Analiza și sinteza circuitelor

Introducere in proiectarea

circuitelor logice

1.1 Reprezentarea digital.

In studiul circuitelor digitale, anumite elemente de baz. sunt folosite cu prec.dere, si

este necesar. cunoasterea lor, ca un punct de pornire, ca un bagaj minim de cunostin.e,

pentru in.elegerea aspectelor legate de aceste sisteme (structur., func.ionalitate, principii de

proiectare si realizare). In acest sens, dou. categorii de no.iuni de baz. trebuiesc cunoscute,

si anume elemente de algebr. si elemente de logic., corelate cu tipurile uzuale de circuite

logice TTL1 (circuite integrate SSI 2 - por.i, bistabile etc, cat si circuite integrate MSI3 -

registre, multiplexoare, decodificatoare, circuite PLD4, etc).

Logica digital. disimuleaz. capcanele lumii analogice prin transformarea mul.imii

infinite de valori reale ce pot fi luate de m.rimile fizice in dou. submul.imi c.rora le corespund

doar dou. valori numerice sau valori logice posibile . 0 si 1. O valoare logic., 0 sau 1, este

denumit. cifr. binar. sau bit. Dac. o aplica.ie necesit. mai mult de dou. valori discrete se

pot folosi bi.i suplimentari, cu o mul.ime de n bi.i putand fi reprezentate 2n valori diferite.

In tabelul 1.1 sunt prezentate cateva exemple de fenomene fizice cu ajutorul c.rora se

pot reprezenta bi.i in unele tehnologii digitale moderne. Cele mai multe fenomene prezint. o

regiune de nedeterminare intre st.rile de 0 si 1 (cum ar fi o tensiune de 1,8 V, o lumin. slab.,

un condensator inc.rcat pu.in etc.). Aceast. regiune de nedeterminare este necesar. pentru

ca st.rile de 0 si 1 s. poat. fi definite riguros si detectate totdeauna corect. Rezultatele pot fi

alterate cu usurin.. de c.tre zgomot dac. limitele ce separ. st.rile de 0 si 1 sunt prea

apropiate.

In cazul circuitelor logice electronice cum sunt CMOS5 si TTL, se utilizeaz. adesea, in

loc de 0 si 1, indicativele:

. L (LOW) . semnal cu valori cuprinse in domeniul valorilor algebrice mici, care sunt

interpretate ca 0 logic.

. H (HIGH) . semnal cu valori cuprinse in domeniul valorilor algebrice mari, care sunt

interpretate ca 1 logic.

Atribuirea valorii 0 st.rii LOW si a valorii 1 st.rii HIGH pare ceva firesc si se numeste

logica pozitiv., iar cel.lalt mod de atribuire, 1¨LOW si 0¨HIGH, este utilizat mai rar si se

cheam. logica negativ..

1 Transistor-Transistor logic

2 Small-Scale Integration

3 Medium-Scale Integration

4 Programmable Logic Devices

5 Complementary Metal-Oxid-Semiconductor

2 Proiectare Logic.

Starea ce Tehnologia reprezint. un bit

0 1

Logic. pneumatic. Fluid la presiune joas. Fluid la presiune inalt.

Logic. de relee Circuit deschis Circuit inchis

Logic. metal-oxid-semiconductor

complementar. (CMOS) 0 . 1,5V 3,5 . 5,0 V

Logic. tranzistor-tranzistor (TTL) 0 . 0,8 V 2,0 . 5,0 V

Fibre optice Intuneric Lumin.

Memorie dinamic. Condensator desc.rcat Condensator inc.rcat

Tabel 1.1 St.ri fizice care pot reprezenta bi.i in diverse logici de calcul.

1.1.1 Niveluri logice

Elementele logice abstracte lucreaz. cu cifre binare 0 si 1, ins. circuitele logice reale

prelucreaz. semnalele electrice, cum ar fi nivelurile de tensiune. Oric.rui circuit logic ii este

caracteristic un domeniu de tensiuni ce se interpreteaz. ca 0 logic sau ca 1 logic. In figura 1.1

sunt prezentate nivelurile de tensiune pentru familiile de circuite integrate TTL si CMOS.

Orice semnal care are tensiunea in interiorul acestor intervale este interpretat ca 0 logic,

respectiv 1 logic.

Nivelurile logice 0 si 1 pot fi generate de tranzistorii bipolari sau cu efect de camp care

lucreaz. in regim de comuta.ie intre cele dou. st.ri extreme: saturat-blocat, respectiv

deschis-inchis. Timpul necesar tranzi.iilor dintre st.ri se numeste timp de comuta.ie.

Intr-un circuit digital informa.ia aplicat. la intrare trece prin mai mul.i tranzistori in

traseul ei spre iesire, iar timpii de comuta.ie se cumuleaz.. Timpul necesar unei informa.ii (de

exemplu o tranzi.ie 0¨1) pentru a ajunge de la intrare la iesire se numeste timp de

propagare.

Familia TTL

VCC [V] VDD [V]

0 LOGIC

1 LOGIC

0 LOGIC

1 LOGIC

Figura 1.1 Intervalele de tensiune pentru

familiile TTL si CMOS.

Familia CMOS

Laborator 1. Introducere in proiectarea circuitelor logice 3

1.1.2 Defini.ia unui semnal digital

Informa.iile pe care le percepem de la fenomenele din jurul nostru sunt in general

analogice. Transformarea unui semnal din form. analogic. in form. digital. (digitizarea)

presupune dou. etape prezentate si in figura 1.2:

. esantionarea . gcitireah valorii analogice la intervale de timp egal distan.ate intre ele

(Ts

. timp de esantionare). Semnalul ob.inut este tot intr-o reprezentare analogic. dar

este un semnal esantionat;

. cuantificarea . fiec.rui esantion i se atribuie un cod numeric care con.ine doar dou.

simboluri, 0 si 1. Codul numeric este in direct. leg.tur. cu valoarea analogic. a

esantionului c.ruia i se asociaz.. Cel mai frecvent este folosit codul binar.

Pentru ca informa.iile digitale astfel ob.inute s. poat. fi prelucrate sau folosite in

diferitele p.r.i componente ale unui sistem digital complex este necesar. memorarea lor