Интерес к схемотехническим особенностям проектирований микроэлектронных цифровых устройств определяет повышенное внимание читателей в книге «Микроэлектронные схемы цифровых устройств» на протяжении 15 лет со времени выхода первого-"(1972 г.) и затем второго ее издания (1975 г.). Книга остается популярной среди инженеров-разработчиков аппаратуры на интегральных микросхемах и студентов технических вузов.
Настоящее, третье издание книги с учетом пожеланий и предложений читателей значительно переработано и дополнено новым материалом по проектированию микроэлектронных цифровых устройств исходя из особенностей создания и применения больших интегральных схем (БИС), в том числе микропроцессорных БИС.. В новом издании нашли отражение более 40 изобретений, выполненных авторами в области цифровой микросхемотехники за последние 12 лет, а также опыт чтения лекций студентам московских радиотехнических вузов.
В гл. 1 включены материалы по методам формального синтеза и минимизации логических функций при проектировании конечных автоматов. Это позволит полнее понять и освоить методику проектирования комбинационных узлов на интегральных микросхемах.
Глава 2 «Логические элементы интегральных микросхем» переработана и дополнена новым материалом по логическим схемам современной и перспективной технологии. Приведены характеристики элементов инжекционной логики, подробнее изложены особенности логических элементов динамического действия на МДП-структурах. Специальные разделы посвящены схемотехническим' проблемам согласования логических элементов, выполненных по» различным технологиям, а также особенностям схемотехники эле^-ментов БИС и СБИС.
Глава 3 «Триггерные устройства цифровых систем» значительно* переработана с учетом новой классификации триггеров, полной символьной характеристики, учитывающей функциональное назначение, способы записи и управления процессом передачи информации в структуре триггера. Приведены схемы оригинальных триггерных устройств, характеризующихся высокой помехозащищенностью и минимальным числом интегральных компонентов на функцию. Показаны схемотехнические особенности и определены I екомендации по эффективному применению различных триггер-
них устройств при проектировании микроэлектронной аппаратуры.
Материал гл. 4 «Регистры» представлен в более систематизированном виде с учетом особенностей проектирования статических, квазистатических и динамических регистров. Введен новый оригинальный материал по методам проектирования «протяженных» сдвигающих регистров, необходимых при создании высокоинформативных систем и структур в составе БИС, СБИС.
В главе 5 даиа классификация методов проектирования счетчиков, рассматриваются новые приемы проектирования пересчет-,«ых схем, включая методику формального синтеза определенных видов счетчиков.
В главе 6 приведены новые методы синтеза многостабильных схем с минимизацией числа связей в устройстве, а также дана методика проектирования счетчиков с заданным коэффициентом счета без избыточных состояний.
Глава 7 дополнена новым материалом по коммутаторам (мультиплексорам), преобразователям кодов и схемам сравнения в интегральном исполнении.
Глава 8 содержит новые сведения по методам проектирования параллельных сумматоров комбинационного и накапливающего типа.
Глава 9 «Распределители сигналов» по сравнению с предыдущим изданием дополнена оригинальными методами проектирования. Показаны методы оптимизации схемных решений распределителей с учетом их назначения и особенностей элементной базы.
Новой в книге является гл. 10 «Импульсные устройства», введенная по рекомендациям инженеров-проектировщиков цифровых устройств на интегральных микросхемах. В ней описываются различные устройства формирования импульсов заданной длительности и последовательности, одновибраторы и генераторы.
По настоятельным просьбам специалистов в настоящее издание введена гл. 11 «Микроэлектронные устройства на микропроцессорных комплектах БИС». Здесь рассмотрена классификация, динамика развития и структурного усложнения микропроцессорных комплектов БИС (МПК БИС) от их первых поколений до МПК высокой сложности (32-разрядные МПК). Рассказывается об особенностях математического обеспечения МПК и характеристиках аппаратно-отладочных комплексов. Показаны основы организации систем различного назначения на МПК БИС для решения задач в промышленности, транспорте, научных исследованиях и т. п.
