Справочное пособие по цифровой электронике

Тули Майк «Справочное пособие по цифровой электронике»

Предисловие к русскому изданию

Цифровая схемотехника завоевывает все более прочные позиции в творчестве самодеятельных конструкторов. Тысячи людей в свое свободное время разрабатывают довольно сложные цифровые устройства вплоть до персональных компьютеров. Интерес к популярным изданиям на эту тему необычайно широк, но удовлетворяется он явно недостаточно. Предлагаемая читателям книга призвана в некоторой степени восполнить этот пробел.

Она рассчитана, в первую очередь, на энтузиастов-любителей, не имеющих специальной подготовки в области цифровой схемотехники, хотя и специалисты найдут в ней интересный для себя материал.

В популярной форме автор знакомит читателей с основными логическими элементами, микропроцессорами, программируемыми микросхемами для ввода-вывода информации и современными интерфейсами. Описательный характер изложения определен, очевидно, небольшим объемом книги. По-видимому, наибольший интерес читателей вызовут завершающие каждую главу приемы отладки рассмотренных в главе устройств, а также приложение 2, в котором даны подробные описания девяти самодельных приборов. Для читателей, пожелающих воспроизвести схемы этих приборов, в конце книги дана таблица зарубежных изделий электронной техники и их отечественных аналогов.

Остается пожелать успехов всем тем, кто использует в своем техническом творчестве приведенные в книге схемы простых в изготовлении и удобных в работе приборов. Эти приборы помогут освоиться в цифровой схемотехнике и будут стимулировать разработку более сложных и интересных устройств.

В. Л. Григорьев

Предисловие

Подавляющее большинство современных электронных систем реализованы на цифровой элементной базе. Данная книга рассчитана на всех тех, кто связан с разработкой, производством и эксплуатацией цифровых устройств, и тех, кто только собирается познакомиться с такими устройствами.

В начале книги изложен основной материал по цифровым схемам и логическим семействам (сериям) микросхем с последующим обсуждением функций логических элементов, триггеров и таймеров. В книге рассмотрены также микропроцессоры и некоторые вспомогательные микросхемы, например полупроводниковая память и программируемые микросхемы для ввода и вывода, интерфейс RS-232C и универсальная приборная шина IEEE-488, приведен краткий обзор микропроцессорной шины IEEE-1000.

В приложении вынесен справочный материал по широко распространенным микросхемам и подробно описаны девять самодельных приборов, которые может собрать каждый желающий, не обладающий практическим опытом в области цифровой схемотехники. Однако качественные характеристики этих приборов не уступают аналогичным промышленным образцам. Для проверки и калибровки описанных в книге приборов необходимо иметь только достаточно точный многодиапазонный измерительный прибор цифрового или аналогового типа.

Глава 1 Введение в интегральные схемы

Интегральные схемы (ИС) являются элементами современных цифровых устройств. Применение ИС освобождает разработчика от необходимости проектирования схем из таких дискретных элементов, как транзисторы, диоды и резисторы. Благодаря микроэлектронной технологии на крошечном кусочке (кристалле) кремния можно изготовить огромное число эквивалентных дискретных элементов. Получающаяся интегральная схема оказывается не только намного компактнее своего аналога из дискретных элементов, но и значительно дешевле и гораздо надежнее.

Сделаем одно замечание, которое, наверняка, обрадует новичков в области цифровой схемотехники: чтобы успешно применять интегральные схемы, совсем необязательно знать их подробное внутреннее устройство. Нужно только знать основополагающие правила, касающиеся напряжений питания и требований к входным и выходным сигналам. В цифровой схемотехнике для нас представляют первоочередный интерес логические функции компонентов, а не их электрические характеристики.

1.1. Интегральные схемы

Все современные цифровые системы построены на интегральных схемах, в которых на кусочке кремния образованы сотни и тысячи компонентов. Количество отдельных полупроводниковых элементов на кристалле обычно связывается со степенью интеграции, численные характеристики которой приведены в табл. 1.1.

Конструктивное оформление. Самый распространенный тип корпуса для интегральных схем — пластмассовый корпус с двухсторонним расположением выводов или контактов (типа DIP). Число контактов на корпусе зависит от сложности интегральной схемы и, в частности, от числа требуемых внешних связей. Например, обычные логические элементы выпускаются в корпусах с 14 и 16 контактами, а корпуса микропроцессоров и сложных вспомогательных схем имеют 40 контактов и более. Широко распространенные корпуса микросхем и нумерация контактов показаны на рис. 1.1.