Оглавление
Содержание книги 14
Программные средства Xilinx Foundation 16
WWW.DDPP.COM 17
Для преподавателей 17
О том, как готовилась эта книга 18
Ошибки 18
Благодарности 18
Глава 1
Введение 21
О цифровом проектировании 21
Соотношение между аналоговым и цифровым 23
Цифровые устройства 27
Электронные аспекты цифрового проектирования 28
Роль программирования в проектировании цифровых устройств 30
Интегральные схемы 32
Программируемые логические устройства 37
Специализированные интегральные схемы 38
Печатные платы 40
Уровни проектирования цифровых устройств 41
Самое главное 46
Напутствие 47
Упражнения 48
Глава 2
Числовые системы и колы 49
Позиционные системы счисления 49
Восьмеричные и шестнадцатеричные числа 51
Общие преобразования позиционных систем счисления 53
Сложение и вычитание недесятичных чисел 56
Представление отрицательных чисел 59
Представление чисел в прямом коде со знаком 59
Системы представления чисел в форме дополнения 60
Дополнительный код 60
Представление двоичных чисел в двоичном дополнительном коде 62
Представление в форме поразрядного дополнения 63
Представление двоичных чисел в обратном коде 63
Представление чисел с избытком 64
Сложение и вычитание двоичных чисел в дополнительном коде 64
Правила сложения 64
Графическая интерпретация 65
Переполнение 66
Правила вычитания 67
Дополнительный код и двоичные числа без знака 68
Сложение и вычитание двоичных чисел в обратном коде 69
Двоичное умножение 71
Двоичное деление 73
Двоичные коды десятичных чисел 74
Код Грея 77
Коды символов 79
Коды действий, условий и состояний 79
n-мерные кубы и расстояние 83
Коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки 84
Коды, обнаруживающие ошибки 85
Коды, исправляющие ошибки
и обнаруживающие многократные ошибки 87
Коды Хэмминга 88
Циклические коды 92
Двумерные коды 93
Коды с контрольной суммой 95
Коды «m из n» 96
Коды для последовательной передачи и хранения данных 96
Параллельное и последовательное представление данных 96
Сигнальные коды для последовательной передачи 97
Обзор литературы 101
Упражнения 102
Задачи 104
Глава 3
Цифровые схемы 107
Логические сигналы и вентили 108
Семейства логических схем 113
КМОП-логика 114
Логические уровни КМОП-схем 114
МОП-транзисторы 115
Базовая схема КМОП-инвертора 116
КМОП-схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ 119
Коэффициент объединения по входу 120
Неинвертирующие вентили 122
КМОП-схемы И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ-И-НБ 123
Электрические свойства КМОП-схем 125
Общий обзор 125
Справочные данные и спецификация 126
Электрические характеристики
КМОП-схем в установившемся режиме 129
Логические уровни и помехоустойчивость 129
Поведение схемы с активными нагрузками 131
Поведение схемы с неидеальными входными сигналами 138
Коэффициент разветвления по выходу 140
Влияние нагрузки 141
Неиспользуемые входы 141
Броски тока и развязывающие конденсаторы 142
Как испортить КМОП-схему 143
Динамические свойства КМОП-схем 144
Длительность переходного процесса 145
Задержка распространения 151
Потребляемая мощность 153
Другие варианты входных и выходных цепей КМОП-схем 155
Логические ключи 155
Триггер Шмитта 156
Схемы с тремя состояниями 157
Схемы с открытым стоком 160
Подключение светодиодов 162
Шины с несколькими источниками сигналов 164
Монтажная логика 164
Резисторы, соединяющие выходы схем с шиной питания 165
Семейства схем КМОП-логики 169
Семейства схем НС и НСТ 169
Семейства схем VHC и VHCT 170
Электрические характеристики схем семейств
НС, НСТ, VHC и VHCT 170
Схемы семейств РСТ и FCT-T 176
Электрические характеристики схем семейства FCT-T I77
Логические схемы на биполярных транзисторах 179
Диоды 180
Диодная логика 183
Биполярные транзисторы 185
Транзисторный инвертор 188
Транзисторы Шоттки 189
Транзисторно-транзисторная логика 191
Базовый ТТЛ-вентиль И-НЕ 191
Логические уровни и запас помехоустойчивости 195
Коэффициент разветвления по выходу 196
Неиспользуемые входы 199
ТТЛ-схемы других типов 201
Семейства ТТЛ-схем 203
Первые семейства ТТЛ-схем 203
ТТЛ-схемы с транзисторами Шоттки 204
Характеристики ТТЛ-схем 204
Справочные данные для ТТЛ-схем 205
Сопряжение КМОП-и ТТЛ-схем 208
Схемы низковольтовой КМОП-логики и их сопряжение с другими схемами 209
LVTTL- и LVCMOS-логика с напряжением питания 3.3 В 210
Входы, допускающие напряжение 5 В 211
Выходы, допускающие напряжение 5 В 213
Сопряжение Tl'L-схем и схем с уровнями LVTTL: сводка результатов 214
Логические схемы с напряжениями питания 2.5 В и 1.8 В 214
Эмиттерно-связанная логика 215
Базовая схема ЭСЛ 216
Семейства ЭСЛ-схем 10К/10Н 219
Семейство ЭСЛ-схем 100К 222
ЭСЛ-схемы с положительным напряжением питания 222
Обзор литературы 223
Упражнения 225
Задачи 230
Глава 4
Принципы проектирования комбинационных логических схем 237
Алгебра переключений 238
Аксиомы 239
Теоремы о функциях одной переменной 242
Теоремы о функциях двух и трех переменных 242
