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Ch8 Integrated-Circuit Logic FamiliesCh9 MSI Logic CircuitsDecorder定義例子BCD-TO-7-Segent Decoder/DriverEncorderMultiplexers(Data Selectors)結構ApplicationDemultiplexers(Data Distributors)Security Monitoring SystemSynchronous Data Transmission SystemTime Division MultiplexingMagnitude ComparatorCode ConvertorData BusingTristate RegisterData Bus OperationBus Signals
Ch8 Integrated-Circuit Logic Families
完成本章後，您將能夠：
■ 閱讀並理解制造商資料表中指定的數位IC術語。
■ 比較標準TTL和各種TTL系列的特性。
■ 為特定的邏輯裝置確定扇出。
■ 使用帶有開放集集輸出的邏輯裝置。
■ 分析包含三態裝置的電路。
■ 比較各種CMOS系列的特性。
■ 分析使用CMOS雙向開關的電路，以允許數位系統控制模擬信號。
■ 描述TTL、ECL、MOS和CMOS邏輯家族之間的主要特性和區別。
■ 描述當介面來自不同邏輯家族的數位電路時所需的各種考慮事項。
■ 使用電壓比較器，使數位系統能夠被模擬信號控制。
■ 使用邏輯脈衝器和邏輯探頭作為數位電路故障排除工具。
這邊直接跳過，主要是在講實務的晶片是怎麼設計的，並且現在的封裝是怎麼封裝的還有怎麼看規格表，大力跳過
Ch9 MSI Logic Circuits
Decorder
定義
定義：把Binary Code 轉換為人看的，通常Output只有一個位置是 TRUE
例子
其中一個例子：74ALS138
另一個例子：BCD 2 Decimal (7445)
BCD-TO-7-Segent Decoder/Driver
- 有個小議題是：LED共陽和共陰
Encorder
基本上就是把Decorder倒過來
Switch Encorder：可以把它當作是鍵盤
Multiplexers(Data Selectors)
結構
它就是一個選擇input的東東，內部構造也很好想像
Application
- Data Routing
- Parallel-to-Serial Conversion
- Operation Sequencing 指的是去確定誰要先走的感覺
- Logic Function Generation 如果S=0則Y=A，如果S=1則Y=B
Demultiplexers(Data Distributors)
也是人如其名，很好理解
Security Monitoring System
這邊舉個例子，說當你想要開啟哪扇門的時候，就把output選到那扇門，無聊
Synchronous Data Transmission System
總之就是把訊號整合到一條線之後，再變回原本的樣子
Time Division Multiplexing
一種多工技術，它允許多個數據源在同一條通信信道上進行傳輸，而不會彼此干擾。這是通過將每一個數據源分配到固定的、規律的時間段來實現的。
Magnitude Comparator
“Magnitude Comparator”是一種數位電路，用於比較兩個二進制數的大小。根據其輸入值，比較器會產生三個基本的輸出：
A大於B、A小於B和A等於B。
以下是大小比較器的主要特點和功能：
- 多位比較：大小比較器可以設計來比較兩個多位數的大小，如4位、8位或更多。
- 基本輸出：
- A > B：當A的數值大於B時，此輸出為高（或1）。
- A < B：當A的數值小於B時，此輸出為高（或1）。
- A = B：當A和B的數值相等時，此輸出為高（或1）。
- 工作原理：比較器會從最高位（MSB，Most Significant Bit）開始比較，並逐位向下比較到最低位（LSB，Least Significant Bit）。一旦在某一位上找到差異，它就可以判斷哪個數字較大。
Code Convertor
就是把Code轉成另一種Code
實際電路的樣子
Data Busing
大家一起共用一坨線的感覺
以下是關於數據總線的一些要點：
- 寬度：數據總線的寬度是指其同時能傳輸的位數。例如，一個8位的數據總線每次可以傳輸8位的數據，而一個64位的數據總線每次可以傳輸64位的數據。
- 雙向性：在大多數系統中，數據總線是雙向的，這意味著數據可以在兩個方向上流動 — 從CPU到記憶體或I/O裝置，或從記憶體或I/O裝置到CPU。
- 速度和頻寬：數據總線的速度與頻寬直接影響到系統的整體性能。更寬的總線和更高的操作頻率可以提供更高的數據傳輸速率。
- 與其他總線的關係：
- 地址總線：用於傳遞記憶體地址或I/O地址，確定數據源或目的地的位置。
- 控制總線：用於傳遞指令和信號，如讀/寫指令，中斷請求等。
- 演進：隨著技術的進步，數據總線的寬度和速度也在不斷增加。早期的個人計算機可能只有8位或16位的數據總線，而現代的系統可能擁有32位、64位甚至更寬的總線。
Tristate Register
