В настоящее время зарубежными фирмами выпускается широкая номенклатура логических и арифметических ИС, насчитывающая несколько тысяч типов. Ниже приведены данные на некоторые широко распространенные биполярные интегральные схемы серии SN74 фирмы Texas Instr. — ведущей фирмы США в области полупроводниковых ИМС. Большинство ТТЛ ИС других фирм функционально и параметрически повторяют ИС серии SN74 фирмы Texas Instr. Далее, в табл. 3.11, будет приведено соответствие между ИМС серии SN74 и схемами, выпускаемыми другими фирмами США, и дан ряд отечественных аналогов. Существует пять модификаций серии: стандартная серия SN54/74, повышенного быстродействия SN54H/74H, маломощная SN54L/74L, быстродействующая SN54S/74S с диодами — Шоттки и маломощная быстродействующая с диодами Шоттки SN54LS/74LS. Типовые характеристики этих модификаций приведены в табл. 3.1. В табл. 3.2 приведены уровни входных и выходных напряжеfiift и токов ИМС различных серий. Напряжение питания схем +5 В, потребляемая мощность почти не зависит от частоты переключения, диапазон температуры для серии SN54 составляет — 55н- + 125°С и для серии SN74 0-+70°С. Ввиду большого многообразия типов логических схем по функцнональному назначению рассматриваются только широко распространенные интегральные микросхемы: триггеры (табл. 3.3), мультивибраторы (табл. 3.4), схемы временной задержки (табл. 3.5), дешифраторы (табл. 3.6), сдвиговые регистры (табл. 3.7), счетчики (табл. 3.8), сумматоры (табл. 3.9), умножители (табл. 3.10).
В табл. 3.11 приведено соответствие логических микросхем SN74 фирмы Texas Instr. схемам других фирм, а в табл. 3.12 даны отечественные аналоги серии SN74.
В таблицах используются следующие термины, определения и буквенные обозначения основных электрических параметров: U3X — входное напряжение низкого уровня;
Iвых.max — наибольшее значение выходного тока, при котором обеспечиваются заданные параметры микросхемы;
Uвыи. max — наибольшее значение выходного напряжения, при котором изменения параметров микросхемы соответствуют заданным значениям;
Таблица 3.5. Схемы временной задержки
Тип
U1выx, B
U0 вых, B
Нагрузочная способность
Диапазон длительности импульса
Pпот, мВт
Помехоустойчивость, В
Число схем в корпусе
Число выводов корпуса
по входу
по выходу
SN74121J(N)
2
0,8
3
10
40 нс — 28 с
200
1
1
14
SN74122J(N)
2,4
0,4
5
10
40 не — оо
140
1
1
14
SN74LS122J(N)
2
0,8
5
10
45 нс — оо
55
0,4
1
14
SN74123J(N)
2,4
0,4
5
10
45 нс — оо
154
1
2
16
SN74LS123J(N)
2
0,8
5
10
45 не — оо
100
0,4
2
16
SN74221J(N)
3,4
0,2
3
10
20 нс — 28 с
400
1,2
2
16
SN74LS221J(N)
3,5
0,25
3
10
20 нс — 70 с
23
1,2
2
16
Рпот — потребляемая мощность — значение мощности, потребляемой микросхемой от источников питания в заданном режиме;
КД — керамический DIP-корпус;
ПД — пластмассовый DIP-корпус;
КП — керамический плоский корпус.
