Оглавление

 Введение 1
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ 5
Глава 1. Параметры цифровых микросхем 7
Уровни логического нуля и единицы 8
Входные и выходные токи цифровых микросхем 12
Параметры, определяющие быстродействие цифровых микросхем 13
Описание логической функции цифровых схем 15
Итоги 19
Глава 2. Основные логические функции и элементы 20
Функция "НЕ", инвертор 20
Функция "И", логическое умножение 21
Функция "ИЛИ", логическое сложение 24
Итоги 26
Глава 3. Основные схемотехнические решения цифровых микросхем 27
Диодно-транзисторная логика (ДТЛ) 27
Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) 33
Логические уровни ТТЛ-микросхем 35
Семейства ТТЛ-микросхем 36
Логика на комплементарных МОП-транзисторах (КМДП) 37
Особенности применения КМОП-микросхем 41
Логические уровни КМОП-микросхем 43
Семейства КМОП-микросхем 44
Итоги 45
Глава 4. Согласование цифровых микросхем между собой 46
Согласование цифровых микросхем из различных серий между собой 47
Согласование микросхем по току 47
Согласование микросхем с различным напряжением питания 49
Согласование 3- и 5-вольтовых ТТЛ-микросхем 50
Согласование 3-вольтовых ТТЛ-микросхем и 2,5-вольтовых КМОП-микросхем 51
Регенерация цифрового сигнала 52
Итоги 56
Глава 5. Арифметические основы цифровой техники 57
Системы счисления 57
Десятичная система счисления 59
Двоичная система счисления 60
Восьмеричная система счисления 62
Шестнадцатеричная система счисления 65
Преобразование чисел из одной системы счисления в другую 70
Преобразование целой части числа 70
Преобразование дробной части числа 74
Итоги 76
Глава 6. Комбинационные цифровые схемы 78
Законы алгебры логики 78
Закон одинарных элементов 79
Законы отрицания 81
Комбинационные законы 82
Построение цифровой схемы по произвольной таблице истинности 84
Декодеры 90
Десятичный дешифратор 90
Семисегментный дешифратор 93
Шифраторы 96
Мультиплексоры 99
Особенности построения мультиплексоров на ТТЛ-элементах 100
Особенности построения мультиплексоров на КМОП-элементах 102
Демультиплексоры 104
Итоги 106
Глава 7. Генераторы 107
Усилительные параметры КМОП-инвертора 108
Осцилляторные схемы 109
Мультивибраторы 113
Особенности кварцевой стабилизации частоты генераторов 116
Одновибраторы 118
Укорачивающие одновибраторы 118
Расширяющие одновибраторы 121
Применение одновибраторов 122
Итоги 123
Глава 8. Цифровые схемы последовательностного типа 125
Триггеры 125
RS-триггеры 126
Синхронные RS-триггеры 128
Статические D-триггеры 130
Явление метастабильности 133
Динамические D-триггеры 136
Т-триггер 139
JK-триггер 140
Регистры 144
Параллельные регистры 144
Последовательные регистры 147
Универсальные регистры 149
Счетчики 151
Двоичные суммирующие асинхронные счетчики 152
Двоичные вычитающие асинхронные счетчики 155
Недвоичные счетчики с обратной связью 158
Недвоичные счетчики с предварительной связью 163
Синхронные счетчики 167
Синхронные счетчики на регистрах сдвига 167
Синхронные двоичные счетчики 170
Итоги 174
Глава 9. Индикаторы 175
Малогабаритные лампочки накаливания 177
Расчет транзисторного ключа 177
Газоразрядные лампы 180
Светодиодные индикаторы 186
Схемы подключения светодиодных индикаторов 186
Виды светодиодных индикаторов 189
Динамическая индикация 191
Жидкокристаллические индикаторы 196
Принципы работы жидкокристаллических индикаторов 197
Режимы работы жидкокристаллических индикаторов 199
Параметры жидкокристаллических индикаторов 200
Формирование цветного изображения на жидкокристаллических индикаторах 200
Формирование управляющего напряжения для жидкокристаллического индикатора 201
Особенности динамической индикации в жидкокристаллических индикаторах 203
Итоги 206
ЧАСТЬ II. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 207
Глава 10. Разработка цифрового устройства на примере электронных часов 209
Разработка структурной схемы часов 209
Разработка принципиальной схемы часов 215
Разработка схемы генератора эталонных интервалов времени 216
Разработка схемы счетчика интервалов времени 220
Разработка принципиальной схемы блока индикации 222
Разработка принципиальной схемы блока коррекции времени 224
Итоги 227
Глава 11. Синхронные последовательные порты 228
SSI-интерфейс (DSP-порт) 229
SPI-порт 233
I2С-порт 240
Итоги 241
Глава 12. Синтезаторы частоты 242
Схемы фазовой подстройки частоты 245
Схемы определения ошибки по частоте 248
Цифровой фазовый детектор 248
Фазовый компаратор 251
Умножители частоты 254
Частотные детекторы, построенные на основе ФАПЧ 256
Итоги 257
ЧАСТЬ III. СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 259
Глава 13. Цифровая обработка сигналов 261
Структурная схема цифрового устройства обработки сигнала 262
Особенности аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования 264
Квантование аналогового сигнала по времени 265
Погрешности дискретизатора 268
Погрешность хранения 269
Погрешность выборки 270
