15. Элементы цифровой техники

 К элементам цифровой техники относят устройства или части устройств, реализующие функцию или систему функций алгебры логики. Буквенный код элементов цифровой техники — буквы DD.

 Условные графические обозначения элементов цифровой техники строят на основе прямоугольника [17]. В общем виде УГО может содержать основное и одно или два дополнительных поля, расположенных по обе стороны от основного (рис. 15.1). Размер УГО по ширине зависит от наличия дополнительных полей и количества помещаемых в них знаков обозначения функции элемента: по высоте — от числа выводов, интервалов между ними и числа строк информации в основном и дополнительном полях. Согласно стандарту ЕСКД ширина основного поля должна быть не менее 10, дополнительных — не менее 5 мм (при большом числе знаков в метках и обозначении функции элемента эти размеры соответственно увеличивают). Расстояние между выводами — 5 мм или кратно этой величине; между выводом и горизонтальной стороной УГО (или границей зоны) — не менее 2,5 мм и кратно этой величине. При разделении групп выводов величина интервала должна быть не менее 10 и кратна 5 мм.

 Выводы элементов цифровой техники делятся на входы, выходы, двунаправленные выводы и выводы, не несущие информации (например, для подключения питания, внешних /?С-цепей и т. п.). Входы изображают слева, выходы — справа, остальные выводы — с любой стороны УГО. При необходимости допускается поворачивать УГО на угол 90° по часовой стрелке, т. е. располагать входы сверху, а выходы — снизу.

 Функциональное назначение элемента цифровой техники указывают в верхней части основного поля УГО. Его составляют из прописных букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков, записываемых без пробелов (число знаков в обозначении функции не ограничивается). Обозначения основных функций и их производных приведены в табл. 15.1. В эту таблицу включены также обозначения элементов, не выполняющих функций алгебры логики, но применяемых в логических цепях и условно отнесенных к устройствам цифровой техники: генераторов, формирователей, ключей, наборов элементов и т. п. Для обозначения одновибраторов, кроме указанного в таблице сочетания G1, можно использовать символ в виде прямоугольного импульса положительной полярности; триггеров Шмитта — символ, напоминающий прямоугольную петлю гистерезиса. Знак «*» ставят перед обозначением функции в том случае, если все выводы элемента являются нелогическими (наборы транзисторов, диодов, резисторов и т. д.).

Таблица 15.1  Обозначения основных функций

 Обозначение функции элемента можно дополнить его технической характеристикой. Например, набор резисторов сопротивлением 100 Ом можно обозначить *R100, оперативную память ёмкостью — RAM16K, оперативную память динамического типа 256 Кбайт — RAMD256 К, оперативную память с последовательным доступом и сохранением информации после отключения питания — SAMS.

 
 Если необходимо указать сложную функцию, используют комбинированное обозначение, составленное из приведенных в таблице более простых. Например, двоичный счетчик с дешифратором обозначают сочетанием CT2DC, управление памятью — сочетанием СОМ, управление записью — COWR, счетчик команд — CTIN и т. п.

 Выводы элементов подразделяют на статические и динамические, которые, в свою очередь, могут быть прямыми и инверсными. Прямые статические выводы изображают линиями электрической связи, присоединяемыми к основному или дополнительному полю УГО без каких-либо знаков (рис. 15.2: а — статический вход, б — статический выход), инверсные — линией с кружком на конце (в, д, ж, к — входы; г, е, и, л — выходы; предпочтительными являются обозначения в, г). Отличительным признаком динамического вывода (входа) — косая черточка, стрелка или треугольник. Прямые динамические входы обозначают, как показано на рис. 15.2, м—о; предпочтительные символы — м, н. Обозначения инверсных выводов — на рис. 15.2, п— m (предпочтительные — п, р)- Выводы, не несущие логической информации, выделяют крестиком, который наносят либо в месте присоединения к УГО (у, ф), либо в непосредственной близости от него (х, ц). Предпочтительными являются обозначения у, ф.

 
 Если необходимо указать характер воздействия группы сигналов, указатель можно поместить не в месте присоединения выводов, а на линии, разделяющей основное и дополнительное поля (см. рис. 15.2, ч).

 Назначение выводов показывают метками в дополнительных полях. Как и обозначения функций, их составляют из латинских букв, арабских цифр и специальных знаков. Число знаков в метке также не ограничивается, поэтому ширину дополнительного поля выбирают такой, чтобы в нем уместились все знаки самой длинной метки.  Обозначения основных меток выводов элементов цифровой техники приведены в табл. 15.1.