三態暫存器 (Tristate Register) 是一種具有三種輸出狀態的數位電路元件：'0'（低）、'1'（高）和'Z'（高阻抗）。這三種狀態的存在是為了在設計中允許多個輸出能夠連接到同一個導線或總線上，而不會彼此互相干擾。
在大多數情況下，數位電路只具有兩種狀態（0和1）。然而，在某些情況下，例如當多個輸出裝置需要共享一條導線或總線時，就需要使用到三態暫存器。當該裝置的輸出被設置為高阻抗狀態'Z'時，它基本上就從電路中"斷開"了，使得其他裝置可以安全地驅動該總線。
以下是三態暫存器的一些要點：
- 多主設備共用：在許多系統中，可能有多個裝置需要在不同的時候向同一條總線輸出數據。使用三態暫存器可以確保在任何給定時刻只有一個裝置驅動總線。
- 控制：三態暫存器通常具有一個控制輸入，用於切換其輸出狀態。當控制輸入被設置為允許時，暫存器輸出正常的數據（0或1）。當控制輸入被禁止時，暫存器輸出會進入高阻抗狀態。
- 避免短路和冲突：如果兩個裝置同時試圖驅動同一總線 — 其中一個輸出'0'而另一個輸出'1'，會導致短路和數據衝突。三態暫存器可以防止這種情況，因為只有當它被允許時，它才會驅動總線。
- 在多設備系統中的使用：例如，在記憶體系統、微控制器或其他具有多個外設或I/O端口的系統中，都可能使用到三態暫存器。
總之，三態暫存器是一個重要的數位電路組件，它允許多個裝置能夠共用單一的通信通道，同時確保系統的正確和安全操作。
電路實現
Data Bus Operation
Bus Signals
總線信號 (Bus Signals) 是控制和調節數據總線上操作的電子信號。在一個典型的電腦系統或任何其他數位系統中，總線信號確保數據的正確傳輸和裝置間的正確通信。這些信號可以分為三個主要類型：數據信號、地址信號和控制信號。
- 數據信號 (Data Signals)：這些信號代表要在系統中傳輸的實際數據。它們通常在數據總線上流動，可以是8位、16位、32位或更大的寬度，取決於總線的設計。
- 地址信號 (Address Signals)：地址信號確定數據要發送到的目的地或從哪裡讀取數據。例如，在一個微處理器系統中，當數據需要存儲在特定的記憶體位置時，地址信號會指示該位置。
- 控制信號 (Control Signals)：這些信號確定總線操作的性質和時機。一些常見的控制信號包括：
- 讀取 (READ) 或 寫入 (WRITE)：指示系統是讀取數據還是寫入數據。
- 使能 (ENABLE)：激活特定裝置或部分系統。
- 重設 (RESET)：將系統或裝置重置到其初始狀態。
- 時鐘 (CLOCK)：提供同步的節拍，確保所有系統操作按照預定的節奏進行。
- 中斷 (INTERRUPT)：提供一種機制，允許外部裝置通知中央處理單元 (CPU) 需要立即處理的事件。
在實際的硬體設計中，可能還有其他專有或特定的控制信號，但上述列舉的是一些最常見的信號。這些信號的正確協調和操作對於確保系統的正確和高效運作至關重要。
把Bus Signal表示簡單化
四線數據總線的數據傳輸操作是大多數計算機和其他數位系統中找到的較大數據總線操作的典型，通常是8、16或32線的數據總線。這些更大的總線通常有比三個裝置更多的裝置連接到總線上，但基本的數據傳輸操作是相同的：
- 一個裝置啟用其輸出，以便將其數據放置在數據總線上
- 另一個裝置啟用其輸入，以便從總線上取下這些數據並在適當的時鐘邊緣將它們鎖存到其內部電路中。
數據總線上的線數將取決於要在總線上傳輸的數據字（數據單位）的大小。具有八位字大小的計算機將具有八線數據總線，具有16位字大小的計算機將具有16線數據總線，依此類推。連接到數據總線的裝置數量因計算機而異，並取決於如計算機具有多少記憶體以及多少輸入和輸出裝置必須通過數據總線與CPU通信。
所有裝置輸出都必須通過三態緩衝器連接到總線。某些裝置，例如74173寄存器，擁有相同晶片上的這些緩衝器。其他裝置需要通過稱為總線驅動器的集成電路連接到總線。總線驅動器IC具有非常低的輸出阻抗的三態輸出，可以迅速充放總線電容。此總線電容代表了連接到總線的所有不同輸入和輸出的寄生電容的累積效應，如果它們不是從低阻抗信號源驅動的，它們可能會導致總線信號轉換時間的惡化。圖9-50顯示了74HC541八進制總線驅動器IC將8位模數轉數字轉換器的輸出連接到數據總線。該ADC具有三態輸出，但缺乏充放總線電容的驅動能力（在圖中顯示為連接到地的電容器）。請注意，數據位0直接驅動總線，無需總線驅動器的幫助。如果轉換時間足夠慢，則在分配的啟用時間內，電壓可能永遠不會達到高邏輯級。總線驅動器的兩個啟用輸入被綁定在一起，因此使能線上的低電平將允許ADC的輸出通過緩衝器并放在數據總線上，從那裡可以將它們轉移到另一個裝置。
簡化版的Bus圖片
在圖9-47中，每個寄存器的輸入和輸出都連接到數據總線，因此相應的輸入和輸出被短接在一起。例如，由於與DB2的共同連接，每個寄存器都有輸出O2連接到輸入D2。當集成電路以這種方式使用時，無需既有輸入引腳又有輸出引腳。
由於總線系統中的輸入和輸出經常連接在一起，IC製造商已開發出連接集成電路內部的輸入和輸出的IC，以減少IC引腳的數量和連接到總線的數量。圖9-53為我們展示了一個四位寄存器的這一情況。單獨的數據輸入線1D0到D32和輸出線1O0到O32已被輸入/輸出線1I/O0到I/O32取代。
- 作者:Q蛇
- 链接:/article/e9804bb9-be53-420c-a449-f021960dafea
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