Погрешность временного положения стробирующего импульса 274
Фильтры для устранения эффекта наложения спектров (Антиалиасинговые фильтры) 278
Дискретизация сигнала на промежуточной частоте (субдискретизация) 285
Статическая передаточная функция АЦП и ЦАП и погрешности по постоянному току 287
Итоги 296
Глава 14. Виды аналого-цифровых преобразователей 297
Параллельные АЦП 297
Последовательно-параллельные АЦП 299
АЦП последовательного приближения 302
Сигма-дельта-АЦП 305
Итоги 310
Глава 15. Основные блоки микросхем цифровой обработки сигналов 311
Двоичные сумматоры 311
Цифровые умножители 317
Постоянные запоминающие устройства 321
Масочное ПЗУ 321
Программируемые постоянные запоминающие устройства 326
ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием 328
ПЗУ с электрическим стиранием информации 329
Статические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 331
Цифровые фильтры 335
Схемная реализация нерекурсивного фильтра 341
Однородный цифровой фильтр 344
Итоги 347
Глава 16. Реализация передатчиков радиосигналов в цифровом виде 348
Генераторы с цифровым управлением (NCO) 349
Микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) 354
Квадратурные модуляторы (Up converter) 355
Интерполирующие цифровые фильтры 357
Интерполирующий фильтр с конечной импульсной характеристикой 357
Параллельная реализация интерполирующего фильтра с конечной импульсной характеристикой 363
Интерполирующий однородный фильтр 365
Итоги 369
Глава 17. Реализация радиоприемников в цифровом виде 370
Цифровые преобразователи частоты 371
Цифровой квадратурный демодулятор 373
Децимирующие фильтры 374
Децимирующий фильтр с конечной импульсной характеристикой 375
Однородный децимирующий фильтр 376
Итоги 379
ЧАСТЬ IV. МИКРОПРОЦЕССОРЫ 381
Глава 18. Принципы работы микропроцессора 383
Виды двоичных кодов 384
Беззнаковые двоичные коды 385
Прямые знаковые двоичные коды 387
Знаковые обратные двоичные коды 388
Знаковые дополнительные двоичные коды 389
Представление рациональных чисел в двоичном коде с фиксированной запятой 393
Представление рациональных чисел в двоичном коде с плавающей запятой 394
Представление десятичных чисел 396
Суммирование двоично-десятичных чисел 397
Представление текстовых данных в памяти процессора 398
Арифметико-логические устройства 401
Классификация микропроцессоров 405
Типовые структуры операционного блока микропроцессора 408
Команды микропроцессора 411
Операционный блок микропроцессора 415
Блок микропрограммного управления 420
Микропрограммирование 424
Итоги 432
Глава 19. Принципы работы микропроцессорной системы 434
Подключение внешних устройств к микропроцессору 435
Системная шина 439
Адресное пространство микропроцессорного устройства 441
Принципы построения параллельного порта 445
Параллельный порт вывода 446
Параллельный порт ввода 448
Параллельный порт ввода-вывода 449
Примеры использования параллельных портов 451
Ввод информации с клавиатуры 451
Обмен данными между микропроцессорами при помощи параллельных портов 453
Принципы построения последовательного порта 455
Синхронные последовательные порты 455
Асинхронные последовательные порты 462
Принципы построения таймеров 465
Суммирующие и вычитающие таймеры 466
Таймеры с автозагрузкой 468
Реверсивные таймеры 470
Свободнобегущие таймеры 470
Способы расширения адресного пространства микропроцессора 475
Метод страничного расширения адресного пространства 476
Метод сегментного расширения адресного пространства 479
Метод расширения адресного пространства при помощи окон 481
Динамические оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 482
Согласование быстродействия системной памяти и микропроцессора (кэш-память) 488
Итоги 489
Глава 20. Принципы работы микроконтроллеров 491
Семейство микроконтроллеров MCS-51 492
Архитектура микроконтроллеров MCS-51 494
Система команд микроконтроллеров MCS-51 499
Арифметические команды 500
Логические команды с байтовыми переменными 501
Команды пересылки данных 501
Битовые команды 502
Команды ветвления и передачи управления 503
Способы адресации операндов 507
Устройство параллельных портов микроконтроллеров MCS-51 510
Особенности построения памяти микроконтроллеров семейства MCS-51 518
Память программ микроконтроллеров MCS-51 519
Внешняя память данных микроконтроллеров MCS-51 521
Внутренняя память данных микроконтроллеров MCS-51 522
Регистры специальных функций 525
Внутренние таймеры микроконтроллера, особенности их применения 527
Режим 0 528
Режим 1 530
Режим 2 531
Режим 3 533
Управление таймерами/счетчиками 533
Использование таймера в качестве измерителя длительности импульсов 535
Использование таймера в качестве частотомера 537
Последовательный порт микроконтроллеров семейства MCS-51 538
Скорость приема/передачи информации через последовательный порт 540
Режим 0. Синхронный режим работы последовательного порта 542
Режим 1. Асинхронный 8-битовый режим 546
Режим 2. Асинхронный 9-битовый режим с фиксированной скоростью передачи 551
