КнигоПровод.Ru27.11.2024

/Наука и Техника

Вводный курс цифровой электроники — Фрике К.
 Вводный курс цифровой электроники
Фрике К.
год издания — 2003, кол-во страниц — 432, ISBN — 5-94836-015-6, тираж — 5000, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ матов., издательство — Техносфера
серия — Мир электроники
КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ
Klaus Fricke
Digitaltechnik Lehr- und Übungsbuch für
Elektrotechniker und Informatiker
2., durchgesehene Auflage
Mit 147 Abbildungen und 86 Tabellen
©2001 Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH,
Braunschweig/Wiesbaden
Пер. с нем. под ред. В. Я. Кремлева
Рекомендовано МИЭТ в качестве учебного пособия для студентов, специализирующихся в области проектирования цифровых интегральных схем
Формат 70x100 1/16. Офсетная печать. Бумага офсет №1, плотность 65 г/м2
ключевые слова — мультиплексор, микропроцессор, микроконтроллер, схемотехник

Книга даёт научно обоснованное введение в цифровую технику, предоставляя в полной мере её основы, вплоть до конструирования и программирования. Читатель получает знания, которые делают возможным понимание большинства цифровых технических схем. Особенно детально рассматривается синтез логических схем. 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 устройств и рассмотрены ключевые проблемы их энергетики. Дано чёткое введение в микропроцессорную технику. Учебное пособие будет полезно инженерам-практикам, активно использующим элементную базу цифровой техники, программирование микроконтроллеров и ПЛИС.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1.
Введение16
 
Глава 2.
Кодирование и системы счисления19
2.1. Коды19
2.2. Двоичный код20
2.3. Арифметические операции с фиксированной запятой в
двоичной системе		22
2.3.1. Целочисленное сложение в двоичной системе22
2.3.2. Сложение чисел с фиксированной запятой23
2.3.3. Представление с помощью обратного кода23
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 диапазона26
2.3.7. Умножение27
2.3.8. Деление28
2.4. Шестнадцатеричный код29
2.5. Восьмеричный код30
2.6. Код Грея30
2.7. Двоично-десятичный код31
2.8. Алфавитно-цифровые коды32
2.9. Упражнения32
 
Глава 3.
Переключательная алгебра34
3.1. Переключательная переменная и переключательная
функция		34
3.2. Двухразрядные переключательные функции36
3.3. Вычислительные правила38
3.4. Каноническая дизъюнктивная нормальная форма
(KDNF)		40
3.5. Каноническая конъюнктивная нормальная форма (KKNF)41
3.6. Представление функций с помощью KKNF и KDNF42
3.7. Минимизация с помощью переключательной алгебры44
3.8. Способ упрощённой записи45
3.9. Символическое обозначение логических элементов46
3.9.1. Основы структуры символов46
3.9.2. Индексация зависимости47
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. Упражнения50
 
Глава 4.
Поведение логических вентилей52
4.1. Положительная и отрицательная логика53
4.2. Определение времени переключения54
4.3. Передаточная характеристика, запас по помехоустойчивости56
4.4. Вентили58
4.4.1. Вентили с открытым коллектором (open collector)60
4.4.2. Вентиль с тремя состояниями61
4.5. Упражнения62
 
Глава 5.
Схемотехника64
5.1. КМОП64
5.1.1. Нагрузочная способность66
5.1.2. Основные схемы NAND и NOR67
5.1.3. Передаточный вентиль68
5.1.4. Элемент с тремя состояниями69
5.1.5. Специфические свойства КМОП69
5.2. ТТЛ71
5.2.1. Нагрузка выходов72
5.3. Эмиттерно-связанная логика73
5.4. Интегральная инжекционная логика (I2L)74
5.5. Рассеиваемая мощность и характеристики переключения
транзисторных переключателей		76
5.6. Упражнения78
 
