Elcom-52.ru

Связь и мобильный бизнес
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ттл уровни сигналов

Логические уровни и операции

Вы наверняка уже слышали о таком понятии, как напряжение (англ. voltage), которое измеряется в Алессандро Вольтах? Напряжение может быть разным: 220 В, 110 В, 5 В, 3 В и даже 3,3 В. Однако в цифровой технике нам не нужен такой большой разброс значений. Если объяснять совсем просто: когда мы подадим на светодиод, скажем, 5 вольт (так называемая «логическая единица»), он начнет светиться. Если же мы подадим 0 вольт (так называемый «логический ноль»), то светодиод гореть не будет. У чисел «1» и «0» есть и альтернативные названия в зависимости от области их применения: «истина» (англ. true) или «ложь» (англ. false), «высокое состояние» (англ. high) или «низкое состояние» (англ. low).

Логический сигнал – это сигнал, принимающий два возможных значения — «истина» или «ложь», «высокое» или «низкое» состояние, «0» или «1». Конечно, мы живем не в идеальном мире, и получить ровно 5 вольт мы не можем, как и не можем получить чистый ноль (мы лишь «договорились», что он является нулем относительно тех 5 вольт). Что же делать в таком случае? Абстрактные «0» и «1» сильно бы упростили нам жизнь. Уже из определения логического сигнала можно догадаться, что есть понятие «логический уровень». Существуют стандарты, определяющие допустимые уровни напряжений, логических сигналов. В зависимости от технологии исполнения (КМОП, ТТЛ) эти уровни не всегда совпадают. STM32 питается от напряжения 3,3 В, т.е. «высокий уровень» для нашего МК – 3,3 В. «Низкий уровень», соответственно — это 0 В. Следует обратить внимание на то, что в стандартах в качестве логических уровней приведены не одиночные значения напряжений, а диапазоны значений. А между низким и высоким уровнями есть буферная зона. Она нужна для того, чтобы избежать «дребезга состояний», который может возникнуть, если значение сигнала будет колебаться около граничного значения. Ниже приведены некоторые стандарты напряжений.

Микроконтроллер – это сложное устройство, он содержит множество триггеров, которые включают или отключают тот или иной участок цепи, отвечающий за определенную функциональность. Вся информация, которую понимает микроконтроллер, — это те самые нули и единицы, т. е. «высокое» напряжение или «низкое». Программа, которую мы будем писать, представляет собой последовательность нулей и единиц. Не более. О некоторых важных понятиях мы поговорим позже, а сейчас лишь отметим, что нам придется записывать нули и единицы в определенные участки памяти, тем самым включая и отключая части внутренних схем микроконтроллера. Для этого нам понадобятся логические операции.

Читать еще:  Лучший повторитель wifi сигнала

Алгебра логики, или булева алгебра, оперирует логическими переменными и включает три базовых логических операции:

  • логическое «И» (англ. and), конъюнкция или логическое умножение, обозначается ∧ или в языке Си & ;
  • логическое «ИЛИ» (англ. or), дизъюнкция или логическое сложение, обозначается ∨ или в языке Си | ;
  • логическое «НЕ» (англ. not), изменение значения, инверсия или отрицание, обозначается ¬ или в языке Си

Таблицы истинности для этих операций:

ABA & BA | B¬ A
1
111
11
1111

Ниже приведены аксиомы булевой алгебры.

  1. Коммутативность (переместительный закон)

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

В ТТЛ схемах для реализации логического элемента «2И» вместо параллельного соединения диодов используется многоэмиттерный транзистор. Физика работы этого логического элемента не отличается от работы диодного логического элемента «2И». Высокий потенциал на выходе многоэмиттерного транзистора получается только в том случае, когда на обоих входах логического элемента (эмиттерах транзистора) присутствует высокий потенциал (то есть нет эмиттерного тока). Принципиальная схема базового логического элемента ТТЛ микросхемы приведена на рисунке 1.


Рисунок 1. Принципиальная схема базового логичиского элемента ТТЛ микросхемы

Умощняющий усилитель, как и в диодно-транзисторном элементе, инвертирует сигнал на выходе схемы логического элемента. По такой схеме выполнены базовые логические элементы ТТЛ микросхем серий 155, 131, 155 и 531. Схемы «И-НЕ» в этих сериях микросхем обычно имеет обозначение ЛА. Например, схема К531ЛА3 содержит в одном корпусе четыре логических элемента «2И-НЕ». Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 1, а условно-графическое обозначение этих логических элементов приведено на рисунке 2.