Работа переключения — произведение среднего времени задержки распространения сигнала на потребляемую логическим элементом мощность;
Таблица 3.6. Дешифраторы
Тип
Число линий дешифрации
fзд-р.ср, нс
Рпот- мВт
Помехоустойчивость, В
Iвых.mаx, мA
U вых mаx, В
Число выводов корпуса
Преобразуемые коды
входных
выходных
SN7442AJ(N)
4
10
30
140
1
55
>2,4
16
Двоично-десятичный в десятичный
SN74LS42J(N)
4
10
30
35
1
100
>2,5
16
SN7443AJ(N)
4
10
30
140
1
55
>2,4
16
—
SN7444AJ(N)
4
10
30
140
1
55
>2,4
16
—
SN7445J(N)
4
10
50
215
1
80
30
16
Двоично-десятичный в семисегментный
SN7446AJ(N)
6
8
100
320
1
40
30
16
SN7447J(N)
7
12
100
265
.1
40
15
16
SN74LS47J(N)
6
8
100
35
1
24
15
16
SN7447AJ(N)
6
8
100
320
1
40
15
16
SN7448J(N)
6
8
100
265
1
6,4
5,5
16
SN74LS48J(N)
6
8
100
125
1
6
5,5
16
SN74LS49J(N)
5
7
100
40
1
8
5,5
14
SN74LS138.KN)
3
8
22
32
—
42
>2,7
16
Дешифратор демультн плексер
SN74S138J(N)
3
8
8
245
100
>2,7
16
Продолжение табл. 3.6
Тип
Число линий дешифрации
tзд.р.ср, нс
Pпот, МВТ
Помехоустойчивость, В
Iвых max, мА
Uвых тал, В
Число выводов корпуса
Преобразуемые коды
входных
выходных
SN74LS139J(N)
2
4
22
34
—
42
>2,7
16
Дешифратор демультиплексер
SN74S139J(N)
2
4
7,5
300
—
100
>2,7
16
SN74141J(N)
4
10
—
55
—
—
60
16
Управляет газоразрядными индикаторами
SN74145J(N)
4
10
50
215
—
80
15
16
Двоично-десятичный в десятичный
SN74154J(N)
4
16
36
170
—
57
5,5
24
—
SN74155J(N)
2
4
34
125
0,4
57
>2,4
16
—
SN74156J(N)
2
4
34
125
—
40
—
16
—
SN74246J(N)
6
8
100
320
0,4
40
30
16
-
SN74247J(N)
6
8
100
265
0,4
40
15
16
Двоично-десятичный в
семисегментный
SN74LS247J(N)
6
8
100
35
0,4
24
15
16
SN74248J(N)
6
8
100
265
0,4
6,4
5,5
16
SN74LS248J(N)
6
8
100
125
0,2
6
5,5
16
SN74249J(N)
6
8
100
265
0,4
10
5,5
16
SN74LS249J(N)
6
8
100
40
0,4
8 '
5,5
16
tзд.р.ср — среднее время задержки распространения сигнала — интервал времени, равный полусумме времен задержки распространения сигнала при включении и выключении логической ИМС;
Kоб — коэффициент объединения по входу — число входов ИМС, по которым реализуется логическая функция;
Kраз — коэффициент разветвления по выходу — число единичных нагрузок, которое можно одновременно подключить к выходу ИМС;
U птах — помехоустойчивость — наибольшее значение напряжения помехи на входе ИМС, при котором еще не происходит изменения уровней ее выходного напряжения.
Время записи — интервал времени между началом адресного сигнала и появлением записанной информации на выходе ИМС.
Время выборки адреса — интервал времени между подачей на вход сигнала адреса и получением на выходе ИМС сигналов информации.
Схемы временной задержки служат для формирования импульсов с программируемой длительностью.
Схема SN 74121 представляет собой одновибратор с триггером Шмитта на входе. Минимальная длительность определяется внутренним времязадающим резистором, при подключении внешних резисторов и конденсаторов длительность выходного импульса изменяется от 40 не до 28 с.
Схема SN74221 состоит из двух схем типа SN74121 в одном корпусе. Схема SN74122 представляет собой одновибратор с повторным запуском и сбросом, a SN74123 — сдвоенный одновибратор с повторным запуском и сбросом.
Дешифраторы применяются для преобразования кодированной информации в соответствующий управляющий сигнал, например для дешифрации кода операции для выработки сигналов управления АЛУ, для преобразования кода адреса запоминающей ячейчи в соответствующий сигнал при записи (считывании), для управления индикаторами, шкалами, дисплеями, для выбора одного или более выходных каналов в зависимости от кода входного сигнала.
В схемах типа SN7442 — SN7444 выбирается одна линия из N выходных в зависимости от входного кода. Схемы типа SN7446 — SN7449 представляют собой дешифраторы двоично-десятичного кода в код 7-сегментного индикатора.
Регистры представляют собой устройства, предназначенные для приема, промежуточного хранения и выдачи л-разрядных чисел в процессе выполнения операций, а также для преобразования чисел с помощью сдвига. Регистры выполняются на триггерных и логических элементах, количество и тип которых в регистре определяются его назначением. Обычно регистры применяются в качестве передаточных звеньев между запоминающими устройствами и другими узлами ЭВМ. С помощью регистров можно также осуществить преобразование последовательного кода числа в параллельный и наоборот. По способу приема и передачи информации регистры подразделяются на параллельные (параллельный ввод, параллельный вывод) и параллельно-последовательные (параллельный ввод, последовательный вывод или наоборот). Операция сдвига заключается в перемещении всех цифр числа в направлении от старших к младшим разрядам (правый сдвиг) или от младших к старшим разрядам (левый сдвиг). Помимо однонаправленных регистров, т. е. регистров с левым или правым сдвигом, существуют двунаправленные, или универсальные регистры.
Таблица 3.7. Регистры
Тип
Разрядность
Максимальная рабочая частота, МГц
Pпот, мВт
tзд.р.ср,
НС
I°вых, МА
Число выводов корпуса
Дополнительные сведения
С параллельным вводом и параллельным выводом информации
SN7495AJ(N)
4
25
195
32
16
14
Параллельный и последовательный ввод. Сдвиг вправо и влево
SN74LS95BJ(N)
4
25
65
32
4
14
SN7496J(N)
5
10
240
55
16
16
Универсальный ввод — j вывод, сброс
SN74LS96J(N)
5
10
60
55
4
16
SN74173J(N)
4
25
360
43
16
16
D-типа с выходом на шинный формирователь с 3 состояниями
SN74LS173J(N)
4
30
150
36
24
16
SN74174J(N)
6
25
325
35
16
16
—
SN74LS174J(N)
6
30
130
35
8
16
—
SN74S174J(N)
6
75
720
22
20
16
—
SN74175J(N)
4
25
225
35
16
16
D-типа — шинный формирователь
SN74LS175J(N)
4
30
90
35
8
16
SN74S175J(N)
4
75
480
22
20
16
D-типа — шинный формирователь
SN74178J(N)
4
25
230
36
16
14
Со сдвигом вправо
SN74179J(N)
4
25
230
36
16
16
С парафазным выходом
SN74LS194AJ(N)
4
25
75
30
4
16
Двунаправленный, универсальный
SN74S194J(N)
4
70
425
18
20
16
SN74195J(N)
4
30
195
30
16
16
—
SN74LS195AJ(N)
4
30
70
30
4
16
—
SN74S195J(N)
4
70
350
18
20
16
—
SN74198J(N)
8
25
360
30
16
24
Двунаправленный
SN74199J(N)
8
25
360
30
16
24
—
SN74273J(N)
8
30
470
27
16
20
8 D-триггеров со сбро-сом
SN74LS273J(N)
8
30
135
27
4
20
SN74278J(N)
4
—
400
46
16
14
Наращиваемый с входной защелкой
SN74S281J(N)
4
50
1100
55
20
24
Параллельный, двоичный аккумулятор
SN74LS295AJ(N)
4
20
70
70
4
14
Со сдвигом вправо и влево
SN74LS295BJ(N)
4
25
145
35
24
14
SN74LS299J(N)
8
35
300
35
24
20
Универсальный с хранением
SN74LS299J(N)
8
50
1200
24
20
20
Универсальный с хра- нением
SN74LS323J(N)
8
35
300
35
24
20
SN74LS373J(N)
8
40
200
27
24
20
} 8 D-триггеров с хра-| нением, выход с 3 j состояниями
SN74S373J(N)
8
80
800
13
20
20
SN74LS374J(N)
8
35
225
36
24
20
| 8 D-триггеров
SN74S374J(N)
8
75
700
18
20
20
SN74376J(N)
4
30
370
35
T6
16
4 J-K-триггера
SN74LS377J(N)
8
30
140
27
4
20
8 D-триггеров
SN74LS378J(N)
6
30
110
27
4
16
—
SN74LS379J(N)
4
30
75
27
8
16
4 D-триггера
SN74LS395J(N)
4
25
75
32
4
16
Наращиваемый, выход с 3 состояниями
SN74LS395AJ(N)
4
25
145
35
24
16
Со сдвигом вправо и влево, наращиваемый, выход с 3 состояниями
Продолжение табл. 3.7
Тип
Разрядность
Максимальная рабочая частота, МГц
PПОТ,
мВт
tзд.р.ср, нс
Число выводов корпуса
Дополнительные сведения
SN74LS396J(N)
2X4
30
200
30
8
—
—
С последовательным вводом и последовательным выводом информации
SN7491AJ(N)
8
10
175
40
16
14
— —
SN74I..S9!J(N)
8
10
60
40
4
14
, —
SN7494J(N)
4
10
175
40
18
16
—
С параллельным вводом и последовательным выводом информации
SN74LS165J(N)
8
25
180
40
8
16
SN74I66J(N)
8
25
360
30
16
16.
—
SN74LS1G6J(N)
8
25
190
35
8
16
- —
С последовательным вводом и параллельным выводом информации
SN741G4.I(N)
8
25
168
42
8
14
SN74LS1G4J(N)
8
25
80
36
4
14
—
SN74LS322J(N)
8
—
—
—
4
20
—
SN74LS673J(N)
16
—
—
~~~
—
Счетчики предназначены для счета импульсов, посту.тающих на его вход. Они используются для образования последовательности адресов команд, для счета числа циклов выполнения операций. Счетчики в зависимости от способа кодирования бывают двоичные или десятичные и по назначению делятся на простые (суммирующие или вычитающие) и реверсивные. Простые счетчики имеют переходы от предыдущего состояния к последующему только в одном направлении. Такие счетчики могут суммировать импульсы или вычитать их. Реверсивные счетчики имеют переходы в двух направлениях (прямом и обратном). Двоичный счетчик обычно состоит из ряда последовательно соединенных тригтерных ячеек, управляемых по счетному входу. Каскад десятичного счетчика (декада) обычно состоит из четырех триггеров с обратными связями.
Умножитель — устройство для умножения двух n-разрядных чисел и выдачи результата в виде 2n-разрядного числа. Умножители содержат матрицу элементов асинхронного умножения, два входных регистра операндов и два выходных регистра, один из которых принимает старшие разряды произведения, а другой — младшие.
Каждый элемент умножительной матрицы содержит схему получения однобитового произведения и схему полного сумматора для сложения этого произведения с суммами и переносами от других элементов матрицы. Такую структуру имеют, например, быстродействующие умножители MPY8, MPY12, MPY16, MPY24 фирмы TRW (США). В умножителях типа TDC1008, TDC1010 этой же фирмы добавлен регистр-аккумулятор.
Сумматор представляет собой устройство, производящее суммирование двух чисел с выдачей результата и сигнала переноса в старшие разряды.
Отечественные аналоги микросхем серии SN74 фирмы Texas Instr. приведены.в табл. 3.12.
МИКРОПРОЦЕССОРЫ
Микропроцессор — это программно управляемое устройство, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровой информации, построенное на одной или нескольких ИМС.
Выпускаемые за рубежом микропроцессорные интегральные микросхемы можно классифицировать в основном на три большие группы:
микропроцессоры с фиксированной разрядностью слова и с фиксированной системой команд;
микропроцессорные секции с наращиваемой разрядностью слова и микропрограммным управлением;
однокристальные микро-ЭВМ.
Микропроцессоры с фиксированной разрядностью и с фиксированной системой команд состоят в основном из следующих узлов: арифметическо-логического устройства (АЛУ), устройства управления, блока внутренних регистров, интерфейса. Арифметическо-логи-ческое устройство, как правило, состоит из двоичного сумматора со схемами ускоренного переноса, регистров для временного хранения операндов и регистра-сдвигателя. Это устройство выполняет несколько операций, в частности сложение, вычитание, сдвиг.
