töötlevat elektriskeemi nimetatakse digitaalskeemiks. Iga digitaalseadme elementaarseteks koostisosadeks on loogikaelemendid, mis teevad loogikaväärtustega 0 ja 1 lihtsaimaid loogikatehteid. Loogikaelementide omavahelisel kokkuühendamisel saadakse loogikaskeem. Iga digitaalseade koosneb seega loogikaskeemi(de)st ja ta töötleb 1-de ja 0-de kogumeid. Seega osutuvad loogikafunktsioonid digitaalseadmete
4. Koostan skeemi Dixicadi skeemiredaktoris. 5. Annan ette sobivad sisendsignaalid väärtuses 0...9 Olga Dalton 104493 IAPB21 6. Simuleerin skeemi reaktsiooni ja analüüsin saadud tulemusi. Timing simulator näitas, et skeem on koostatud õigesti. Y on 0 ühe, nelja ja seitsme korral, nagu on kirjas ka tõeväärtustabelis. Siiski esineb skeemi realiseerimisel viivitusi, mis on tingitud loogikaelementide realiseerimise omadustest. x1 ümberlülitumisel 1-st 0-sse{ehk arvu 5-e vahetumisel 6-ga{ esineb lühikest aega määramatus{punane joon{, mis on samuti tingitud loogikaelementide ümberlülitumise kiirusest.
55. Lihtne pingekordisti (Latour'i skeem) 56. Ühefaasiline "0" - väljavõttega alaldi 57. Ühefaasiline poolperioodalaldi 58. Ühefaasiline sildlülituses alaldi 59. 2NING-EI loogikaelement (tähistus, tõeväärtuse tabel) 60. 2VÕI-EI loogikaelement (tähistus, tõeväärtuse tabel) 61. DTL-tüüpi loogikaelement (näit. 2NING-EI) 62. ESL-loogika 63. High-Z - omadused, kasutamine 64. KMOP loogika (eelised ja puudused) 65. Lihtsa dioodloogika elemendid 66. Loogikaelementide süsteemid 67. Loogikalülituste väljundite ühendamise võimalused 68. TTL - Schottky loogikaelemendid 69. TTL loogika 70. Dekooder 71. Demultiplekser 72. EPROM 73. Kombinatsioonloogika (üldmõisted) 74. Multiplekser 75. PROM 76. ROM 77. Välistav "VÕI" (skeem, tõeväärtuse tabel) 78. Asünkroonne lahutav loendur 79. Asünkroonne RS - triger 80. Asünkroonne summeeriv loendur 81. Loendurid (liigitus, omadused) 82
kogus paisu lähedal nii suureks, et ületab aukude kontsentratsiooni. Sellest pingest alates muutub kanal juhtivaks. Pinge edasise suurendamise järel laengukandjate arv kasvab ja kanal laieneb, mistõttu kanali juhtivus muutub veel suuremaks. 3. Inverteeriv summaator 4. ESL-emittersidestuses loogika Voolu ümberjaotamise printsiip. Kasutatakse laialt analoogelektroonikas võimendite ehitamisel. Digitaalelektroonikas kasutatakse selle piirvormi-voolu ümberlülitamist. On ESL-loogikaelementide ja klassikalise Schmitti trigeri ehituse aluseks. Voolu ümberlülimise printsiip: kui Usis > U0, siis i1 = I, i2 = 0 (voolu juhib T1, ja T2 on vooluta), kui Usis < U0, siis i1 = 0, i2 = I (voolu juhib T2, ja T1 on vooluta). selline lülitus on kasutusel ka operatsioonivõimendites, kus on voolude ümberjaotamise printsiip, kuna seal on analoogsignaal. 5. Loendurid Loendur on impulsside loendamiseks ettenähtud loogikalülitus. Loendur on register,
Vähem mooduseid kuid olemuselt keerukamad Toomas Ruuben. TTÜ Raadio ja sidetehnika 17 instituut. SISSEJUHATUS FPGA-sse. Majanduslikud näitajad FPGA omab madalat prototüübi hinda ja võimaldab kiirendada arendusprotsessi FPGA-de miinused Suhteliselt väike kiirus võrreldes MPGA-ga (Mask-Programmed Gate Array). Põhjus-Programmeeritavad lülitid-taksitus-mahtuvus Väiksem nn. loogiline tihedus (Loogikaelementide arv, mis oleks võimalik paigutada ühele mikroskeemile). Programmeeritavate lülitite loomine võtab chip-il ruumi. Chip-I suuruse määrab siiski tema sisendite-väljundite arv, mitte tema loogiliste plokkide ja ühenduste arv. Seega ei pruugi hinna mõttes loogiline tihedus olla probleemiks. Toomas Ruuben. TTÜ Raadio ja sidetehnika 18 instituut. 9