Главы 1, 2, 7 и 8 написаны И. Н. Букреевым, Б. М. Мансуровым и В. И. Горячевым совместно, гл. 3—5 и 9 — В. И. Горячевым и Б. М. Мансуровым совместно, гл. 6 и 10 — В. И. Горячевым, гл. 11 — И. Н. Букреевым, Б. М. Мансуровым при участии канд. техн. наук, доц. М. А. Кочарова (§ 11.2).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие к третьему изданию ,.......... 3
Список принятых сокращений.....,........5
Глава 1. Основы теории проектирования микроэлектронных устройств на
цифровых микросхемах............. 7
1.1. Основы алгебры логики............-, ^
1.1.1. Основные аксиомы и тождества алгебры логики .... Ц
1.1.2. Аналитическая форма представлений булевых функций ... 13
1.1.3. Упрощение (минимизация) булевых функций..... 15
1.2. Основные положения и определения теории конечных автоматов . 24
Глава 2. Логические элементы интегральных микросхем..... 26
2.1. Система параметров.............. 27
2.2. Интегральные элементы одноступенчатой логики...... 33
2.2.1. Резистивно-транзисторные ИМС (RTL)....... 33
2.2.2 Диодно-транзисторные ИМС (DTL)........ 35
2.2.3. Интегральные микросхемы с эмиттерными связями (ECL) . 36
2.2.4. Интегральные элементы инжекционной логики (И2Л) ... 38
2.3. Интегральные элементы двухступенчатой логики...... 41
2.3.1. Диодно-транзисторные ИМС (DTL-2)........ 41
2.3.2. Транзисторно-транзисторные ИМС (TTL)...... 42
2.3.3. Транзистор-транзисторно-транзисторные ИМС (T-TTL) 44
2.4. Логические элементы на полевых транзисторах ...,,, 46
2.4.1. Логические элементы на одноканальных МДП-структурах . . 48
2.4.2. Логические элементы на дополняющих МДП-транзисторах . . 51
2.4.3. Логические элементы с нагрузочным КМДП-транзистором . . 53
2.5. Логические элементы с вентильным и блокирующим КМДП-тран-зисторами................. 53
2.6. Динамические элементы на МДП-транзисторах....... .57
2.7. Схемы согласования логических элементов (преобразователи уровней) 63
2.7.1. Преобразователи логических сигналов TTL, T-TTL-элементов
в сигналы МДП-элементов.......... 64
2.7.2. Преобразователи логических сигналов TTL-элементов в сигналы ECL-элементов, сигналов ECL-элементов в сигналы TTL-элементов ................. 65
2.7.3. Преобразователи логических сигналов TTL-элементов в сигналы И2Л-элементов, сигналов И2Л-элементов в сигналы TTL-элементов ................ 66
2.7.4. Логические элементы с тремя состояниями...... 67
2.8. Схемотехнические особенности логических элементов, реализуемых в составе БИС............. . . . 69
Глава 3. Триггерные устройства цифровых систем...... 73
3.1. Классификация триггерных устройств......... 73
3.2. Требования и параметры, характеризующие триггерные устройства 79
3.3. Статические триггеры.............. ^4
3.3.1. Триггеры с управлением записью вида L, L...... ?*
3.3.2. Триггеры с управлением записью вида [F]...... 99
412
[
Стр. 3.3.3.-Триггеры, в которых прием и фиксация информации разнесены
во времени............... 40
34. Импульсно-статические триггеры.......... 126
3.5. Триггеры на МДП- и КМДП-элементах........ 130
3.5.1. Статические триггеры.............. 130
3.5.2. Динамические триггеры........... 134
3.6. Квазистатические триггеры............ 135
3.7. Логические методы синтеза триггерных структур...... 140
Глава 4. Регистры............... 146
4.1. Параллельные регистры............. 147
4.1.1. Однофазные параллельные регистры двухтактного действия . 147
4.1.2. Однофазные параллельные регистры однотактного действия . 148
4.1.3. Парафазные параллельные регистры........ 149
4.2. Сдвигающие (последовательные) регистры и их классификация . . 149
4.3. Сдвигающие .регистры многотактного действия ...... 151
4.4. Сдвигающие регистры однотактного действия . _. .... 154
4.4.1. Сдвигающие регистры на триггерах вида LF..... 154
4.4.2. Сдвигающие регистры на триггерах вида LF...... 157
4.4.3. Сдвигающие регистры на триггерах вида F, Ft..... 158
4.4.4. Сдвигающие регистры на многотактных триггерах .... 159
4.5. «Протяженные» сдвигающие регистры однотактного действия , . 162
4.6. Однотактные ПСР на основе многотактных триггеров . . . . . 177
Глава 5. Счетчики............... 180
5.1. Классификация счетчиков............ 181
5.2. Счетчики на основе триггерных устройств ,..... 183
5.3. Счетчики с переносом . . . . . . ..... 188
5.3.1. Счетчики с последовательным (сквозным) переносом . . . 188
5.3.2. Счетчики с параллельным переносом....... 191
5.3.3. Счетчик с параллельно-последовательным переносом . . . 193
5.4. Реверсивные счетчики . ............ 193
5.5. Счетчики с произвольным коэффициентом счета ...... 196
5.5.1. Счетчики с естественным порядком счета...... 196
5.5.2. Счетчики с произвольным порядком счета...... 201
5.5.3. Счетчики с принудительным насчетом....... 201
5.5.4. Счетчики с начальной установкой кода....... 202
5.5.5. Адресные счетчики............ 204
5.6. Логические методы синтеза счетчиков......, 204
5.7. Безвентильные счетчики.........• . . . . 213
5.8. Сдвигающие счетчики.....,...,.., 216
