在印刷電(diàn)路板上使用(yòng)时的逻辑

2021-03-26

真理(lǐ)会让你自由。逻辑设备的真值表将确定逻辑运算的结果。有(yǒu)少数几种操作被称為(wèi)门操作。这些门是根据适用(yòng)的功能(néng)命名的。首先要考虑的两个是AND门和OR门。这些通常都具有(yǒu)两个输入和一个输出。

您的家里可(kě)能(néng)有(yǒu)走廊或楼梯间的灯，通道的两端都有(yǒu)電(diàn)灯开关。当两个开关均处于向下位置时，指示灯点亮。当两者都亮起时，指示灯也亮起。如果一个打开，而另一个关闭，则指示灯熄灭。这两个开关的真值表如下：

SW1	SW2	结果
在	在	在
在	离开	离开
离开	在	离开
离开	离开	在

尽管有(yǒu)例外，我们还是用(yòng)1或0表示二进制逻辑状态。“ 1”也可(kě)以称為(wèi)“高”状态，而“ 0”则表示“低”逻辑状态。描述该情况的所有(yǒu)方法都是将一个或零个，高電(diàn)平或低電(diàn)平，施加到引脚的電(diàn)压或不施加電(diàn)压。低并不总是与地面同义。可(kě)能(néng)是负電(diàn)压。某些设备可(kě)以具有(yǒu)三态输出，该输出使用(yòng)负電(diàn)压和正電(diàn)压，并将地作為(wèi)中间状态。

将代码变成行动-摘要变成具體(tǐ)的

除了一点点皱纹，机器语言是一串从数字软件中逻辑语句编译而来的“一”和“零”。编译后，可(kě)以将二进制代码应用(yòng)于逻辑门，以做一些有(yǒu)用(yòng)的事情，或者至少在操纵输入来驱动结果方面很(hěn)有(yǒu)趣。

為(wèi)了激活“与”门，两个输入引脚都必须施加電(diàn)压。或门只需要一个输入引脚即可(kě)充電(diàn)，但在两个输入引脚上施加标称電(diàn)压都可(kě)以得到正的结果。如果在“或”门的两个引脚都处于活动状态时不希望处于高電(diàn)平状态，则可(kě)以使用(yòng)“异或”门，也称為(wèi)“异或”门。

此外，我们可(kě)以翻转一下，以便所有(yǒu)结果都可(kě)以颠倒。在描述符的前面放置一个N，用(yòng)于NAND和NOR门。或门可(kě)以是互斥的也可(kě)以是反相的，我们称其為(wèi)XNOR门。我上面提到的两个電(diàn)灯开关类似于EX-NOR電(diàn)路。它们在存储设备中也非常有(yǒu)用(yòng)。

缓冲器和反相器：您可(kě)能(néng)认為(wèi)更有(yǒu)用(yòng)

充实其他(tā)简单的逻辑门是反相器和缓冲器。这些逻辑器件具有(yǒu)一个输入引脚和一个输出引脚。正如您所期望的，根据所发生的变化，逆变器会将位从一种状态翻转到另一种状态。

当涉及到缓冲區(qū)时，其想法是在不改变状态的情况下刷新(xīn)信号，以便我们可(kě)以按其方式发送它。缓冲器可(kě)以用(yòng)作一种将電(diàn)压恢复到其完整规格的方式，同时消除任何其他(tā)信号完整性问题。缓冲器的原理(lǐ)图符号类似于反相器，只是输出引脚上没有(yǒu)小(xiǎo)圆圈。如您所见，圆圈是所有(yǒu)反转结果的门所共有(yǒu)的。

逻辑的演进：更低的功耗，更快的切换

随着时间的流逝，逻辑门的工作電(diàn)压下降了。较小(xiǎo)的電(diàn)压摆幅发生得更快，开关噪声也更小(xiǎo)。回到我刚开始的时候，我们有(yǒu)TTL（晶體(tǐ)管-晶體(tǐ)管逻辑），其電(diàn)压為(wèi)+/- 5V。随之而来的是CMOS體(tǐ)系结构和新(xīn)的5。3。它一直在进步。電(diàn)压下降时，数据速率跳变。这种进展意味着，如果在走線(xiàn)或导線(xiàn)的整个長(cháng)度上存在明显的電(diàn)压降，则很(hěn)难读取零状态和单状态之间的阈值。

那就是这些缓冲器的所在。您还可(kě)以通过将两个反相器串联在一起来创建一个缓冲器。当双开关将逻辑置于原始状态时，输出将刷新(xīn)。由于逆变器通常在标准封装中带有(yǒu)六个或更多(duō)的门，因此可(kě)能(néng)会有(yǒu)一些空插槽用(yòng)于该目的。您可(kě)以利用(yòng)这些构建块来发挥创造力。

这些原语本身由少量的晶體(tǐ)管和无源元件组成。AND门不限于两个输入引脚。可(kě)能(néng)需要三个或四个输入引脚注册一个1才能(néng)使输出引脚跟随。还有(yǒu)其他(tā)電(diàn)路将功能(néng)组合為(wèi)更多(duō)集成的功能(néng)。例如，您可(kě)能(néng)听说过触发器（不是靴），電(diàn)平转换器或比较器。这些是為(wèi)特定目的而方便地打包的逻辑门组，其中有(yǒu)许多(duō)。

门交换-因為(wèi)没有(yǒu)人能(néng)完美地绘制原理(lǐ)图

原理(lǐ)图的第一次迭代不太可(kě)能(néng)导致完全流畅的流程，尤其是当我们允许系统将各个门随机分(fēn)配给它们的封装时。即使我们尝试提前计划，PCB布局也可(kě)能(néng)具有(yǒu)重新(xīn)分(fēn)配逻辑门的优势。可(kě)以通过重新(xīn)查看原理(lǐ)图来完成。

另一种方法是在布局中使用(yòng)门交换例程来优化连接。首先，必须确保实际上允许门交换。然后，您必须对原理(lǐ)图进行反注释，以使其与布局对齐。您的方法将取决于正常的工具流程以及電(diàn)路的复杂性/灵活性。

这些不起眼的電(diàn)路已与其他(tā)電(diàn)路拼凑在一起，形成了数十亿晶體(tǐ)管级居民(mín)的大规模殖民(mín)地。这一切都始于用(yòng)软件编写的语句，这些语句被编译為(wèi)驱动整个过程的二进制代码。芯片上的超大规模系统没有(yǒu)比这更复杂的了。只是一个地方有(yǒu)很(hěn)多(duō)东西。尝试跟上我们的数字未来，玩得开心。