Дополнение.
Элементная база цифровых устройств. Энергетика обработки
цифровой информации		79
Д.1. Введение79
Д.2. Энергетика и скорость производства цифровой информации79
Д.2.1. Классификация вентилей как энергопотребителей81
Д.2.2. Общие вопросы энергетики цифровых вентилей84
Д.2.3. Скорость производства информации93
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 информации114
Д.3.3. Мощностные характеристики116
Д.4. Схемотехнические и энергетические характеристики
логических схем с отношением		118
Д.4.1. Классификация базовых вентилей с отношением119
Д.4.2. Основные схемотехнические и
структурно-топологические типы		121
Д.4.3. Особенности обработки информации и
энергопотребления		128
Д.4.4. Особенности энергопотребления130
Д.5. Схемотехника логических вентилей на токовых ключах132
Д.5.1. Общий принцип схемотехнической организации и
классификация		133
Д.5.2. Интегральная инжекционная логика136
Д.5.3. Быстродействие и энергетика токовых ключей145
Д.6. Принципы организации частично диссипативных схем149
Д.6.1. Принцип адиабатического переключения150
Д.6.2. Статические CMOS вентили с коллапсирующим
импульсным питанием		153
Д.6.3. Вентили со ступенчатой перезарядкой выходной ёмкости157
Д.7. Вентили с нетрадиционной организацией энергопитания 161
Д.7.1. Питание ионизирующим излучением161
Д.7.2. Схемотехнические и структурно-топологические
решения базовых логических вентилей, питающихся
излучением		165
Д.8. Заключение172
 
Глава 6.
Логические схемы173
6.1. Минимизация с помощью диаграмм Карно-Вейча173
6.1.1. Минимизация KDNF173
6.1.2. Минимизация нормальной KKNF177
6.1.3. Диаграммы Карно-Вейча для 2, 3, 4, 5, 6 входных
переменных		178
6.1.4. Неполностью заданные функции178
6.2. Способ Квина-Мак-Класки180
6.3. Другие направления оптимизации184
6.3.1. Преобразование логической схемы И/ИЛИ в схему НЕ-И185
6.3.2. Преобразование логической схемы ИЛИ/И в логическую схему НЕ-ИЛИ186
6.4. Воздействие времени задержки на логические схемы187
6.4.1. Отрицательное воздействие на структуру187
6.4.2. Отрицательное воздействие на функционирование189
6.4.3. Классификация отрицательных воздействий190
6.5. Упражнения190
 
Глава 7.
Асинхронные триггеры193
7.1. Принципиальные особенности структуры триггеров194
7.2. Анализ асинхронных триггеров194
7.3. Систематический анализ196
7.4. Анализ с учётом задержки вентилей198
7.5. Элементы ЗУ201
7.5.1. RS-триггер201
7.5.2. RS-триггер с тактовым входом201
7.5.3. D-триггер204
7.5.4. D-триггер с управлением по переднему фронту
импульса		205
7.5.5. Управление передним и задним фронтом210
7.5.6. J-K-триггер211
7.5.7. Т-триггер212
7.5.8. Пример213
7.5.9. Общее о триггерах213
7.6. Упражнения216
 
Глава 8.
Синхронные драйверы219
8.1. Синтез драйверов (пример 1)219
8.1.1. Постановка задачи219
8.1.2. Формирование диаграммы состояний220
8.1.3. Структура схемы управления электромеханическими
устройствами		221
8.1.4. Формирование таблицы последовательности состояний222
8.1.5. Формирование таблицы запуска и таблицы выходных
сигналов		222
8.2. Синтез драйверов (пример 2)225
8.2.1. Постановка задачи225
8.2.2. Составление диаграммы состояний225
8.2.3. Составление таблицы последовательности состояний226
8.2.4. Разработка логической схемы для запускающих
сигналов		226
8.2.5. Полная таблица состояний227
8.2.6. Полная диаграмма состояний228
8.2.7. Временные характеристики драйверов229
8.3. Упражнения231
 
Глава 9.
Мультиплексоры и преобразователи кода234
9.1. Мультиплексор234
9.1.1. Реализация функций мультиплексора235
9.2. Преобразователь кода238
9.2.1. Преобразователь двоично-десятичного кода в
десятичный код 7442		239
9.2.2. Демультиплексор240
9.2.3. Генерирование наборов функций241
9.3. Аналоговые мультиплексоры и демультиплексоры243
9.4. Упражнения244
 
Глава 10.
Цифровые счётчики247
10.1. Асинхронный счётчик247
10.1.1. Двоичный счётчик по модулю 8247
10.1.2. Счётчик по модулю 6248
10.1.3. Асинхронный обратный счётчик249
10.1.4. Временные характеристики асинхронных счётчиков250
10.2. Синхронные счётчики251
10.2.1. 4-битовый двоичный счётчик252
10.2.2. Счётчик по модулю 6 с использованием кода Грея254
10.2.3. Синхронный 4-битовый реверсивный двоичный
счётчик 74191		256
10.3. Упражнения257
 
Глава 11.
Сдвиговые регистры258
11.1. Временные характеристики сдвиговых регистров259
11.1.1. Сдвиговый регистр 74194261
11.2. Сдвиговый регистр с обратной связью262
11.2.1. Счётчик Мёбиуса, счётчик Джонсона264
11.2.2. Псевдослучайные последовательности266
11.3. Упражнения268
 
