Цифровая интегральная схема

Элементной базой современных цифровых устройств и систем являются цифровые интегральные схемы.

Цифровая интегральная схема (ИС) – это микроэлектронное изделие, изготовленное методами интегральной технологии (чаще полупроводниковой), заключенное в самостоятельный корпус и выполняющее определенную функцию преобразования дискретных (цифровых) сигналов.

ИС (рис. 1.8) обязательно имеет следующие выводы ("ножки"):

· выводы питания: общий ("земля") и напряжения питания. Данные выводы на схемах обычно не показываются;

· выводы для входных сигналов ("входы"), на которые поступают внешние цифровые сигналы;

· вывод или выводы для выходных сигналов ("выходы"), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.

Каждый вывод имеет свой номер, например «Uп» – 14, «Общий» - 7 и т.д.

Каждая микросхема преобразует тем или иным способом последовательность входных сигналов в последовательность выходных сигналов или сигнал.

Способ преобразования чаще всего описывается:

· логическим выражением;

· в виде таблицы (таблицы истинности), которая отображает значение выходного сигнала (сигналов) соответствующее конкретному набору значений входных сигналов

· в виде временных диаграмм, то есть графиков зависимости во времени значений выходного сигнала (сигналов) от значений входных сигналов.

Если Х1 и Х2 – входные сигналы, F – выходной сигнал, то примеры описания способов преобразования для операции «Коньюнкция» можно представить в видах приведенных в Таблице 1.5.

ИС может содержать несколько одинаковых цифровых элементов (узлов) которые выполняют одну и ту же функцию. В зависимости от сложности выполняемого преобразования таких элементов в интегральной схеме может быть разное количество.

Например, элементов выполняющих операцию «Коньюнкция» над двумя входными сигналами (Х1,Х2) в ИС – четыре, а элементов выполняющих операцию «Коньюнкция» над тремя входными сигналами (Х1,Х2,Х3) в ИС – три (рисунок 1.9.).

Таблица 1.5.

Логическое выражение

Таблица истинности

Диаграмма

F = Х1*Х2 = Х1 L Х2


Х1	Х2	F

Как уже говорилось, все цифровые микросхемы работают с логическими сигналами, имеющими два разрешенных уровня напряжения. Один из этих уровней называется уровнем логической единицы (или единичным уровнем), а другой — уровнем логического нуля (или нулевым уровнем). Чаще всего логическому нулю соответствует низкий уровень напряжения, а логической единице — высокий уровень. В этом случае говорят, что принята "положительная логика".

Однако при передаче сигналов на большие расстояния и в системных шинах микропроцессорных систем порой используют и обратное представление, когда логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения, а логической единице — низкий уровень. В этом случае говорят об «отрицательной логике».

В данном пособии речь будет идти о положительной логике.