Таблица 3.8. Счетчики
Тип
Максимальная рабочая частота, МГц
Нагрузочная способность
tзд.р.ср,
НС
Pпот, МВт
Помехоустойчивость, В
Число выводов корпуса
Дополнительные сведения
по входу
по выходу
SN7490AJ(N)
16
6
10
50
,45
1
14
Десятичный, делитель на 5 и 2
SN 74LS90J(N, W)
16
6
20
50
75
1
14
SN74LS92J(N,W)
16
4
20
50
75
—
14
Делитель на 12 4-разрядный, двоич-ный
SN7493AJ(N)
16
4
10
70
130
1
14
SN74LS93J(N, W)
16
4
20
70
75
—
14
SN74160J(N)
25
9
10
38
305
0,4
16
Синхронный, десятичный, с предустанов-| кой и сбросом ;
SN74LS160J(N)
25
9
20
38
93
0,4
16
SN74LS160AW
35
9
20
28
160
—
16
SN74S160J(N)
100
9
—
14
635
—
16
N74161J(N)
25
9
10
38
305
0,4
16
| 4-разрядный, двоич-( ный
SN74LS161J(N)
25
9
20
38
93
0,4
16
SN74LS161AJ(N)
32
9
10
35
160
—
16
SN74LS161AW
35
9
20
28
160
—
16
SN74S161J(N)
100
9
—
14
635
—
16
4-разрядный, двоичный
SN74162J(N)
25
9
10
38
305
—
16
-1 Синхронный, десятичный, с предустанов-| кой и сбросом
SN74LS162J(N)
25
9
20
38
93
0,4
16
SN74LS162AJ(N)
32
9
20
35
160
—
16
SN74LS162AW
35
9
20
28
160
—
16
SN74S162J(N)
40
9
10
25
475
0,3
16
SN74163J(N)
25
9
10
38
305
0,4
16
4-разрядньш, двоич-[ ный
SN74LS163AJ(N)
32
9
20
35
160
—
16
SN74LS163AW
35
9
20
28
160
—
16
SN74S163J(N)
40
9
10
25
475
0,3
16
SN74LS168J(N, W)
25
9
20
30
170
16
1 Синхронный, реверсивный, десятичный
SN74LS168AJ(N)
32
—
—
30
170
—
16
SN74S168J(N)
40
9
10
28
500
0,3
16.
SN74LS169J(N, W)
25
9
20
30
170
. — —
16
14-разрядный, двоичный, синхронный, реверсивный
SN74LS169AJ(N)
32
9
10
35
170
—
16
SN74S169J(N)
40
9
10
28
500
0,3
16
4-разрядный, двоичный, синхронный, реверсивный
SN74176J(N)
35
8
—
51
150
—
14
Десятичный, делитель на 2 и на 5
SN74177J(N)
35
8
75
150
14
4-разрядный, двоичный счетчик-защелка, делитель на 2 — 16, с предустановкой
SN74190J(N)
25
8
—
50
325
—
16
Двоично-десятичный,
реверсивный
SN74LS190J(N, W)
25
8
22
52
175
—
16
SN74LS191J(N, W)
25
8
22
50
175
—
16
4-разрядный, двоичный, реверсивный
SN74192J(N)
32
8
60
47
325
—
16
Десятичный, реверсивный
SN74LS192W
30
8
22
32
170
—
16
SN74193J(N)
32
8
60
47
325
—
16
Двоично-десятичный, синхронный, реверсивный, с предустановкой и сбросом
SN74LS193J(N)
30
8
22
47
170
—
16
SN74LS193W
30
8
22
32
170
—
16
SN74196J(N)
50
8
—
42
240
—
14
1 Десятичный, делитель на 2 и на 5, с предустановкой
SN74LS196J(N)
45
8
20
62
135
1
14
SN74LS196W
45
8
20
37
100
—
14
SN74S196J(N)
100
8
10
37
600
1
14
Продолжение табл. 3.8
Тип
Максимальная рабочая частота, МГц
Нагрузочная способность
tзд.р.ср,
НС
Pпот,
МВт
Помехоустойчивость, В
Число выводов корпуса
Дополнительные сведения
по входу
по выходу
SN74197J(N)
50
8
—
63
240
—
14
4-разрядный, двоич-ный, делитель на 2 и 8, программируемый