signaaliga CSvõi En sisselülitatud, kõik teised on aga väljalülitatud. 3. Selekt RC-ahel-kahekorden T kujuline sild->kõrge selektiivsus. Ülekandetegur |punktiga|=0. Elemendid võib vahetult kokku ühendada. 2) Lahtise kollektoriga (BT) või lahtise kvasiresonantssageduse fo puhul fo=1/2*1/RC. Madalatel ülekanne 1, kõrgetel 1. Sild on suudmega (MOP) loogikaelementide kasutamine. Väljundid pannakse vahetult lülitatud tagasisidesse takkide pealt paralleelselt Rts-ga. Sagedustel, mis ple fo, TS=100%, muidu kokku ja ühise takisti R kaudu ühendatakse toiteallikaga. ,,Ning" tehe! 3) Kui pole HiZ, ega lahtist 0. Sild peab töötama tühijooksul e koormamata->elemendid Ko=1+Rts/R'-NTS-st maasse. ASK kollektorit (suuet) _ tuleb kasutada VÕI elementi, nagu MUX`i _ amplituudi sag.karak
.......... 45 1.6.2. Jadaergutusega alalisvoolumootori reverssiivne kontakt- juhtimisskeem käivitamisega sõltuvalt ajast ja vastu- lülituspidurdusega sõltuvalt elektromotoorjõust ...................... 47 II. Elektriajamite kontaktivabad juhtimisskeemid ................................. 50 2.1. Elektriajamite kontaktivaba juhtimise põhimõte .................................. 50 2.2. Kontaktivabad loogikaelemendid ja loogikaelementide süsteemid .............. 51 2.3. Loogikalülituste sünteesi ja projekteerimise alused ................................ 56 2.4. Elektriajamite kontaktivabade juhtimisskeemide näiteid .......................... 60 2.5. Türistoride kasutamine elektriajamite jõuahelates .................................. 63 Elektriajamite suletud juhtimissüsteemid III. Elektriajamite suletud juhtimissüsteemide elemendid ......................... 69 3.1
... 134 6. Digitaalelektroonika põhilülitused................................................................................................. 138 6.1. Nulli ja ühe esitamine............................................................................................................. 138 6.2. Loogika baaselemendid.......................................................................................................... 141 6.3. Loogikaelementide süsteemid (DTL, TTL, KMOP, ESL)..................................................... 144 6.4. Kombinatsioon- ja jadaloogika............................................................................................... 156 6.5. Kombinatsioonloogika tüüplülitused...................................................................................... 158 6.5.1. Multiplekser................................
1 – 3,5-5 V 8. Milliseid probleeme kohtame vana TTL ja CMOS ühendamisel (sisend- ja väljundpinged ning voolutarve)? Ttl min high võib olla madalam kui cmos kõige madalam high väärtus. (2,7V) Ttl-transistor transistor loogika Cmos-metalloksiid pooljuht KMOP loogika ei talu suuri negatiivseid sisendpingeid., KMOP struktuurid on väga tundlikud staatilise elektri suhtes! TTL puudused: vastandina KMOP-lülitusele tarbib TTL voolu ka siis, kui on stabiilses seisundis 9. CMOS loogikaelementide (inverter, NING-EI ja VÕI-EI) elektriskeemid transistoridel (piisab kahest sisendist). Inventer ehk EI element. Koosmeb kahest järjestikku ühendatud eri tüüpi kanaliga väljatransistorist. vdd-toide NING-EI (NAND) – realiseerib konjuktsiooni eitust. Väljund on kõrgel nivool siis, kui vähemalt ühe sisendi nivoo on madalal ja vastavalt väljund on madalal nivool, kui kõik sisendid on kõrgel nivool. Valmistatakse kuni kaheksa sisendiga loogikaelemente.
esindajaks valitud arvu 2ndkujus kuuluvad elimineerimisele? 13. Miks tohib numbrilises McCluskey’ meetodis valida intervalli esindajaks suvalise arvu selle intervalli koosseisust? Loogikaskeemid. Funktsioonide täielikud süsteemid. Teisendused baasidesse 1. Millest koosnevad digitaalseadmed? Digitaalseadmed koosnevad loogikaelementidest. 2. Millest koosneb loogikaskeem? Loogikaskeemid saadakse loogikaelementide omavahelisel kokkuühendamisel. 3. Mida loogikaskeemid (ja digitaalseadmed) töötlevad? Loogikaskeemid töötlevad 0de ja 1tede kogumeid. 4. Mida teevad loogikaelemendid? Loogikaelemendid teevad loogikaväärtustega 0 ja 1 lihtsamaid loogikatehteid. 5. Milline on lihtsaim loogikaelement? Lihtsaim loogikaelement on EI-element. 6. Milline loogikaelement realiseerib igat konkreetset loogikatehet? 7. Mida tähendavad lühendid NAND, NOR, XOR
....................14 3.2.1. Dioodelement VÕI...........................................................................................14 3.2.2. Dioodelement NING........................................................................................14 3.2.3. Transistorelement EI ehk inverter....................................................................15 3.3. Integraalsete loogika elementide skeemitehniline liigitus...................................... 15 3.4. Loogikaelementide parameetrid..............................................................................15 3.5. Diood-transistor loogika DTL.................................................................................17 3.6. Transistor transistor loogika TTL........................................................................... 17 3.6.1. TTL tööpõhimõte.............................................................................................17 3.6.2. Keerulise inverteriga TTL.
.....................14 3.2.1. Dioodelement VÕI...........................................................................................14 3.2.2. Dioodelement NING........................................................................................14 3.2.3. Transistorelement EI ehk inverter....................................................................15 3.3. Integraalsete loogika elementide skeemitehniline liigitus......................................15 3.4. Loogikaelementide parameetrid..............................................................................15 3.5. Diood-transistor loogika DTL.................................................................................17 3.6. Transistor transistor loogika TTL...........................................................................17 3.6.1. TTL tööpõhimõte.............................................................................................17 3.6.2. Keerulise inverteriga TTL..
Sagedustel, mis ple fo, TS=100%, muidu 0. Sild peab töötama tühijooksul e koormamata->elemendid Ko=1+Rts/R’-NTS-st maasse. 9,10pdf 4. liitmine ilma ülekannet arvestamata. Poolik summaator, 2x and+or+2x ei risti 5. vanim ROM(info valmistamise käigus:vasakult aadress läbi dekoodri, alt välj, ülevalt läbi takistus maha, sõlmedes „1” dioodid) 13pdf Pilet 12. 1.Passiivelemendid 2.Trafosidestuse eelised ja puudused 3.Lihtne "voolupeegel" 4.Loogikaelementide süsteemid 5.Kahekordse integreerimisega ADM 1. R, C, L, trafo 2. vanim, tee kasvõi katuseplekist südamik ja keri telefonitraat ümber. Kallis, paartuhat keerdu paar sotti. Alum ja ülem sagedus piiratud, parasiitmahtuvused. Hea-ca 100&% galvaanil lahtisisdestus. Ülekantav võimsus määra ülekandeteguriga.n*ik~ n-trafo ülekandetegur. Kollektorahelast 3. BT ÜB-lülit: lihtne skeem(vasakul R1, R2, paremal Rt, trans, Re). Väljundvool muutumatu kuni UKE>UKEsat ehk >UBE
mis tõstab pinget (DC-DC step up converter). Samas on võimalik koostada ka lülitusi, mis alandavad pinget. Kasutegur 95% 64. Kümnendarvu teisendamine kahendsüsteemi ja vastupidi. 65. Loogikaelemendid, IEC tingmärgid, loogikatabel. Loogikaelemendid 1. Eitus, EI (NOT) 2. Loogiline liitmine, VÕI (OR) 3. Loogiline korrutamine, JA (AND) Ülejäänud loogikaelemendid teostatakse nende kolme baasil. 4. VÕI-EI (NOR) 5. JA-EI (NAND) 6. Eksklusiivne EI (XOR) 7. Eksklusiivne VÕI-EI (XNOR) Loogikaelementide struktuur Bipolaarsetes loogilistes integraalskeemides kasutatakse: takistus-transistorloogikat – RTL diood transistorloogikat – DTL transistor-transistorloogikat – TTL ühisemitteriga loogikat – ECL integraalset inžektsioonloogikat – I2L Enamlevinud loogigaelemendi tüübiks ongi TTL Väljatransistoridel loogikaelemendid (CMOS). Neil on suur hargnemistegur, väike voolutarve, suur häirekindlus. Kõrgem toitepinge ja madalam sagedus. Tundlikud staatilise elektri suhtes. 66
töötlevat elektriskeemi nimetatakse digitaalskeemiks. Iga digitaalseadme elementaarseteks koostisosadeks on loogikaelemendid, mis teevad loogikaväärtustega 0 ja 1 lihtsaimaid loogikatehteid. Loogikaelementide omavahelisel kokkuühendamisel saadakse loogikaskeem. Iga digitaalseade koosneb seega loogikaskeemi(de)st ja ta töötleb 1-de ja 0-de kogumeid. Seega osutuvad loogikafunktsioonid digitaalseadmete
EI-funktsioonil on argumendi vastandväärtus. Kui argument on 1, siis funktsioon võrdub 0 ning vastupidi. EI-tehet tähistatakse kriipsuga sümboli peal, näiteks argumendi x eitus on x . Loogilist eitust nimetatakse ka inversiooniks (negation). Loetletud kolm loogikatehet moodustavad loogiliselt täieliku süsteemi, mida rakendades saab realiseerida mis tahes loogikafunktsiooni. Kõiki kolme loogika põhifunktsiooni on loogikaalgbra reeglite alusel võimalik realiseerida ainult üht tüüpi loogikaelementide kas NING-EI või VÕI-EI abil. Järelikult võib NING-EI- ja VÕI-EI- elemente ning tehteid nendega nimetada universaalseteks loogikaelementideks ja -teheteks. 3.2 Loogikalülitused Lisaks põhifunktsioonidele leiavad kasutamist mitmed loogika tüüpfunktsioonid, nagu alternatiiv, ekvivalentsus, implikatsioon jt. Niisuguste funktsioonide ja elementide olemasolu lihtsustab loogikalülituste sünteesi. Loogikafunktsioonidest ja loogika tüüpelementidest annab ülevaate tabel 1.3
kasutatakse moodsas arvutitehnikas. Näited: *nMOS loogikaelemente realiseeritakse n-channel MOSFET'e kasutades, järgnes kronoloogiliselt pMOSi trendile ning eelnes CMOSi trendidele. *pMOS loogikaelemente realiseeritaske p-channel MOSFET'e kasutades. pMOS'i loogikas on skeeme lihtne kujundada ning toota, ent nad on ebaefektiivsed ning aeglased. *CMOS nimi tuleneb sellest, et kasutatakse sümmeetrilisi p- ja n- tüüpi MOSFET'e loogikaelementide realiseerimiseks. CMOS tehnoloogiad on valitsevad tehnoloogiad, kuna nende elektritarve on üldjuhul väiksem(ainult lülituse hetkel) ning nende pakkimistihedus on äärmiselt suur. Suure taktsageduse juures vajavad korralikku jahutussüsteemi. 10. Konveier protsessoris ja mälus[2] Käsu täitmise protsessoris võib jagada teatud sõltumatuteks etappideks. Näiteks on siin käsk jagatud neljaks etapiks:
Alati võib algoritmi realiseerida riistvaras sarnaselt juhiautomaadiga protsessoris. Algoritmi realiseeriva loogikaskeemi võib valmistada trükiplaadil, koostatuna tootjatelt saadavatest valmiskomponentidest loogikaskeemina või kristalli pinnal ühe rakendusspetsiifilise mikroskeemina. Erinevus on vaid tehnoloogilist laadi. Head omadused: Suurte seeriate puhul odavam toota Väikseim võimalik komponentide arv Loogikaskeem realiseeritakse kristalli pinnal ja loogikaelementide tihedus on suur Turvalisus Puudused: o Pikk juurutamise ja prototüübi valmistamise aeg o Väikeste seeriate korral suhteliselt kulukas o Kogu disain vajab kalli spetsiaalse tarkvara olemasolu Üks on väga paindlik, aga aeglane, teine väga kiire, kuid tülikas teha muudatusi. Kahe äärmusliku võimaluse vahel on programmeeritav loogika. Programmeeritav loogika.
ainult ühes suunas, liikumissuuna muutumisel vastupidiseks klapp sulgub ja suleb õhu läbivoolu. Õhu teekonna sulgemine võib toimuda kuuliga, klapiga või membraaniga, kas tänu rõhuvahele või täiendava vedru abil. Üks võimalikke vedruga tagasilöögiklapi konstruktsioone on esitatud selel 80. 73 Sele 80 - Vedruga tagasilöögiklapp 6.5 Loogikafunktsioonide realiseerimine pneumaatikas Loogikaelementide funktsioneerimise kirjeldamiseks kasutatakse tõeväärtus- tabelit, milles kajastuvad seosed antud funktsiooni realiseeriva elemendi sisendite ja väljundi vahel. Tinglikult tähistatakse tõeväärtustabelis signaali (suruõhu) olemasolu "1"-ga ja puudumist "0"- ga. 6.5.1 Pneumaatiline "JA" ( "AND") element "JA" funktsiooni realiseeriva pneumaatilise loogikaelemendi struktuur on toodud selel 81, ning tema funktsioneerimist kajastav tõeväärtustabel on esitatud selel 82.
otstarbekas 42 väikseim võimalik komponentide arv. Disain on tehtud konkreetse realisatsiooni jaoks ja seega on võimalik optimeerida kristalli pinnal realiseeritavat loogikaskeemi maksimaalselt. Loogikaskeem peab sisaldama vaid neid loogikaelemente, mis on sellele realisatsioonile vajalikud loogikaskeem realiseeritakse kristalli pinnal ja loogikaelementide tihedus on suur. See omakorda tähendab suuremat töökiirust ja väikest energiakulu turvalisus (Security). Tööstusspionaaž oli, on ja jääb niikaua, kui konkurents toodete turul püsib. Tänapäeva tehnoloogia juures ei ole võimalik mikroskeemist kätte saada seal loogikaskeemina realiseeritud algoritmi. Puudused: pikk juurutamise ja prototüübi valmistamise aeg. ASIC-u valmistamine eeldab terve rea etappide
ainult ühes suunas, liikumissuuna muutumisel vastupidiseks klapp sulgub ja suleb õhu läbivoolu. Õhu teekonna sulgemine võib toimuda kuuliga, klapiga või membraaniga, kas tänu rõhuvahele või täiendava vedru abil. Üks võimalikke vedruga tagasilöögiklapi konstruktsioone on esitatud selel 80. 73 Sele 80 - Vedruga tagasilöögiklapp 6.5 Loogikafunktsioonide realiseerimine pneumaatikas Loogikaelementide funktsioneerimise kirjeldamiseks kasutatakse tõeväärtus- tabelit, milles kajastuvad seosed antud funktsiooni realiseeriva elemendi sisendite ja väljundi vahel. Tinglikult tähistatakse tõeväärtustabelis signaali (suruõhu) olemasolu "1"-ga ja puudumist "0"- ga. 6.5.1 Pneumaatiline "JA" ( "AND") element "JA" funktsiooni realiseeriva pneumaatilise loogikaelemendi struktuur on toodud selel 81, ning tema funktsioneerimist kajastav tõeväärtustabel on esitatud selel 82.