 Так называемые открытые выводы элементов помечают одним из специальных знаков: ромбиком (рис. 15.3, а) или кружком с четырьмя лучами (рис. 15.3, б). Если необходимо указать, что данный вывод соединен с коллектором транзистора структуры р-п-р, эмиттером транзистора п-р-п, стоком полевого транзистора с p-каналом или истоком транзистора с n-каналом, ромбик снабжают черточкой сверху (в), а кружок — уголком, обращенным к нему раскрывом (г). Если вывод соединён с коллектором n-р-n-транзистора, или с эмиттером p-n-p транзистора, или стоком полевого транзистора с каналом n-типа, или истоком полевого транзистора с каналом p-типа черточку у ромбика помещают снизу (д), а вершину уголка направляют в сторону кружка (е). Если в основном поле УГО логического элемента присутствует комбинация &◊ (1◊), это означает монтажное «И» («ИЛИ»). Вывод с так называемым третьим состоянием или состоянием высокого импеданса (Z-состоянием) обозначают ромбиком с черточкой внутри (ж) или латинской буквой Z(и).

 
 Метки сложных функций выводов составляют из простых. Например, чтобы указать функцию записи WR в память М, используют сочетание WRM, разрешение Е записи — EWR, разрешение считывания RD — ERD, строб С записи — CWR, чтение из памяти — RWM, выбор SE данных D — SED и т. д. В качестве меток выводов можно использовать и обозначения функций (а также их комбинации) из табл. 15.1.

 Для нумерации разрядов в группах выводов к обозначениям метки добавляют цифры, соответствующие их номерам Например, информационный вход нулевого разряда обозначают D0, первого — D1 и т. п. Если при этом весовые коэффициенты разрядов определены однозначно, то вместо номера разряда можно указать его весовой коэффициент из ряда Р^п, где Р — основание системы счисления, а п — номер разряда. Для двоичной системы счисления такой ряд весов имеет вид 2⁰, 2¹ , 2², 2³ или 1, 2, 4, 8 и т. д. Поэтому нулевой разряд можно обозначить D1 или просто 1, первый — D2 или 2, второй — D4 или 4, третий — D8 или 8 и т. д. Для уменьшения числа знаков в метке допускается вместо весового коэффициента указывать степень его основания. Чтобы отличить последнюю от цифр, обозначающих номер или весовой коэффициент, перед ней ставят стрелку, направленную вверх. Например, информационный вход с весовым коэффициентом 128 (2⁷) можно обозначить D↑7 или ↑7.

 
 Выводы элементов могут быть логически равнозначными, т. е. взаимозаменяемыми без изменения функции элемента, и неравнозначными. Если все выводы равнозначны и их функции однозначно определяются функцией элемента, УГО изображают без дополнительных полей, а выводы — на одинаковом расстоянии один от другого. Для примера на рис 15.4, а показано УГО одного из таких элементов — элемента «2И-НЕ».

 
 Логически равнозначные выводы можно графически объединить в группу, присвоив каждой из них метку, условно обозначающую либо взаимосвязь выводов в группе, либо их функциональное назначение, либо и то и другое. Помещают такую метку обычно на уровне первого сверху вывода группы. Например, знак & у верхнего вывода фрагмента УГО, показанного на рис. 15.4, б, означает, что все три вывода элемента объединены логической функцией «И»; буква R (рис. 15.4, в) говорит о том, что каждый из выводов служит для установки элемента в состояние «0»; метка &R (рис. 15.4, г) — о том, что выводы объединены логикой «И» и предназначены для установки в это же состояние.

 
 Если несколько соседних меток содержат часть, отражающую одну и ту же функцию (например, функцию X в метках выводов на рис. 15.4, д), то эту часть можно вынести в так называемую групповую метку. Располагают её над группой меток, к которым она относится (рис. 15.4, ё). Группы меток и выводов обособляют либо увеличенным (но кратным 5 мм) интервалом (рис. 15.4, ж), либо заключением в дополнительные поле или зону.

 
 Из  нескольких  групповых меток, содержащих общую часть (рис. 15.4, ж), может быть выделена метка более высокого порядка, которую помешают над группами и отделяют интервалом (рис. 15,4, и). Группы выводов, относящиеся к такой метке, обязательно помещают в зону.

 
 Двунаправленные выводы (они выполняют роли как приемников, так и источников информации) обозначают меткой в виде двунаправленной стрелки или знака « > » (рис. 15.4, к, л.). При этом метки входных функций располагают над этим знаком, а выходных — под ним.

 
 В случае если вывод элемента имеет несколько функциональных назначений и (или) взаимосвязей, их обозначают соответствующими метками, помещаемыми одна под другой (рис. 15,4, м). При необходимости напротив каждой метки (на внешней стороне дополнительного поля) наносят указатели, определяющие условие выполнения функций, обозначенных метками. Для примера на рис. 15.4, н изображен фрагмент УГО элемента с выводом, на котором сигнал с уровнем «1» выполняет функцию СА1, с уровнем «0» — функцию CA2, а при переходе с уровня «0» на уровень «1» и наоборот — соответственно функции САЗ и СА4.

 Примеры условных графических обозначений некоторых элементов цифровой техники приведены на рис. 15.5.
Под позиционным обозначением DD\ здесь представлен двухвходовый логический элемент «И-НЕ». Знак в виде ромбика с черточкой внизу означает, что элемент имеет открытый коллекторный выход структуры п-р-п.

