Справочное пособие по цифровой электронике

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

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.

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.

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.

Рис. 1.1.Нумерация контактов на корпусах интегральных схем. Контакт 1 находится слева от выемки; иногда его отмечают течкой.

Здесь изображен вид микросхем сверху, т. е. так, как они выглядят на печатной плате со стороны компонентов. Такой вид, наверное, самый естественный, но все же иногда нумерация контактов вызывает путаницу. Контакты микросхем нумеруются последовательно, начиная с выемки, в направлении против часовой стрелки.