Рисунок 2. Условно-графическое обозначение логического элемента «2И-НЕ»

Таблица 1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2И-НЕ»

x1x2F
1
11
11
11

На основе базового логического элемента строится и инвертор. В этом случае на входе схемы используется только один диод. Схема ТТЛ инвертора приведена на рисунке 3.


Рисунок 3. Принципиальная схема инвертора ТТЛ микросхемы

При необходимости объединения нескольких логических элементов «И» по схеме «ИЛИ» (или при реализации логических элементов «ИЛИ») транзисторы VT2 соединяются параллельно в точках «а» и «б», показанных на рисунке 8, а выходной каскад используется один. В результате быстродействие такого, достаточно сложного элемента, получается точно таким же, как и у одиночного логического элемента «2И-НЕ». Принципиальная схема логического элемента «2И-2ИЛИ-НЕ» приведена на рисунке 4.


Рисунок 4. Принципиальная схема ТТЛ микросхемы «2И-2ИЛИ-НЕ»

Такие соединения логических элементов широко применяется при реализации цифровых микросхем по произвольной таблице истинности методом СДНФ, а условно-графическое обозначение элемента «2И-2ИЛИ-НЕ» приведено на рисунке 5. Такие логические элементы содержатся в отечественных цифровых микросхемах с обозначением ЛР.


Рисунок 5. Условно-графическое обозначение логического элемента «2И-2ИЛИ-НЕ» ТТЛ микросхем

Схемы «ИЛИ-НЕ» в отечественных ТТЛ сериях микросхем средней интеграции имеет обозначение ЛЕ. Например микросхема К1531ЛЕ5 содержит в одном корпусе четыре элемента «2ИЛИ-НЕ». Следует отметить, что в современных микросхемах малой логики стараются в одном корпусе разместить один, в крайнем случае два логических элемента.

Так как в современных схемах ТТЛ и в схемах ДТЛ используется одинаковый выходной усилитель, то и уровни логических сигналов в этих схемах одинаковы. Поэтому часто говорят, что это ТТЛ микросхемы, не уточняя по какой схеме выполнен входной каскад этих микросхем. Тем самым подчеркивается отличие этих микросхем от старых ДТЛ серий микросхем с повышенным напряжением питания. Более того! Появились КМОП микросхемы, совместимые с ТТЛ микросхемами по логическим уровням, например К1564 (иностранный аналог SN74HCT) или К1594 (иностранный аналог SN74АСT).

Логические уровни ТТЛ микросхем

В настоящее время применяются два вида ТТЛ микросхем — с пяти и и с трёхвольтовым питанием, но, независимо от напряжения питания микросхем, логические уровни нуля и единицы на выходе этих микросхем совпадают. Поэтому дополнительного согласования между ТТЛ микросхемами обычно не требуется. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы показан на рисунке 6.


Рисунок 6. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем

Как уже говорилось ранее, напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Границы уровней логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведены на рисунке 7.


Рисунок 7. Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем

Семейства ТТЛ микросхем

Первые ТТЛ микросхемы оказались на редкость удачным решением, поэтому их можно встретить в аппаратуре, работающей до сих пор. Это семейство микросхем серии К155. Стандартные ТТЛ микросхемы — это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5 В. Зарубежные ТТЛ микросхемы получили название SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента «2И-НЕ». Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном получили название SN54 (отечественный вариант — серия микросхем К133).

Отечественные микросхемы, совместимые с SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74L), К155 (среднее быстродействие среднее потребление — SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое потребление). Затем были выпущены микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. Отечественные серии микросхем сменили цифру 1 на цифру 5. Выпускаются микросхемы серий К555 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74LS) и К531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74S).

В настоящее время отечественная промышленность производит микросхемы серий К1533 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74F).

За рубежом производится трехвольтовый вариант ТТЛ микросхем — SN74ALB

Дата последнего обновления файла 21.12.2008

Вместе со статьей «Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)» читают:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector