Familii de circuite integrate din clasa TTL

ARGUMENT

Parcurgerea proiectului în ordinea capitolelor asigură o familiarizare gradată cu problemele legate de circuitele integrate din clasa TTL. Cei

care se iniţiază în domeniul electronicii pot aborda pentru început mai în profunzime capitolele de început pentru înţelege într-o mai mare măsură abordarea celor prezentate în capitolele următoare.

Ce poate oferi acest proiect unui cititor avansat, familiarizat deja cu

multe din lucrurile prezentate? În primul rând, pentru o nouă abordare, în al doilea rând o sistematizare a cunoştinţelor şi în al treilea rând unele noutăţi.

Subiectul proiectului îl constituie circuitele logice integrate din familia logică ECL.

Putem afirma că indiferent de tipul de circuit electronic avut în

vedere, acesta prezintă două aspecte: unul legat de prelucrarea de semnal pe care o realizează şi al doilea legat de modul în care este realizat

circuitul. Primul aspect defineşte funcţia de prelucrare a circuitului iar

al doilea precizează modul în care aceasta este realizată, existând variante de realizare după tipul de componente utilizate, tehnologie, etc.

În general funcţia de prelucrare realizată de circuit poate fi privită

independent de modul în care acesta este construit. Ea poate fi definită

şi se poate opera cu această noţiune, până la un anumit punct, fără a preciza modul în care este ea realizată. Mai mult decât atât, este posibil ca

un anumit circuit să poată realiza nu o singură funcţie de prelucrare a

semnalelor ci o familie de funcţii asemănătoare.

Pe de altă parte modul de realizare a unei funcţii nu este unic. Ea

se poate obţine de exemplu cu circuite TTL, ECL, MOS, etc. Ca urmare,

circuitului i se asociază un set de parametri care arată în ce condiţii şi

cât de bine acesta realizează funcţia dorită (ce erori există). Vom denumi

în continuare ca fiind implementarea unei funcţii, modul în care aceasta

este realizată de către un circuit. Cele două aspecte enunţate mai sus

se pot sintetiza deci în: funcţia realizată de circuit şi implementarea

acestei funcţii. Din mulţimea funcţiilor posibile, ca rezultat al interdependenţei procesului de utilizare şi de implementare, s-au impus un număr relativ redus de funcţii, S-a creat astfel un set de funcţii de bază,

grupate în clase de funcţii de prelucrare a semnalelor şi variante de implementare a lor grupate în familii de circuite.

Dezvoltarea explozivă a tehnologiilor a determinat diversificarea

extraordinară a tipurilor de funcţii făcând posibilă realizarea unor prelucrări de semnale, asemănătoare dar distincte, cu un singur circuit, deci

cu o singură variantă de implementare. S-au obţinut astfel circuite multifuncţionale, care prin modificări minime de schemă (prin hardware) pot

realiza una sau alta dintre funcţiile de prelucrare din clasa pentru care

au fost construite. Vârful atins în această direcţie îl constituie circuitele

a căror funcţie de prelucrare poate fi modificată prin program (software)

ele putând realiza la un moment dat o funcţie sau alta după cum au fost

în prealabil programate, această categorie formând clasa circuitelor programabile, în continuare să observăm modul în care se reflectă acest

punct de vedere în proiectarea unui sistem şi să-i găsim justificarea. Etapele acestei activităţi sunt:

1. Definirea problemei;

2. Stabilirea tipurilor de prelucrări de semnale care trebuie efectuate;

3. Descompunerea acestora în funcţii de prelucrare mai simple a

căror implementare este cunoscută;

4. Alegerea variantelor de implementare care corespund condiţiilor

. de utilizare a circuitelor respective;

5. Implementarea unor funcţii specifice aplicaţiei şi care nu pot fi

incluse în cele de la punctul 3 sau a căror implementare nu corespunde, din punctul de vedere al condiţiilor aplicaţiei respective.

Dacă prima etapă nu este în general o problemă de electronică, iar

etapele 2, 3 şi 4 pot fi rezolvate şi de specialişti în domenii adiacente

electronicii, dar cu bune cunoştinţe în domeniu, a cincia etapă constituie

de regulă o problemă a cărei rezolvare este de competenţa electroniştilor.

Se observă că separarea funcţiei pe care o realizează un circuit de modul

de implementare a acestuia este legată în mod natural de efortul de

sinteză a unui sistem.

Trebuie precizat că pentru proiectarea unui sistem digital mai mult

sau mai puţin complex, informaţiile prezentate în acest proiect trebuie

completate cu cele din cataloagele şi notele de aplicaţii prezentate de

firmele producătoare.

În continuare, să vorbim mai pe larg despre conţinut.

Partea întâia a lucrării intitulată: circuite integrate digitale cuprinde

un capitol ce tratează aspectele teoretice strict necesare pentru analiza,

respectiv, sinteza circuitelor digitale. Urmează prezentarea tipurilor de circuite după funcţia pe care o îndeplinesc.

1. ELEMENTE DE ALGEBRĂ BOOLEANĂ

1.1. FUNCŢII LOGICE

Modul de lucru al circuitelor digitale este studiat cu ajutorul algebrei

Boole (introdusă de George Boole în jurul anului 1850 şi aplicată de

Claude Shannon în 1938 la funcţiile logice binare). Această algebră operează cu sistemul de numeraţie binar, simbolurile folosite fiind 0 şi 1

Variabilele logice pot lua una din cele două valori (0 sau 1), iar operatorii

fundamentali sunt ŞI, SAU şi NU. în definirea operatorilor logici vom

nota cu X, Y, Z variabilele logice.

— Operatorul logic ŞI (notat cu • semn care uneori poate lipsi) se

scrie X•Y=Z şi semnifică: dacă X=1 ŞI Y=1 atunci Z=1;

altfel Z=0

— Operatorul logic SAU (notat cu +) se scrie X+Y=Z şi semnifică:

dacă X=1 SAU Y=1 atunci Z=1; altfel Z=0

— Operatorul logic NU (notat cu o bară deasupra variabilei căreia

i se aplică) se scrie =Y. Dacă X=1 atunci Y=0; altfel Y=1.

Aceşti operatori logici se utilizează în schemele logice, sub forma

simbolurilor grafice date în figura 1.1. Simbolurile din figura 1.1a şi

1.1b se mai numesc porţi logice ŞI respectiv SAU iar simbolul din figura

1.1c se numeşte inversor. De menţionat că porţile pot avea şi mai mult

de două intrări.

Pornind de la definiţiile de mai sus s-au dedus teoremele algebrei

Boole date în tabelul 1.1.

Fig. 1.1. Principalele porţi logice.

Cu ajutorul operatorilor ŞI, SAU şi NU se obţin funcţiile logice binare care au domeniul de definiţie şi al valorilor mulţimea {0,1}. Circuitele pentru care expresia funcţiei logice depinde numai de variabilele de

intrare se numesc circuite combinaţionale.

Pentru studiul acestui tip de funcţii logice se folosesc tabelele de adevăr, care cuprind toate combinaţiile posibile ale variabilelor componente. De exemplu, în figura 1.2 se dă expresia unei funcţii logice, reprezentarea grafică şi tabela de adevăr.