  Элемент DD2 — трехвходовый «ИЛИ-НЕ», DD3 — двухвходовый элемент «исключающее ИЛИ», DD4 — элемент «2ИЛИ-И-НЕ».

 
 Позиционное обозначение DD5 на рис. 15.5 принадлежит одновибратору. У данного одновибратора два (прямой и инверсный) динамических (косая черта на границе основного и дополнительного полей) входа запуска, объединенных по «И» (знак &), вход «Сброс» (R) и два выхода (прямой и инверсный). Частотозадающие RC-элементы подключают к выводам С и RC, помеченным крестиками.

 
 Условные графические обозначения триггеров DD6, DD1 представлены на рис. 15.5. Триггер DD6 является RS-триггером со статическими инверсными входами R (установка в нулевое состояние) и S (в единичное) и двумя выходами: прямым и инверсным. Второе УГО символизирует D-триггер с установкой по инверсным входам R и S, с динамическим входом С, реагирующим на изменение сигнала с уровня логического «0» на уровень логической «1», и такими же, что и у предыдущего триггера, выходами.

 
 Под позиционным обозначением DD8 изображено УГО двоично-десятичного реверсивного счетчика. Прямые динамические входы +1 и -1 предназначены для подачи тактовых импульсов соответственно при прямом и обратном счете, прямой статический вход R служит для установки счетчика в состояние «0», инверсный вход С — для предварительной записи информации, поступающей на входы в коде 1-2-4-8. В таком же коде снимается информация и с выходов счетчика. Сигнал на выводе CR появляется при прямом счете одновременно с переходом счетчика в состояние 0 (после 9), на выводе BR — при обратном счете (после 1). Напряжение питания подают на выводы 0V и +5V Номера, указанные над линиями выводов счетчика, соответствуют номерам выводов микросхемы К155ИЕ6 (тип микросхемы обычно указывают рядом с позиционным обозначением, как в данном примере).

 
 Элемент DD9 — дешифратор состояний счетчика, преобразующий сигналы в двоичном коде 1-2-4-8 в сигналы управления семисегментным индикатором (метки — латинские строчные буквы а—g — соответствуют общепринятым обозначениям сегментов, метка h соответствует разделители разрядов). Вход S предназначен для гашения индицируемого знака.

  Условное графическое обозначение DD10 на рис.15.5 обозначает четырехразрядный регистр сдвига типа К155ИР1, позволяющий записывать последовательную и параллельную информацию, сдвигать и считывать ее в том же виде. Для сдвига вправо: V1 — вход последовательного кода, С1 — тактовые импульсы. При этом V2 и D1—D4 должны быть равны «0». Для записи параллельного кода: V2 = 1, С2 = 0, а V1 и C1 — любые значения.

 
 К числу выводов, не несущих логическую информацию, относят выводы питания, выводы электродов транзисторов (например, в наборах транзисторов), выводы для подключения внешних частотозадающих элементов (резисторов, конденсаторов, кварцевых резонаторов и т. п.).

 
 Вывод питания в общем случае обозначают латинской буквой U. Если питающих напряжений несколько, их условно нумеруют и указывают каждое у своего вывода. Вместо буквы можно указать номинальное значение напряжения и его полярность (см. рис. 15,5, DD8). Общий вывод помечают нулевым напряжением 0V.

 
 Выводы коллектора, эмиттера и базы обозначают соответственно латинскими буквами К, Е и В, причем, если это эмиттер структуры р-п-р, справа от буквы Е изображают знак « > » (или стрелку, направленную вправо), а если структуры п-р-п — знак « < » (или стрелку влево).

 
 Вывод для подключения резистора помечают буквой R, конденсатора - С, катушки — L, кварцевого резонатора — буквами BQ.

 Существуют некоторые специфические приемы, используемые при вычерчивании схем устройств цифровой техники. Например, если устройство содержит несколько одинаковых элементов с большим числом выводов одного и того же функционального назначения, можно один из элементов начертить полностью, а остальные изобразить упрощенно, с меньшим числом выводов. В зоне сокращаемой группы выводов указывают одну под другой метки первого и последнего из них, а линии электрической связи объединяют в одну групповую.

 
 Цифровые интегральные микросхемы нередко содержат по несколько одинаковых логических или иных элементов. УГО таких элементов можно изображать как совмещенным, так и разнесенным способом. В последнем случае их изображают в соответствующих местах схемы (поворачивая при необходимости на 90°), а принадлежность к той или иной микросхеме указывают, как обычно, в позиционном обозначении.

 
 Элементы, изображаемые в одной колонке, допускается разделять линиями электрической связи. Контурные линии УГО в этом случае вычерчивают не полностью. Расстояние между концами контурных линий УГО и линиями электрической связи должно быть не менее 1 мм.