 71
5.2.1. Нагрузка выходов 72
5.3. Эмиттерно-связанная логика 73
5.4. Интегральная инжекционная логика (IIL) 74
5.5. Рассеиваемая мощность и характеристики переключения транзисторных переключателей 76
5.6. Упражнения 78
Дополнение. Элементная база цифровых устройств. Энергетика обработки цифровой информации 79
Д.1. Введение 79
Д.2. Энергетика и скорость производства цифровой информации 79
Д.2.1. Классификация вентилей как энергопотребителей.... 81
Д.2.2. Общие вопросы энергетики цифровых вентилей 84
Д.2.3. Скорость производства информации 93
Д.З. Организация и энергетика цифровых схем без отношения 105
Д.3.1. Общий принцип организации схем и схемотехнические разновидности 106
Д.3.2. Энергетика производства информации 114
Д.3.3. Мощностные характеристики 116
Д.4. Схемотехнические и энергетические характеристики логических схем с отношением 118
Д.4.1. Классификация базовых вентилей с отношением 119
Д.4.2. Основные схемотехнические и структурно-топологические типы 121
Д.4.3. Особенности обработки информации и энергопотребления 128
Д.4.4. Особенности энергопотребления 130
Д.5. Схемотехника логических вентилей на токовых ключах.. 132
Д.5.1. Общий принцип схемотехнической организации и классификация 133
Д.5.2. Интегральная инжекционная логика 136
Д.5.3. Быстродействие и энергетика токовых ключей 145
Д.6. Принципы организации частично диссипативных схем ... 149
Д.6.1. Принцип адиабатического переключения 150
Д.6.2. Статические CMOS вентили с коллапсирующим импульсным питанием 153
Д.6.3. Вентили со ступенчатой перезарядкой выходной емкости 157
Д.7. Вентили с нетрадиционной организацией энергопитания 161
Д.7.1. Питание ионизирующим излучением 161
Д.7.2. Схемотехнические и структурно-топологические решения базовых логических вентилей, питающихся излучением 165
Д.8. Заключение 172
Глава 6. Логические схемы 173
6.1. Минимизация с помощью диаграмм Карно-Вейча 173
6.1.1. Минимизация KDNF 173
6.1.2. Минимизация нормальной KKNF 177
6.1.3. Диаграммы Карно-Вейча для 2, 3, 4, 5, 6 входных переменных 178
6.1.4. Неполностью заданные функции 178
6.2. Способ Квина-Мак-Класки 180
6.3. Другие направления оптимизации 184
6.3.1. Преобразование логической схемы И/ИЛИ в схему НЕ-И . 185
6.3.2. Преобразование логической схемы ИЛИ/И в логическую схему НЕ-ИЛИ 186
6.4. Воздействие времени задержки на логические схемы 187
6.4.1. Отрицательное воздействие на структуру 187
6.4.2. Отрицательное воздействие на функционирование... 189
6.4.3. Классификация отрицательных воздействий 190
6.5. Упражнения 190
Глава 7. Асинхронные триггеры 193
7.1. Принципиальные особенности структуры триггеров 194
7.2. Анализ асинхронных триггеров 194
7.3. Систематический анализ 196
7.4. Анализ с учетом задержки вентилей 198
7.5. Элементы ЗУ 201
7.5.1. Д5-триггер 201
7.5.2. JRS-Tpnrrep с тактовым входом 201
7.5.3. 1?-триггер 204
7.5.4. D-триггер с управлением по переднему фронту импульса 205
7.5.5. Управление передним и задним фронтом 210
7.5.6. J-К-триггер 211
7.5.7. Т-триггер 212
7.5.8. Пример 213
7.5.9. Общее о триггерах 213
7.6. Упражнения 216
Глава 8. Синхронные драйверы 219
8.1. Синтез драйверов (пример 1) 219
8.1.1. Постановка задачи 219
8.1.2. Формирование диаграммы состояний 220
8.1.3. Структура схемы управления электромеханическими устройствами 221
8.1.4. Формирование таблицы последовательности состояний 222
8.1.5. Формирование таблицы запуска и таблицы выходных сигналов 222
8.2. Синтез драйверов (пример 2) 225
8.2.1. Постановка задачи 225
8.2.2. Составление диаграммы состояний 225
8.2.3. Составление таблицы последовательности состояний 226
8.2.4. Разработка логической схемы для запускающих сигналов 226
8.2.5. Полная таблица состояний 227
8.2.6. Полная диаграмма состояний 228
8.2.7. Временные характеристики драйверов 229
8.3. Упражнения 231
Глава 9. Мультиплексоры и преобразователи кода 234
9.1. Мультиплексор 234
9.1.1. Реализация функций мультиплексора 235
9.2. Преобразователь кода 238
9.2.1. Преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный код 7442 239
9.2.2. Демультиплексор 240
9.2.3. Генерирование наборов функций 241
9.3. Аналоговые мультиплексоры и демультиплексоры 243
9.4. Упражнения 244
Глава 10. Цифровые счетчики 247
10.1. Асинхронный счетчик 247
10.1.1. Двоичный счетчик по модулю 8 247
10.1.2. Счетчик по модулю 6 248
10.1.3. Асинхронный обратный счетчик 249
10.1.4. Временные характеристики асинхронных счетчиков 250
10.2. Синхронные счетчики 251
10.2.1. 4-битовый двоичный счетчик 252
10.2.2. Счетчик по модулю 6 с использованием кода Грея ... 254
