رقائق المنطق. الجزء 1

مقالة تمهيدية حول رقائق المنطق. وصف أنظمة الأرقام وتمثيل الرقم الثنائي باستخدام الإشارات الكهربائية.

تعد الدائرة المتكاملة الرقمية الحديثة وحدة إلكترونية مصغرة ، يحتوي غلافها على عناصر نشطة وغير فعالة متصلة بنمط معين. هذه هي الترانزستورات ، الثنائيات ، المقاومات والمكثفات.

يمكن أن يصل عدد العناصر في الدوائر الدقيقة الحديثة إلى مئات الآلاف وحتى ملايين العناصر. فقط تذكر المعالجات الدقيقة ، ميكروكنترولر ، رقائق الذاكرة.

لسرد كل الدوائر الصغيرة الحديثة ، لن تحتاج إلى مقال واحد ، ولكن كتابًا سميكًا بالكامل. في هذه المقالة ، سننظر في الدوائر الدقيقة ذات درجة التكامل الصغيرة والمتوسطة ، بشكل أساسي عناصر المنطق البسيط.

منذ حوالي عشرين سنة الدوائر المتكاملة (LSI)وكقاعدة عامة ، أدوا الوظيفة المضمنة فيها أثناء عملية التصنيع. في إحدى الدوائر المصغرة ، يمكن إخفاء آلة حاسبة صغيرة أو ساعة أو عقدة للكمبيوتر الإلكتروني (الكمبيوتر).

على نطاق واسع حاليا جميع أنواع ميكروكنترولر: حتى مثل هذا الجهاز البسيط كما إكليل عيد الميلاد صيني الصنع لا يوجد شيء سوى متحكم مبرمج.

كما يتم الحصول على الساعات الإلكترونية ، وأجهزة ضبط الوقت المنزلية ، وألعاب الحديث والغناء المختلفة عن طريق برمجة متحكم المقابلة. أو ، كما يسمع الجميع الآن ، وميض.

وبعبارة أخرى لا تحكم مبرمج هذا هو القرص الذي سيتم من خلاله الحصول على الجهاز ذي الخصائص الضرورية للمطور. وعلى الرغم من هذه العالمية ، فإن إشارات المدخلات والمخرجات الخاصة بالمراقب الدقيق هي نفسها الدوائر الإلكترونية الرقمية ذات درجة التكامل الصغيرة والمتوسطة. لذلك ، وبدون معرفة هذه العناصر المتقادمة والمنسية بالفعل ، لا توجد طريقة للذهاب.

في قلب العمل الدوائر الرقمية يكمن نظام الأرقام الثنائية. كما يقوم على تشغيل أجهزة الكمبيوتر الشخصية الحديثة وجميع أنظمة الحوسبة والاتصالات.

في الحياة اليومية ، نستخدم نظام الأرقام العشرية الذي يحتوي على عشرة أرقام 0 ... 9. جاء مثل هذا النظام لأن كل شخص لديه عشرة أصابع على يديه. عدّ بعض شعوب الشمال حتى عشرين عامًا ، وكان العدد العشرين يُسمى "الرجل كله".

الرقم 10 لم يعد رقماً ، ولكن الرقم يتكون من وحدة واحدة من عشرة أو صفر: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. بالطريقة نفسها تمامًا ، سيحتوي الرقم 640 على ستمائة + أربع عشرات + صفر وحدة ، أو في شكل أرقام 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

يسمى هذا النظام الموضعية العشرية ، أي يعتمد وزن التفريغ على موضعه في العدد. من السهل ملاحظة أن هذه الوحدات ستكون ، عشرات ، مئات ، آلاف ، عشرات الآلاف ، مئات الآلاف وما إلى ذلك.

في النظام الثنائي ، يتم الحصول على الرقم بالطريقة نفسها تمامًا ، ولكن ليس عشرة ، ولكن يتم استخدام الرقم ودرجته كأساس. هذا هو ، ليس 1 ، 10 ، 100 ، 1000 ، 10000 وما إلى ذلك ، ولكن 1 ، 2 ، 4 ، 8 ، 16 ، 32 ، 64 ، 128. يتم الحصول على كل رقم لاحق بضرب الرقم السابق في قاعدة النظام (في هذه الحالة ، ب 2) ، أي رفع السابق إلى الدرجة التالية. بالنسبة للنظام العشري ، يتم ضرب كل رقم سابق بعشرة ، لأن قاعدة نظام الأرقام هي عشرة.