Режим 3. Асинхронный 9-битовый режим 554
Итоги 554
ЧАСТЬ V. ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ 555
Глава 21. Принципы создания программ для микроконтроллеров 557
Языки программирования для микроконтроллеров 558
Виды программ-трансляторов 560
Виды компиляторов 560
Применение подпрограмм 561
Стек, его организация и структура 564
Подпрограммы-процедуры и подпрограммы-функции 565
Применение комментариев 567
Структурное программирование 569
Линейная цепочка операторов 572
Условное выполнение операторов 574
Конструкция управления циклическим выполнением оператора с проверкой условия после тела цикла 579
Структурная конструкция циклического выполнения оператора с проверкой условия до тела цикла 582
Понятие многофайлового и многомодульного программирования 584
Многофайловые программы 584
Многомодульные программы 590
Программа-монитор 593
Использование таймера для организации параллельных программных потоков 609
Использование прерываний для ввода информации о кратковременных сигналах и событиях, наступающих в произвольный момент времени 612
Итоги 617
Глава 22. Язык программирования C-51 618
Применение C-51 619
Отладка программ 622
Структура программ С-51 624
Символы языка программирования С-51 626
Лексические единицы, разделители и использование пробелов 629
Идентификаторы 630
Ключевые слова 632
Константы 632
Выражения в операторах языка программирования C-51 636
Приоритеты выполнения операций 640
Операторы языка программирования C-51 641
Операторы объявления 641
Исполняемые операторы 642
Оператор присваивания 642
Условный оператор 643
Структурный оператор {} 644
Оператор цикла for 646
Оператор цикла с проверкой условия до тела цикла while 648
Оператор цикла с проверкой условия после тела цикла do while 649
Оператор break 650
Оператор continue 650
Оператор выбора switch 651
Оператор безусловного перехода goto 652
Оператор выражения 653
Оператор возвращения из подпрограммы return 653
Пустой оператор 654
Объявление переменных в языке программирования C-51 655
Категории типов данных 656
Целые типы данных 657
Числа с плавающей запятой 658
Переменные перечислимого типа 658
Объявление массивов в языке программирования C-51 661
Структуры 663
Поля битов 665
Объединения (смеси) 665
Объявление указателей в языке программирования C-51 667
Нетипизированные указатели 669
Память-зависимые указатели 671
Объявление новых типов переменных 671
Инициализация данных 672
Использование функций в языке программирования С-51 675
Определение функций 676
Параметры функций 679
Предварительное объявление подпрограмм 681
Вызов функций 682
Рекурсивный вызов подпрограмм 684
Подпрограммы обработки прерываний 685
Области действия переменных и подпрограмм 686
Итоги 688
Глава 23. Язык программирования ASM-51 689
Исходный текст программы на языке программирования ASM-51 691
Символы языка ASM-51 693
Идентификаторы 695
Ключевые слова 695
Встроенные имена 696
Определяемые имена 697
Числа и литеральные строки 697
Директивы языка программирования ASM-51 699
Управляющие команды 705
Реализация подпрограмм на языке ASM-51 706
Реализация подпрограмм-процедур на языке ASM-51 707
Передача переменных-параметров в подпрограмму 708
Реализация подпрограмм-функций на языке ASM-51 711
Реализация подпрограмм обработки прерываний на языке ASM-51 712
Структурное программирование на языке ASM-51 714
Многомодульные программы 719
Использование сегментов в языке программирования ассемблер 721
Итоги 728
Глава 24. Работа с интегрированной средой программирования 729
Работа с текстовым редактором интегрированной среды программирования keil-С 730
Создание программных проектов 733
Создание программного проекта в интегрированной среде программирования keil-С 735
Настройка свойств программного проекта в интегрированной среде программирования keil-С 737
Работа с программным проектом в интегрированной среде программирования keil-С 741
Трансляция программных модулей и программных проектов 741
Трансляция программных модулей 742
Связывание объектных модулей и получение загрузочного файла 749
Трансляция программных проектов 749
Применение интегрированной среды программирования keil-C для трансляции программного проекта 750
Отладка программ во встроенном отладчике программ 753
Способы отладки программ 753
Использование встроенного отладчика программ 753
Итоги 756
Глава 25. Пример реализации микроконтроллерного устройства 758
Структурная схема часов 758
Разработка принципиальной схемы 758
Разработка программы устройства 764
Разработка генератора секундных импульсов 766
Разработка подпрограммы часов 770
Разработка подпрограммы индикации 773
Разработка подпрограммы семисегментного дешифратора 777
Разработка блока коррекции часов 778
Итоги 783
ПРИЛОЖЕНИЯ 785
Приложение 1. Система команд микроконтроллеров семейства MCS-51 787
Приложение 2. Таблица ASCII-кодов 799
Список литературы 809
Предметный указатель 811