Теоремы о функциях n переменных 244
Двойственность 247
Стандартные представления логических функций 250
Анализ комбинационных схем 254
Синтез комбинационных схем 260
Описание и составление схем 260
Преобразование схем 262
Минимизация комбинационных схем 266
Карты Карно 267
Минимизация сумм произведений 269
Упрощение произведений сумм 277
«Безразличные» комбинации переменных 279
Минимизация схем со многими выходами 280
Программные методы минимизации 283
Представление термов-произведений 284
Нахождение простых импликант путем объединения термов- произведений 287
Нахождение минимального покрытия по таблице простых импликант 289
Другие методы минимизации 291
Паразитные импульсы на выходе логических схем 292
Статические источники опасности 293
Нахождение статических источников опасности по картам Карно 294
Динамические источники опасности 296
Проектирование схем без источников опасности 296
Язык описания схем ABEL 297
Структура программ на языке ABEL 298
Работа компилятора языка ABEL 301
Операторы WHEN и блоки равенств 303
Таблицы истинности 304
Диапазоны, наборы и отношения 307
Безразличные комбинации входных сигналов 309
Проверочные векторы 312
Язык описания схем VHDL 314
Ход выполнения проекта 315
Структура программы 319
Типы и константы 323
Функции и процедуры 329
Библиотеки и пакеты 333
Элементы структурного проектирования 336
Элементы потокового проектирования 341
Элементы поведенческого проектирования 344
Отсчет времени и моделирование 351
Синтез 354
Обзор литературы 355
Упражнения 359
Задачи 361
Глава 5
Практическая разработка
схем комбинационной логики 369
Стандарты документации 370
Клок-схемы 372
Условные обозначения логических схем 374
Имена сигналов и активные уровни 375
Активные уровни на выводах схем 377
Метод проектирования «инверсия к инверсии» 379
Расположение элементов на схеме 383
Шины 386
Дополнительная информация о схеме 386
Временные соотношения в схеме 389
Временные диаграммы 390
Задержка распространения 392
Временные параметры 392
Временный анализ 396
Программные средства временного анализа 397
Комбинационные программируемые логические устройства 397
Программируемые логические матрицы 397
Программируемые матричные логические устройства 401
Универсальные матричные логические устройства 405
Схемы биполярных ПЛУ 407
Схемы ПЛУ на основе КМОП-логики 408
Программирование и тестирование микросхем 411
Дешифраторы 413
Полные дешифраторы 414
Условные обозначения крупных логических элементов 416
Сдвоенный дешифратор 2г4 типа 74x139 417
ДешифраторЗг8 типа 74x138 420
Расширение полных дешифраторов 422
Описание дешифраторов на языке ABEL
и их реализация в ПЛУ 424
Описание дешифраторов на языке VHDL 431
Дешифраторы для семисегментных индикаторов 436
Шифраторы 440
Приоритетные шифраторы 440
Приоритетный шифратор 74x148 442
Описание шифраторов на языке ABEL
и их реализация в ПЛУ 445
Описание шифраторов на языке VHDL 448
Устройства с тремя состояниями 449
Буферы с тремя состояниями 449
Стандартные буферы с тремя состояниями в виде ИС малой и средней степени интеграции 452
Описание схем с тремя состояниями на языке ABEL и их реализация в ПЛУ 456
Описание выходов с тремя состояниями на языке VHDL 460
Мультиплексоры 464
Стандартные мультиплексоры в интегральном исполнении 465
Расширение мультиплексоров 469
Мультиплексоры, демультиплексоры и шины 472
Описание мультиплексоров на языке ABEL и их реализация в ПЛУ 473
Описание мультиплексоров на языке VHDL 477
Логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и проверка на четность 479
Вентили ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 479
Схемы проверки на четность 481
9-разрядная микросхема проверки на четность 74x280 481
Применение схем проверки на четность 483
Описание схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и схем проверки на четность на языке ABEL
и их реализация в ПЛУ 485
Описание схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и схем проверки на четность на языке VHDL 486
Компараторы 488
Структура компаратора 489
Итерационные схемы 490
Итерационная схема компаратора 491
Стандартные компараторы в интегральном исполнении 492
Описание компараторов на языке ABEL и их реализация в ПЛУ 496
Описание компараторов на языке VHDL 497
Сумматоры, вычитающие устройства и АЛУ 500
Полусумматоры и полные сумматоры 501
Сумматоры со сквозным переносом 501
Вычитающие устройства 503
Сумматоры с ускоренным переносом 504
Сумматоры, выполненные в виде ИС средней степени интеграции 506
Арифметическо-логические устройства, выполненные в виде ИС средней степени интеграции 509
Ускоренный групповой перенос 512
Описание сумматоров на языке ABEL и их реализация в ПЛУ- 515
Описание сумматоров на языке VHDL 516
Комбинационные умножители 518
Структура комбинационных умножителей 518
Описание процедуры умножения на языке ABEL и ее реализация в ПЛУ 521
Описание процедуры умножения на языке VHDL 522
Обзор литературы 528
Упражнения 529
Задачи 533