Е-1 Безконтактні логічні елементи

      Безконтактні логічні елементи

1.Безконтактні логічні елементи

2.Класифікація електронних мереж

1.В схемах комбінаційного типу сигнал на виході залежить тільки від вхідних сигналів. До цього класу функціональних вузлів відносяться логічні ІМС, шифратори, дешифратори, кодоперетворювачі, пристрої порівняння, суматори, мультиплексори. Ці вузли мають мікроелектронне виконання, тобто є мікросхемами, але можуть бути також реалізовані на основі декількох логічних ІМС, тобто простіших за своїм функціональним складом. Наприклад, для виконання функції дешифратора можна вибрати відповідну ІМС, або використати декілька логічних ІМС, з'єднавши їх в схему дешифратора.

ІМС, які належать до однієї серії, можуть відрізнятись навантажувальною здатністю (кількістю входів інших елементів, що можуть одночасно бути під'єднані до виходу). Типове значення вказаного параметру не первищує 10. Але в серії ІМС включають і елементи з підвищеною навантажувальною здатністю, які мають потужніший вихідний каскад і тому здатні керувати не 10, а 30 або 50 елементами. Такі ІМС використовують також для роботи на лінії передачі.
Характерною особливістю деяких ІМС є те, що в їх вихідному каскаді відсутні резистори навантаження. Наприклад, у елементів ЕЗЛ (див.рис.3) можуть бути відсутні вихідні резистори (R4, R5) і емітери вихідних повторювачів виявляються "відкритими". У елементів ТТЛ та ТТЛШ (див.рис.4) можуть бути відсутніми опір і транзистори верхнього плеча складного інвертора. Такі виходи називають "з відкритим колектором". В серіях ІМС на МДП-транзисторах також є мікросхеми з відкритим стоковим виходом. Всі елементи з відкритим виходом (на відміну від інших елементів) можна з'єднювати в схеми "монтажне І". Суть такої схеми полягає в тому, що декілька виходів елементів під'єднані до одного навантаження з підключенням через опір до джерела живлення. Такі ІМС також допускають під'єднання навантажень типу тиристорів, реле, індикаторів та ін., але при умові, що струм навантаження не буде перевищувати допустимий вихідний струм елемента. Деякі ІМС в багатьох серіях мають виходи з трьома станами: лог.1, лог.0 та "відключено" (або так званий стан з високим імпедансом). В стані з високим імпедансом елемент, хоча і електирично під'єднаний до навантаження, але не віддає в нього і не приймає від нього струм.
   Логічні ІМС виконують операції кон'юнкції (І), диз'юнкції (АБО), інверсії (НЕ) та складніші логічні операції І-НЕ, АБО-НЕ і ін. Найзручніше стан входів та виходів логічних елементів задавати у виді таблиць, які називаються таблицями станів (таблицями істинності). Схемотехнічна реалізація логічних елементів у відповідності до вимог Єдиної системи конструкторської документації (ЄСКД).
   Логічна ІМС як функціональний вузол може складатись з кількох логічних елементів, кожен з яких виконує одну-дві операції з числа тих, що вказані раніше. Логічні елементи в функціональному відношенні є автономними і застосовуються в пристрої самостійно, незалежно від інших елементів, що входять до складу даної ІМС. Але необхідно враховувати і те, що всі елементи однієї ІМС зв'язані між собою колами живлення, тому якщо якийсь з елементів не використовується, він все одно споживає потужність від джерела живлення.    Тому, для зручності конструювання пристроїв, в серіях ІМС передбачають декілька типів логічних схем, які відрізняються кількістю логічних елементів та кількістю їх входів.
   Конструктивно логічні ІМС однієї серії об'єднані єдиною підкладкою і, оскільки кількість виводів обмежена, то і логічних елементів в такому корпусі можна розмістити тим менше, чим більше входів у кожного з них. Наприклад, серія К155, мікросхеми якої випускаються в корпусах з 14 та 16 виводами, містить наступний ряд логічних мікросхем: К155ЛА1 - два чотиривходові логічні елементи; К155ЛА2 - один восмивходовий; К155ЛА3 - чотири двовходові; К155ЛА4 - три тривходові логічні елементи.

2.Класифікація електронних систем

Вхідними та вихідними сигналами (англ. signal) електронної системи можуть бути аналогові сигнали (англ. аnalog signal), одиничні цифрові сигнали (англ. digital signal), цифрові коди, послідовності цифрових кодів. Відповідно системи можуть бути аналоговими, цифровими або комбінованими, тобто аналого-цифровими.