باستخدام رقم ثنائي من 8 بت ، (تسمى البايت في تكنولوجيا الكمبيوتر) ، يمكن تمثيل الأرقام العشرية في النطاق 0 ... 255 ، أو في شكل ثنائي 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

الرقم 640 المذكور أعلاه سوف يتوافق مع الإدخال 640 = 10 1000 0000 (b) أو ، كما في المثال السابق

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

(ب) في نهاية السجل يشير إلى أن الرقم ثنائي.أسهل طريقة للتحقق من صحة هذا الإدخال هي باستخدام حاسبة Windows. اتضح أن هذا الشكل من معلومات الترميز ملائم للغاية لأجهزة الكمبيوتر ، لأن التمييز بين الصفر والآخر بسيط مثل الاتصال المغلق من مصباح مفتوح أو مصباح محترق من مصباح منقرض.

إذا تم إرسال المعلومات الثنائية باستخدام إشارات كهربائية ، فلن يلزم سوى مستويي جهد فقط. وكقاعدة عامة ، تكون أكثر إيجابية (عالية) وأقل إيجابية أو حتى سلبية (صفر).

في معظم الأحيان ، يعتبر الجهد العالي المستوى وحدة منطقية ، ويعتبر الجهد المنخفض المستوى صفرًا منطقيًا. ثم يقولون أننا نتعامل مع المنطق الإيجابي.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا منطق سلبي: الجهد العالي المستوى هو 0 منطقي ، والمستوى المنخفض هو وحدة منطقية. في هذه المقالة سننظر في المنطق الإيجابي فقط.

واحدة من الأكثر شيوعا وشعبية في ذلك الوقت بين هواة الراديو كان الدوائر الصغيرة من سلسلة K155. بالنسبة لهم ، فإن الجهد الصفري للمنطق يكون عند مستوى 0 ... 0.4V ، والوحدة المنطقية هي 2.4 ... 5.0V. هذا على الرغم من حقيقة أن فولطية العرض المقدرة لهذه السلسلة هي 5V مع تسامح + - عشرة بالمائة.

بالنسبة إلى سلسلة أخرى من الدوائر الكهربائية الصغيرة ذات جهد تزويد مختلف ، فهذه الأرقام مختلفة بالطبع ، ولكن ضمن نفس السلسلة ، لم تتغير. يمكن القول تقريبًا أن جهد الوحدة المنطقية في معظم سلاسل الدوائر الصغيرة يتراوح من نصف جهد التيار الكهربائي إلى الجهد الكامل للإمداد.

على سبيل المثال ، بالنسبة للدوائر الكهربائية المصغرة من سلسلة K561 بجهد إمداد + 15 فولت ، سيكون جهد الوحدة المنطقية في حدود + 7.5 ... 15V. سلسلة K561 قابلة للتشغيل بجهد إمداد خلال 3 ... 15V. في هذه الحالة ، سيكون جهد الوحدة المنطقية ضمن الحدود الموضحة أعلاه.

سننظر في وصف الدوائر المنطقية باستخدام سلسلة K155 باعتبارها الأكثر شيوعًا ولا تتطلب احتياطات خاصة عند العمل.

تعتبر هذه السلسلة من الشرائح كاملة وظيفيًا وتحتوي على حوالي 100 عنصر. هذا يعني أنه مع هذه السلسلة ، يمكنك تنفيذ أي وظيفة منطقية أكثر تعقيدًا.

في المقالة التالية ، سنتعرف على تشغيل الدوائر الإلكترونية الرقمية وجهازها. سنبدأ هذا التعارف مع العناصر المنطقية التي تنفذ أبسط الوظائف. الجبر المنطقي (جبر المنطق).

بوريس الأديشين

استمرار المقال: رقائق المنطق. الجزء 2 

كتاب الكتروني -دليل المبتدئين إلى ميكروكنترولر AVR

Comments

[#1 أليكسي]

اتضح أنه في هذه الحالة ، تختلف سلسلة الرقائق K561 و K155 فقط في جهد التيار الكهربائي ، لكن هل تؤدي الوظيفة نفسها؟