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技術(shù)專題

在印刷電路板上使用時(shí)的邏輯


真理會(huì)讓你自由。邏輯設(shè)備的真值表將確定邏輯運(yùn)算的結(jié)果。有少數(shù)幾種操作被稱為門(mén)操作。這些門(mén)是根據(jù)適用的功能命名的。首先要考慮的兩個(gè)是AND門(mén)和OR門(mén)。這些通常都具有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。

您的家里可能有走廊或樓梯間的燈,通道的兩端都有電燈開(kāi)關(guān)。當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)均處于向下位置時(shí),指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)兩者都亮起時(shí),指示燈也亮起。如果一個(gè)打開(kāi),而另一個(gè)關(guān)閉,則指示燈熄滅。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)的真值表如下:

SW1

SW2

結(jié)果

離開(kāi)

離開(kāi)

離開(kāi)

離開(kāi)

離開(kāi)

離開(kāi)

盡管有例外,我們還是用10表示二進(jìn)制邏輯狀態(tài)。“ 1”也可以稱為狀態(tài),而“ 0”則表示邏輯狀態(tài)。描述該情況的所有方法都是將一個(gè)或零個(gè),高電平或低電平,施加到引腳的電壓或不施加電壓。低并不總是與地面同義??赡苁秦?fù)電壓。某些設(shè)備可以具有三態(tài)輸出,該輸出使用負(fù)電壓和正電壓,并將地作為中間狀態(tài)。

將代碼變成行動(dòng)-摘要變成具體的

除了一點(diǎn)點(diǎn)皺紋,機(jī)器語(yǔ)言是一串從數(shù)字軟件中邏輯語(yǔ)句編譯而來(lái)的。編譯后,可以將二進(jìn)制代碼應(yīng)用于邏輯門(mén),以做一些有用的事情,或者至少在操縱輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)結(jié)果方面很有趣。

為了激活門(mén),兩個(gè)輸入引腳都必須施加電壓?;蜷T(mén)只需要一個(gè)輸入引腳即可充電,但在兩個(gè)輸入引腳上施加標(biāo)稱電壓都可以得到正的結(jié)果。如果在門(mén)的兩個(gè)引腳都處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)不希望處于高電平狀態(tài),則可以使用異或門(mén),也稱為異或門(mén)。

此外,我們可以翻轉(zhuǎn)一下,以便所有結(jié)果都可以顛倒。在描述符的前面放置一個(gè)N,用于NANDNOR門(mén)?;蜷T(mén)可以是互斥的也可以是反相的,我們稱其為XNOR門(mén)。我上面提到的兩個(gè)電燈開(kāi)關(guān)類似于EX-NOR電路。它們?cè)诖鎯?chǔ)設(shè)備中也非常有用。

緩沖器和反相器:您可能認(rèn)為更有用

充實(shí)其他簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)是反相器和緩沖器。這些邏輯器件具有一個(gè)輸入引腳和一個(gè)輸出引腳。正如您所期望的,根據(jù)所發(fā)生的變化,逆變器會(huì)將位從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)。

當(dāng)涉及到緩沖區(qū)時(shí),其想法是在不改變狀態(tài)的情況下刷新信號(hào),以便我們可以按其方式發(fā)送它。緩沖器可以用作一種將電壓恢復(fù)到其完整規(guī)格的方式,同時(shí)消除任何其他信號(hào)完整性問(wèn)題。緩沖器的原理圖符號(hào)類似于反相器,只是輸出引腳上沒(méi)有小圓圈。如您所見(jiàn),圓圈是所有反轉(zhuǎn)結(jié)果的門(mén)所共有的。

邏輯的演進(jìn):更低的功耗,更快的切換

隨著時(shí)間的流逝,邏輯門(mén)的工作電壓下降了。較小的電壓擺幅發(fā)生得更快,開(kāi)關(guān)噪聲也更小?;氐轿覄傞_(kāi)始的時(shí)候,我們有TTL(晶體管-晶體管邏輯),其電壓為+/- 5V。隨之而來(lái)的是CMOS體系結(jié)構(gòu)和新的5。3。它一直在進(jìn)步。電壓下降時(shí),數(shù)據(jù)速率跳變。這種進(jìn)展意味著,如果在走線或?qū)Ь€的整個(gè)長(zhǎng)度上存在明顯的電壓降,則很難讀取零狀態(tài)和單狀態(tài)之間的閾值。

那就是這些緩沖器的所在。您還可以通過(guò)將兩個(gè)反相器串聯(lián)在一起來(lái)創(chuàng)建一個(gè)緩沖器。當(dāng)雙開(kāi)關(guān)將邏輯置于原始狀態(tài)時(shí),輸出將刷新。由于逆變器通常在標(biāo)準(zhǔn)封裝中帶有六個(gè)或更多的門(mén),因此可能會(huì)有一些空插槽用于該目的。您可以利用這些構(gòu)建塊來(lái)發(fā)揮創(chuàng)造力。

這些原語(yǔ)本身由少量的晶體管和無(wú)源元件組成。AND門(mén)不限于兩個(gè)輸入引腳??赡苄枰齻€(gè)或四個(gè)輸入引腳注冊(cè)一個(gè)1才能使輸出引腳跟隨。還有其他電路將功能組合為更多集成的功能。例如,您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)觸發(fā)器(不是靴),電平轉(zhuǎn)換器或比較器。這些是為特定目的而方便地打包的邏輯門(mén)組,其中有許多。

門(mén)交換-因?yàn)闆](méi)有人能完美地繪制原理圖

原理圖的第一次迭代不太可能導(dǎo)致完全流暢的流程,尤其是當(dāng)我們?cè)试S系統(tǒng)將各個(gè)門(mén)隨機(jī)分配給它們的封裝時(shí)。即使我們嘗試提前計(jì)劃,PCB布局也可能具有重新分配邏輯門(mén)的優(yōu)勢(shì)??梢酝ㄟ^(guò)重新查看原理圖來(lái)完成。

另一種方法是在布局中使用門(mén)交換例程來(lái)優(yōu)化連接。首先,必須確保實(shí)際上允許門(mén)交換。然后,您必須對(duì)原理圖進(jìn)行反注釋,以使其與布局對(duì)齊。您的方法將取決于正常的工具流程以及電路的復(fù)雜性/靈活性。

這些不起眼的電路已與其他電路拼湊在一起,形成了數(shù)十億晶體管級(jí)居民的大規(guī)模殖民地。這一切都始于用軟件編寫(xiě)的語(yǔ)句,這些語(yǔ)句被編譯為驅(qū)動(dòng)整個(gè)過(guò)程的二進(jìn)制代碼。芯片上的超大規(guī)模系統(tǒng)沒(méi)有比這更復(fù)雜的了。只是一個(gè)地方有很多東西。嘗試跟上我們的數(shù)字未來(lái),玩得開(kāi)心。

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