Дәріс №1. Кіріспе. Сандық интегралдық микросұлбалардың негізгі параметрлері және шартты белгілену жүйесі, классификациясы


1. Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі және Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі.

3.2.1.1 Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі және Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі.

       1) Функционалдық интегралды микросұлбаның белгісі.

Функционалдық белгісі бойынша интегралды микросұлбаның (операционды күшейткіштер, кернеу компараторлары, таймерлер, тұрақты кернеу стабилизаторы) анлогты сигналдарды өдейді және түрлендіреді. Мұндай сигналдарда ақпаратты тасушы амплитуда немесе  импульс ұзақтығы, амплитуда, жиілік немесе синусоидалы кернеу фазасы, тұрақты кернеу деңгейі болып табылады. Цифрлық микросұлбалар цифрлы код түріндегі ақпараттарды өңдеу үшін арналған. Мұндай микросұлбалардың кез-келген кіріс немесе шығысында тек екі кернеу деңгейі: логикалық нөл және логкалық бірлік. Цифрлық аналогтық (ЦАТ) және анлогтық –цифрлық түрлендіргіштерге  (АЦТ) арналған микросұлбаларды аналогтық қатарына жатқызады.

2)      Дешифратордың түрлендіргіші.

Сандақ электронды термометр функционалдық сұлбасында (температура  диапазоны 20-дан  400оС дейн) құрылғының аналогтық бөлігіне тұрақты тоқ күшейткіші (ТТК) және  12-разрядты АЦТ жатқызады, сандық бөлігіне – екілік кодты екілік ондық кодқа түрлендіргішін (X/Y) және бұл кодты төрт сандық жетісегментті индикаторлы басқарушы кодқа түрлендіргіш   DC  дешифраторы (сур.1.1).

Сандық микросұлбаларды комбинационды және сатылы деп бөлуге болады. Комбинационды сандық құрылғының шығыс сигналының мәні уақыттың кез-келген мәнінде кіріс сигналының сол уақыт мәнәмен анықталады. Оларға логикалық элементтер, сумматорлар, код компараторлары, дешифраторлар, мультиплексорлар, код түрлендіргіштері жатқызылады. Сатылы сандық құрылғыларда есте сақтау жадылар болады. Олардың  ағымдағы тактідегі шығыс сигналдары, осы тактідегі немесе алдыңғылардығы кіріс сигналдарының мәнімен анықталады. Сандық құрылғының жұмыс тактісі деп  сандық кодтаудың уақыт бойынша да және деңгей бойынша да дискретизацияланады деп есептелінетін, әр бір сигнал деңгейіне берілетін соңғы уақыт қимасы. Сатылы сандық құрылғының қатарына триггерлер, регистрлер, санауыштар, оперативті есте сақтау құрылғысы, микропроцессорлар және микроконтроллер жатқызылады.

Сандық микросұлбаның белгіленуі, функционалдық белгісі бойынша  мысалға,  К555ЛА3 серия нөмірі (К555), топтама (Л-логикалық элемент) және түрі (А-элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС). Серияның бірінші саны конструкторлық-технологиялық белгісін сипаттайды (1,5,6,7-жартылайөткізгішті; 2, 4, 8-гибридті; 3-қалғандары). Кең қолданылатын сандық микросұлбалар жартылай өткізгішті технология бойынша орындалады, яғни кремнийлі кристалдың көлемін және беттігін   фотолитография   әдісімен.

           3) Сандық миқросұлбаның белгісі.

Сандық микросұлбаларды өндіру үшін келесі логикалық базистар қолданылады:

  • ТТЛ (К155, К133) - транзистор-транзисторлық логика;
  • ТТЛШ (К555, К1533) - ТТЛ Шоттки диодымен;
  • КМОП (К564, К1830) - комплементарлық МОЖ-технология;
  • n-МОП (К580, К1816) - n-каналды МОЖ-технология;
  • ЭСЛ (К100, К500) - эмиттерлік-байланысқан логика.

Анықтамаларда сандық құрылғының әр бір сериясы үшін логикалық 0 және 1 деңгейлері, орташа ұстамдылық, қолданылатын қуаты,жүктемелік қабілеті келтіріледі. Экономикалық тиімді микро-сұлбалар қатарына КМОЖ технология бойынша жасалынғандар жатқызылады. Жылдамдығы бойынша бірінші орында ЭСЛ-микросұлбалар, одан кейін ТТТЛШ.

4.Ақпараттың сандық құрылғыға берілуі.

Сандық құрылғыда ақпаратты өңдеу ереже бойынша есептелудің екілік жүйесінде жүзеге асырылады. Ондық санды екілікке ауыстыру бөлу әдісі арқылы орындауға болады. Ізделініп отырған сан бөлінгеннен кейінгі  қалған қалдық түрінде, соңғысынан бастап жазылады. Мысалға:

Ақпараттың кіріс және шығыс құрылғысында, жазу үшін  кез-келген ондық санның төрт екілік разряд берілетін, ондық сандардың екілік-ондық түрлері кеңінен қолданылады:

4710 =0100 01112-10

Екілік ақпараттың жазылуын қысқарту үшін микропроцессорлық техникада оның оналтылық берілуі қолднылады. Бір оналтылық символға екілік тетрада сай келеді.

Сандардың әр түрлі санау жүйесіндегі сәйкестігі

Ондық сан

Оналтылық сан

Екілік сан

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

Сегіз еклік разряд (бит) бір байты құрайды. Микропрцессорлық құрылғысының жадысы әдетте байттік ұйымдастық болады.

Байт көмегі бойынша  мәндердің әртүрлі ақпаратын беруге болады:

  1. Ешқандай белгісі толық сан (0 ден 255 дейін);
  2. 0 ден 99 дейінгі сан екілік-ондық кодта;
  3. Микропроцессорлық командалардың кодтық берілуі;
  4. Сегіз датчиктің күйі;
  5. Көрсету үшін жеті кіші разряд қолданылатын Х кодтағы тура,кері және қосымша белгісі бар екілік, Х-сан модулі (0-ден 127-дейін) Сегізінші разряд – белгісі бар (0 – тұрақты сандар үшін, 1 – айнымалылар үшін).

Мысалы:

+16

-16

Тура код

0,Х

00010000

1,Х

10010000

Кері код

0,Х

00010000

1,

11101111

Қосымша код

0,Х

00010000

1,+1

11110000

Ассемблер тілінде сандарды жазу үшін В, Q, H суффикстары қолданылады:

- ондық сан

139

- екілік сан

10100101B

- сегіздік сан

357Q

- оналтылық сан

8EH  немесе  0FAH

Оқытылған тақырып бойынша келесілерді есте сақтаған пайдалы:

  1. тұрақты сандардың тура, кері  және қосымша кодтары сәйкес келеді;
  2. айнымалы санның қосымша кодын алу үшін тұрақты сан кодын терістеп және бірді қосу керек;
  3. Санның қосымша кодын тураға түрлендіру үшін,сол ереже бойынша жүзеге асырылады, яғни тура кодты қосымша кодқа;
  4. оналтылық сан A-F әріптерінен басталады, ассемблер тілінде жазылу кезінде сол жақтан нөлмен толықтырылады.