Riistvaraline realisatsioon. Algoritmi võib realiseerida riistvaras sarnaselt juhtautomaadiga protsessoris. Loogikaskeemi võib valmistada trükiplaadil, koostatuna tootjateltsaadavatest valmiskomponentidest loogikaskeemina või kristalli pinnal ühe rakendusspetsiifilise mikroskeemina. Head omadused: Suurte seeriate puhul odavam toota. Väikseim võimalike komponentide arv, kuna on tehtud konkreetse realisatsiooni jaoks. Loogikaskeem realiseeritakse kristalli pinnalja loogikaelementide tihedus on suur – suurem töökiirus ja väiksem energiakulu. Turvalisus, ei ole võimalik kääte saada algoritmi. Puudused: Pikk juurutamine ja prototüübi valmistamise aeg. Kui on vaja teha muudatusi tuleb tellida uued mikroskeemid, see on kallis. Väikeste seeriate korral suhtelist kõrged valmistamise kulud. Nõuab kalli tarkvara olemasolu. Programmeeritav loogika tähendab riistvara tooriku konfigureerimist oma rakenduse järgi
EI-funktsioonil on argumendi vastandväärtus. Kui argument on 1, siis funktsioon võrdub 0 ning vastupidi. EI-tehet tähistatakse kriipsuga sümboli peal, näiteks argumendi x eitus on x . Loogilist eitust nimetatakse ka inversiooniks. Loetletud kolm loogikatehet moodustavad loogiliselt täieliku süsteemi, mida rakendades saab realiseerida mis tahes loogikafunktsiooni. Kõiki kolme loogika põhifunktsiooni on loogikaalgbra reeglite alusel võimalik realiseerida ainult üht tüüpi loogikaelementide kas NING-EI või VÕI-EI abil. Järelikult võib NING-EI- ja VÕI-EI-elemente ning tehteid nendega nimetada universaalseteks loogikaelementideks ja -teheteks. Lisaks põhifunktsioonidele leiavad kasutamist mitmed loogika tüüpfunktsioonid, nagu alternatiiv, ekvivalentsus, implikatsioon jt. Niisuguste funktsioonide ja elementide olemasolu lihtsustab loogikalülituste sünteesi. Loogikafunktsioonidest ja loogika tüüpelementidest annab ülevaate tabel 1.3.
väljundisse lisada täiendav ei-element. Bipolaarsed tehnoloogiad – kasutatakse bipolaarseid dioode ja transistoreid, kus voolujuhtiva kanali moodustavad nii pMOS kui ja nMOS pooljuhid. Dioodloogika – passiivsed pooljuhtdioodid. Väikeste pingete ja vooludega ei saa juhtida suuri pingeid ja voole, mis omakorda raskendab loogika nivoode korrigeerimist, kui madal/kõrge nivoo läheb liiga kõrgeks/madalaks. Piiratud on ühe elemendi väljundisse ühendatavate järgmiste loogikaelementide arv Diood-transistor-loogika – eelmise tehnoloogia edasiarendus, kus pooljuhtdioodidele on lisatud bipolaarsed transistorid eelnevate puuduste kaotamiseks. Transistor-transistor-loogika – praegu kõige enam kasutusel TTL, aga oma koha kaotanud unipolaarsetele tehnoloogiatele - Shotky TTL – eelneva tehnoloogia modifikatsioon, kus transistoritele on lisatud Shotky diood, mis parandab kiiruse ja energiatarbe omadusi
MOS transistorid võivad erineda kanalit juhtivustüübilt. Seejuures on p-kanaliga transistorid lihtsamad valmistada ning seetõttu kasutati neid esimestes mikroprotsessorites valdavalt. Nende töökiirus on aga n-kanaliga transistoridega võrreldes oluliselt väiksem, sest aukude liikuvus on tunduvalt madalam elektronide liikuvusest. Seetõttu on tänapäeval p-kanaliga MOP transistoridest praktiliselt loobutud n-kanaliga seadiste kasuks. Oluliselt õnnestus loogikaelementide voolutarvet vähendada, kui võeti tarvitusele komplementaarlülitused. Siin on loogikaelemendil koormustakistuseks teine, vastupidise juhtivustüübiga transistor. Tulemusena saadakse element, mis jõudeseisus üldse voolu ei tarbi (avatud on alati ainult üks transistoridest). Energiat kulub ainult parasiitmahtuvuste ümberlaadimiseks elemendi ümberlülituse hetkel. Komplementaarlülituse (CMOS) äärmiselt väike voolutarve võimaldab neid väga
annaabi.ee 
