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技術(shù)專(zhuān)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(chēng)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：
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SW1 |
SW2 |
結(jié)果 |
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在 |
在 |
在 |
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在 |
離開(kāi) |
離開(kāi) |
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離開(kāi) |
在 |
離開(kāi) |
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離開(kāi) |
離開(kāi) |
在 |
盡管有例外，我們還是用1或0表示二進(jìn)制邏輯狀態(tài)。“ 1”也可以稱(chēng)為“高”狀態(tài)，而“ 0”則表示“低”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。可能是負(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“一”和“零”。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“與”門(mén)，兩個(gè)輸入引腳都必須施加電壓。或門(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(chēng)電壓都可以得到正的結(jié)果。如果在“或”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(chēng)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NAND和NOR門(mén)。或門(mén)可以是互斥的也可以是反相的，我們稱(chēng)其為XNOR門(mén)。我上面提到的兩個(gè)電燈開(kāi)關(guān)類(lèi)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(lèi)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。回到我剛開(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(xiàn)或?qū)Ь€(xiàn)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。可能需要三個(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)。可以通過(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?zhuān)允蛊渑c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。