Якщо система аналого-цифрова, то вхідні аналогові сигнали перетворюються в послідовності кодів вибірок за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП), а вихідні аналогові сигнали формуються з послідовності кодів вибірок за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). Обробка й зберігання інформації виконуються в цифровому вигляді.

За своєю будовою електронні системи поділяють на системи на “жорсткій логіці” та мікропроцесорні системи.

Характерною особливістю традиційної цифрової системи на відміну від мікропроцесорної є те, що алгоритми обробки й зберігання інформації в ній жорстко зв'язані зі схемотехнікою системи. Тобто, зміна цих алгоритмів можлива тільки шляхом зміни структури системи, заміни електронних вузлів, що входять у систему, і/або зв'язків між ними. Саме тому традиційна цифрова система часто називається системою на "жорсткій логіці".

Будь-яка система на "жорсткій логіці" обов'язково є спеціалізованою системою, налаштованою винятково на одну задачу або (рідше) на декілька близьких, заздалегідь відомих задач. Це має свої безперечні переваги.

По-перше, спеціалізована система (на відміну від універсальної) ніколи не має апаратурної надмірності, тобто кожен її елемент обов'язково працює на повну потужність (звичайно, якщо ця система грамотно спроектована).

По-друге, саме спеціалізована система може забезпечити максимально високу швидкодію, тому що швидкість виконання алгоритмів обробки інформації визначається в ній тільки швидкодією окремих логічних елементів й обраною схемою шляхів проходження інформації. А саме, логічні елементи завжди мають максимальну на даний момент швидкодією.

Але в той же час великим недоліком цифрової системи на "жорсткій логіці" є те, що для кожної нової задачі її необхідно проектувати й виготовляти заново. Це процес тривалий, дорогий та потребує високої кваліфікації виконавців. Шлях подолання цього недоліку досить очевидний: необхідно побудувати таку систему, що могла б легко адаптуватися під будь-яку задачу, перебудовуватися з одного алгоритму роботи на інший без зміни апаратури. І задавати той або інший алгоритм шляхом уведення в систему додаткової керуючої інформації, програми роботи системи (рис. 1.2). Тоді система стане універсальною або програмованою, не жорсткою, а гнучкою. Саме це й забезпечує мікропроцесорна система.

Мікропроцесор (англ. microprocessor) – програмно-керований пристрій, призначений для обробки цифрової інформації й керування процесом цієї обробки, виконаний у вигляді однієї (або декількох) інтегральної схеми з високим ступенем інтеграції електронних елементів.

Зменшення вартості, споживаної потужності й габаритних розмірів, підвищення надійності й продуктивності мікропроцесорів сприяли значному розширенню сфери їхнього використання. Поряд із традиційними обчислювальними системами вони все частіше стали використовуватися в задачах керування та обробки. При цьому перед мікропроцесором ставилася задача програмного управління різними периферійними об'єктами в реальному масштабі часу.

Спрощена структурна схема мікропроцесорної системи управління має вигляд (рис.1.2).

Рисунок 1.2 – Структурна схема мікропроцесорної системи

На процесор покладається задача виконання всіх програмних дій, необхідних відповідно до алгоритму роботи пристрою. У блоці пам'яті зберігаються команди програми функціонування процесора, а також значення констант і змінних величин, що беруть участь в обчисленнях. Блок введення-виведення виконує функцію з’єднання мікропроцесорної системи з об'єктом керування.

Широке використання мікропроцесорної техніки саме для завдань керування привело до появи на ринку спеціалізованих мікропроцесорних пристроїв, орієнтованих на подібного роду застосування. Особливістю цих мікросхем є те, що крім власне процесора, на цьому ж кристалі розташована й система введення-виведення, що дозволяє знизити функціональну складність і габаритні розміри мікропроцесорної системи керування. Подібні пристрої називаються мікроконтролерами.

Мікроконтролер (англ. microcontroller) – обчислювально-керуючий пристрій, призначений для виконання функцій логічного контролю й керування периферійним устаткуванням, виконаний у вигляді однієї ВІС, що сполучає в собі мікропроцесорне ядро і набір вбудованих пристроїв введення-виведення.

У сучасній перетворювальній техніці мікроконтролери виконують не тільки роль безпосереднього керування напівпровідниковим перетворювачем за рахунок вбудованих спеціалізованих периферійних пристроїв, але й роль цифрового регулятора, системи захисту й діагностики, а також системи зв'язку з технологічною мережею вищого рівня.

Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати , переглянути відеофрагмент