5.8.1. Счетчики на кольцевых сдвигающих регистрах..... 217
5.8.2. Счетчики с постоянно взвешенными кодами..... 217
5.8.3. Счетчики на регистрах с перекрестными связями . . . . 218
5.8.4. Сдвигающие счетчики на совмещенных схемах..... 221
5.8.5. Полиномиальные счетчики.......... 221
5.9. Счетчики, построенные по схеме регистр — сумматор..... 223
5.10. Сдвигающие счетчики на основе специальных кольцевых схем . . 223
Глава 6. Счетчики на основе многостабильных пересчетных схем . . 224
6.1. Многостабильные схемы ..,..,....... 224
6.2. Многостабильные триггеры............ 228
6.2.1. Однофазные многостабильные триггеры....... 230
6.2.2. Многофазные многостабильные триггеры...... 236
6.3. Многоустойчивые пересчетные схемы........' 238
6.4. Многостабильные пересчетные схемы, построенные по способу M-S . 245
6.5. Многостабильные пересчетные схемы, построенные по способу МТ
и коммутирующих триггеров............ 255
6.6. Многостабильные пересчетные схемы, построенные по способу МТ и запоминающего регистра............. 263
413
6.7. Многостабильные пересчетные схемы, построенные на полусчетных кольцах ...... ....... .... 265
6.8. Реверсивные многостабильные пересчетные схемы . 269
6.9. Многоразрядные счетчики на многостабильных пересчетных схемах , 270
6.10. Реверсивные счетчики на многостабильных пересчетных схемах . . 277
6.11. Синтез счетчиков без избыточных кодовых комбинаций на основе многостабильных пересчетных схем ........ 4 277
Глава 7. Дешифраторы, коммутаторы, преобразователи кода и схемы
сравнения................. 280
7.1. Линейные дешифраторы..........- ... 281
7.2. Прямоугольные или матричные дешифраторы . . , . , 283
7.3. Пирамидальные дешифраторы.....> i • * , , 286
7.4. Логические коммутаторы (мультиплексоры)....... 290
7.5. Преобразователи (шифраторы) кода ......... 292
7.6. Устройства сравнения и контроля нечетности , s , . , , 294
Глава 8. Сумматоры.............. 296
8.1. Одноразрядные сумматоры .,.,,...,,., 297
8.2. Последовательные сумматоры , . , , ..,,,. 301
8.3. Параллельные сумматоры . , . , ,,..,,., 302 8.3.1. Параллельные сумматоры с последовательным переносом . , 302 8.3.2 Сумматоры с параллельным переносом , . ..... 303
8.3.3. Сумматоры с групповым переносом ........ 306
8.4. Накапливающие сумматоры ....,,..,.., 308
8.5. Двоично-десятичные сумматоры г .,,,.,,. 310
Глава 9. Распределители сигналов.......... 315
9.1. Параметры и классификация распределителей сигналов .... 316
9.2. Распределители, построенные по схеме счетчик-дешифратор . . . 317
9.2.1. Распределители на регистрах с перекрестными связями , , 317
9.2.2. Распределители на двоичных счетчиках с дешифратором . , 321
9.2.3. Распределители на многостабильных пересчетных схемах , , 323
9.3. Бездешифраторные распределители сигналов ..,..,, 325
9.3.1. Распределители на кольцевых схемах . . , 325
9.3.2. Бездешифраторные распределители сигналов на основе счетчика Джонсона ......,,.,,,,». 330
9.3.3. Бездешифраторные распределители на основе многостабильных триггеров и пересчетных схем , , , . , , . . , . 338
9.4. Сравнительная оценка экономичности различных вариантов распреде-
лителей сигналов . . . , j ...... s 1 341
Глава 10. Импульсные устройства.......... 345
10.1. Устройства выделения одиночного импульса из серии , f . • 345
10.2. Устройства выделения фронтов . . t . t , . , , i 347
10.3. «Укорачивающие» цепи ..,,.,.,... , » 350
10.4. Устройства расширения импульсов ..,,.,.,* 353
10.5. Устройства увеличения крутизны фронтов , , . , . t 353
10.6. Устройства задержки сигналов . . , . ,..,>« ^54
10.7. Устройства формирования одиночных импульсов при замыкании контактов......... , , . , , s 35о
10.8. Устройства обнуления при включении питания . . . - ' * ' |57
10.9. Устройство формирования пакета импульсов . .„,,•• 358
10.10. Одновибраторы....., .,.»!••• 5п
10.11. Импульсные генераторы ......,,,,.« '69
10.11.1. Генератор трехфазного напряжения со сдвигом фаз на 120° . 371
10.11.2, Устройства контроля работы генераторов , . • . , • ^'
414
Стр,
Глава 11 Микроэлектронные устройства на микропроцессорных комплектах БИС................ 374
111. Классификация микропроцессоров......... 375
11 2. Типовой микропроцессорный комплект БИС первого поколения . Лв
11.2.1. БИС арифметическо-логического устройства....., 378
11.2.2. БИС формирования микропрограммы......, 379
11.2.3. БИС передачи информации.......... 38°
11.2.4. БИС арифметического расширителя....... 381
11.3. Микропроцессорные комплекты средней сложности ..... 382
11.4. Микропроцессорные комплекты повышенной сложности . , . 388
11.5. Организация высокопроизводительных микроЭВМ на 32-разрядных микропроцессорах.....,........ 391
11.6. Программирование задач и комплексы отладки микропроцессорных систем...........,...., 394
11.7. Аппаратно-программные отладочные комплексы...... 397
11.8. Некоторые направления применения МПК. БИС (СБИС) . , , 400 Список литературы.............< < 409
Цена: 300руб.