10.2.3. Синхронный 4-битовый реверсивный двоичный счетчик 74191 256
10.3. Упражнения 257
Глава 11. Сдвиговые регистры 258
11.1. Временные характеристики сдвиговых регистров 259
11.1.1. Сдвиговый регистр 74194 261
11.2. Сдвиговый регистр с обратной связью 262
11.2.1. Счетчик Мебиуса, счетчик Джонсона 264
11.2.2. Псевдослучайные последовательности 266
11.3. Упражнения 268
Глава 12. Арифметические устройства 269
12.1. Полный сумматор 269
12.2. Последовательный сумматор 269
12.3. Сумматор с последовательным переносом (ripple-carry-adder) .. 270
12.4. Сумматор с параллельным переносом 271
12.4.1. Каскадирование сумматоров с параллельным переносом 274
12.4.2. Сравнение сумматоров 275
12.5. Арифметико-логические вычислительные устройства (АЛУ) 276
12.5.1. Примеры операций 280
12.6. Компараторы 283
12.6.1. 2-битовый компаратор 284
12.6.2. Каскадируемые компараторы 286
12.7. Упражнения 286
Глава 13. Цифровые ЗУ 288
13.1. Принципиальная структурная схема ЗУ 289
13.2. ROM 289
13.3. PROM 291
13.4. EPROM 292
13.5. EEPROM 294
13.6. EAROM 295
13.7. NOVRAM 295
13.8. RAM 296
13.8.1. Статическое RAM 296
13.8.2. Пример работы RAM 297
13.9. Динамическое RAM 301
13.10. Квазистатическое DRAM 306
13.11. ЗУ «пожарная цепочка» 307
13.11.1. Примеры FIFO 307
13.12. Каскадирование ЗУ 308
13.13. Увеличение длины слов 309
13.14. Увеличение емкости ЗУ 309
13.14.1. Полное декодирование 311
13.14.2. Частичное декодирование 312
13.14.3. Линейное декодирование 314
13.15. Упражнения 315
Глава 14. Программируемые логические блоки 318
14.1. Семейства ASIC 319
14.2. Программируемые логические ИС (PLD) 322
14.2.1. Типы PLD 323
14.3. ROM, EPROM, EEPROM 324
14.4. PLA 326
14.5. PAL 332
14.6. GAL 334
14.7. Программирование логических блоков PLD 337
14.7.1. Тестирование 339
14.8. Программируемые полем вентильные матрицы (FPGA).. 339
14.8.1. Структура FPGA 340
14.8.2. Конфигурируемые логические блоки (CLB) 342
14.8.3. IO-блоки 342
14.8.4. Соединительные линии 343
14.8.5. Программирование FPGA 344
14.9. EPLD 345
14.9.1. Пример EPLD:CY7C343 345
14.10. Gate-Arrays 345
14.10.1. Структура канализированных вентильных матриц .. 346
14.11. ASIC со стандартными ячейками 350
14.12. ASIC на основе полностью заказного проектирования.... 351
14.13. Упражнения 351
Глава 15. Принципы построения микропроцессоров 353
15.1. Кооперирующиеся управляющие схемы 353
15.2. Компьютер фон-Неймана 354
15.3. Операционные блоки 355
15.3.1. Архитектура операционных блоков 355
15.3.2. Система шин 357
15.4. Управляющие блоки 358
15.5. Микропрограммирование 360
15.6. Упражнения 362
Глава 16. Структура, система команд и работа микропроцессора 363
16.1. Структура микропроцессора 363
16.2. Выводы 8085А 366
16.3. Блоки ЗУ и периферийные блоки 369
16.4. Периферийные блоки 370
16.5. Параллельный интерфейс микропроцессора 8255 371
16.6. Процесс выполнения команд 372
16.6.1. Цикл выборки операционного кода (OF) 374
16.6.2. Цикл считывания памяти (MR, memory read) 375
16.6.3. Цикл записи в ЗУ (MW, memory write) 376
16.6.4. Пример выполнения команды 377
16.7. Управление с помощью прерывания (interrupt) 378
16.8. Ассемблерное программирование 380
16.9. Набор команд 380
16.10. Команда перехода 381
16.10.1. Адресация типа «Register» 381
16.10.2. Адресация типа «Register Indirect» 382
16.10.3. Адресация типа «Immediate» 383
16.10.4. Адресация типа «Direct» 383
16.11. Арифметические команды 384
16.12. Логические операции 386
16.13. Установка и стирание флагов переноса (carry flag) 387
16.14. Команды сдвига 387
16.15. Разветвление программ 387
16.15.1. Пример перехода 388
16.16. Команды для подпрограммы 389
16.17. Команды для управления процессором 392
16.18. Ассемблерные команды 394
16.19. Примеры программ 397
16.19.1. Программирование параллельного интерфейса 8255 . 397
16.19.2. Передача данных в подпрограмму 398
16.20. Упражнения 400
А. Приложение 401
А.1. Индикация функций 401
Решения задач 405
Литература 427
Список технических терминов 428

Данные книги предоставлены исключительно в ознакомительных целях и должны быть удалены с вашего компьютера или любого иного носителя информации сразу после поверхностного ознакомления с содержанием.
Все авторские права на содержащийся в книге материал принадлежат правообладателю.
Без разрешения правообладателя материалы книги не могут быть использованы ни в каких целях, кроме ознакомительных.
Публикация материалов данного типа не преследует коммерческих целей и является рекламой бумажных аналогов (если такие существуют).
На данном сайте собраны лишь ссылки на литературу, имеющиеся в свободном доступе в сети интернет.