Предисловие

Для удобства пользователей учебное пособие разбито на две части: Часть I, содержащую основы теории переключательных функций и цифровых автоматов, и Часть II, посвященную описанию интегральных схем (ИС) и проектированию на их основе электронных устройств, широко используемых в цифровых системах. Такое сочетание материала позволяет использовать учебное пособие как для подготовки высококвалифицированных специалистов в области проектирования цифровых устройств, так и при решении практических задач синтеза электронных узлов на основе ИС.

Учебое пособие содержит все необходимые теоретические сведения и практические данные для обучения технике логического проектирования даже неподготовленного читателя без привлечения дополнительной литературы.

В гл. 1 - 4 (Часть I) изложены элементарные основы алгебры логики и теории переключательных функций и цифровых автоматов, позволяющие простейшими формальными методами решать разнообразные задачи проектирования цифровых устройств на ИС. Для описания законов функционирования, анализа и синтеза цифровых устройств широко применяется оригинальный математический аппарат, основанный на использовании операторов переходов и решении систем логических уравнений. Только на основе этого аппарата возможно точное аналитическое описание функционирования устройств с импульсным и потенциальным воздействием входных сигналов. Например, даже функции переходов синхронных триггеров с дополнительными асинхронными потенциальными входами невозможно записать без использования операторов переходов.

Для эффективного использования учебного пособия следует преодолеть весьма распространенное заблуждение о трудности применения аналитических методов и хорошо усвоить все новые для читателя понятия Кроме того, необходимо научиться быстро и безошибочно производить преобразования логических выражений. Для этого рекомендуется самостоятельно повторить решение всех приведенных примеров и задач. Приложив относительно небольшие усилия, можно достаточно быстро приобрести практические навыки применения теорем и тождеств алгебры логики для решения конкретных задач. При этом обычно происходит резкий качественный скачок из состояния неуверенности в своих силах к полной удовлетворенности результатами проделанной работы.

Для глубокого овладения методами проектирования электронных устройств первостепенное значение имеет изучение физических процессов, протекающих в них при изменении входных сигналов. Для этих целей разработан оригинальный метод исследования переходных процессов в логических схемах как без обратных, так и с обратными связями, основанный на динамических моделях логических элементов и схем, адекватных реальным физическим элементам и устройствам

Рассмотрены практические методы синтеза асинхронных потенциальных и синхронных автоматов, способствующие глубокому освоению цифровой микросхемотехники. Впервые приводятся исчерпывающие сведения по классификации и синтезу асинхронных потенциальных, асинхронных импульсных и синхронных триггеров и счетчиков. Теоретический материал иллюстрируется большим числом примеров синтеза как стандартных цифровых устройств, так и узлов специального назначения. Материал изложен с расчетом использования его для аналитического описания функционирования любых цифровых ИС малой и средней степени интеграции, а также большой степени интеграции при регулярной их структуре.

Справочный материал (Часть II, гл. 5-7) содержит полное аналитическое описание законов функционирования большого числа (около 1000) ИС различной степени интеграции, выпускаемых как отечественными, так и зарубежными фирмами, что позволило унифицировать их условные графические обозначения на основе принятого государственного стандарта. Дано описание серий ИС, изготовляемых и по новейшим ТТЛ и КМОП технологиям (1530, 1531 и 1554, 1564, 1594). Приведены типовые решения многих практических задач при оптимальном использовании функциональных возможностей серийно выпускаемых микросхем. Учебное пособие может служить настольным руководством для специалистов, занимающихся разработкой внешних устройств микропроцессорных систем.

Обширные приложения содержат богатый справочный материал, ориентированный на быстрый поиск цоколевки и параметров интересующей ИС, как по ее отечественному или зарубежному обозначению, так и по функциональному назначению.

Параграфы 5.1 - 5.8, 6.1 - 6.6 и 7.1 - 7.6 написаны Т. Я. Новосельцевой, остальные — Г. И. Пухальским; в составлении приложений принимали участие оба автора.

Учебное пособие может быть полезно не только студентам и преподавателям вузов, но и инженерам, занимающимся проектированием электронной аппаратуры.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ И ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