Глава 12.
Арифметические устройства269
12.1. Полный сумматор269
12.2. Последовательный сумматор269
12.3. Сумматор с последовательным переносом (ripple-cany-adder)270
12.4. Сумматор с параллельным переносом271
12.4.1. Каскадирование сумматоров с параллельным
переносом		274
12.4.2. Сравнение сумматоров275
12.5. Арифметико-логические вычислительные устройства
(ALU, АЛУ)		276
12.5.1. Примеры операции280
12.6. Компараторы283
12.6.1. 2-битовый компаратор284
12.6.2. Каскадируемые компараторы286
12.7. Упражнения286
 
Глава 13.
Цифровые ЗУ288
13.1. Принципиальная структурная схема ЗУ289
13.2. ROM289
13.3. PROM291
13.4. EPROM292
13.5. EEPROM294
13.6. EAROM295
13.7. NOVRAM295
13.8. RAM296
13.8.1. Статическое RAM296
13.8.2. Пример работы RAM297
13.9. Динамическое RAM301
13.10. Квазистатическое DRAM306
13.11. ЗУ «пожарная цепочка»307
13.11.1. Примеры FIFO307
13.12. Каскадирование ЗУ308
13.13. Увеличение длины слов309
13.14. Увеличение ёмкости ЗУ309
13.14.1. Полное декодирование311
13.14.2. Частичное декодирование312
13.14.3. Линейное декодирование314
13.15. Упражнения315
 
Глава 14.
Программируемые логические блоки318
14.1. Семейства ASIC319
14.2. Программируемые логические ИС (PLD)322
14.2.1. Типы PLD323
14.3. ROM, EPROM, EEPROM324
14.4. PLA326
14.5. PAL332
14.6. GAL334
14.7. Программирование логических блоков PLD337
14.7.1. Тестирование339
14.8. Программируемые полем вентильные матрицы (FPGA)339
14.8.1. Структура FPGA340
14.8.2. Конфигурируемые логические блоки (CLB)342
14.8.3. IO-блоки342
14.8.4. Соединительные линии343
14.8.5. Программирование FPGA344
14.9. EPLD345
14.9.1. Пример EPLD:CY7C343345
14.10. Gate-Arrays345
14.10.1. Структура канализированных вентильных матриц346
14.11. ASIC со стандартными ячейками350
14.12. ASIC на основе полностью заказного проектирования351
14.13. Упражнения351
 
Глава 15.
Принципы построения микропроцессоров353
15.1. Кооперирующиеся управляющие схемы353
15.2. Компьютер фон-Неймана354
15.3. Операционные блоки355
15.3.1. Архитектура операционных блоков355
15.3.2. Система шин357
15.4. Управляющие блоки358
15.5. Микропрограммирование360
15.6. Упражнения362
 
Глава 16.
Структура, система команд и работа микропроцессора363
16.1. Структура микропроцессора363
16.2. Выводы 8085А366
16.3. Блоки ЗУ и периферийные блоки369
16.4. Периферийные блоки370
16.5. Параллельный интерфейс микропроцессора 8255371
16.6. Процесс выполнения команд372
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 команды377
16.7. Управление с помощью прерывания (interrupt)378
16.8. Ассемблерное программирование380
16.9. Набор команд380
16.10. Команда перехода381
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 команды384
16.12. Логические операции386
16.13. Установка и стирание флагов переноса (carry flag)387
16.14. Команды сдвига387
16.15. Разветвление программ387
16.15.1. Пример перехода388
16.16. Команды для подпрограммы389
16.17. Команды для управления процессором392
16.18. Ассемблерные команды394
16.19. Примеры программ397
16.19.1. Программирование параллельного интерфейса 8255397
16.19.2. Передача данных в подпрограмму398
16.20. Упражнения400
 
А. Приложение401
А.1. Индикация функций401
 
Решения задач405
Литература427
Список технических терминов428

Книги на ту же тему

  1. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. — 4-е изд., перераб. и доп., Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М., 2009
  2. Активные фильтры и генераторы: Проектирование и схемотехника с использованием интегрированных микросхем, фон Вангенхайм Л., 2010
  3. Электронные схемы: 1300 примеров, Граф Р., 1989
  4. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств (без CD), Антипенский Р. В., Фадин А. Г., 2007
  5. Обслуживание микропроцессорных систем, Фергусон Д., Макари Л., Уилльямз П., 1989
  6. Технические средства микропроцессорных систем: Практический курс, Коффрон Д., 1983
© 1913—2013 КнигоПровод.Ruhttp://knigoprovod.com