1. SAYISAL SİSTEMLERE GİRİŞ Lojik devre temelleri dersinde, kısaca sayısal elektronik devrelerin analizi ve tasarımının temel kavram ve yöntemlerinin öğretilmesini amaçlamıştır. Konu ayrıca lojik tasarımı, anahtarlama devreleri, sayısal lojik ve sayısal tasarım gibi başka adlarla da anılır. Sayısal devreler; sayısal bilgisayarlar, elektronik hesap makineleri, sayısal kontrol cihazları, sayısal iletişim teçhizatı gibi sistemlerin tasarımında ve elektronik sayısal donanım gerektiren daha birçok uygulamada kullanılmaktadır. Derste giriş bölümünden sonra sayısal sistemlerde kullanılan sayı sistemleri, sonraki bölümde ise temel kavram ve yöntemler anlatılmıştır. Dersin son bölümünde birleşimsel (combinatorial) devreler ele alınmış, sayısal lojik kapı devreleri, analiz ve tasarım yöntemleri anlatılmıştır. Lojik devre temelleri dersi ile ilgili bilgilere ve ders notlarına erişmek için Internet adresi aşağıda verilmiştir. Ek bilgi Internet adresi : http://www.tuncayuzun.com/ veya www.yildiz.edu.tr/~uzun
1.1. Sayısal Sistemlere Giriş Şekil 1-1 Sayısal Sistem Uygulamaları 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-2
v(t) V(t) V(t) v x V 3 V 2 V1 t 0 0 t x V 1 t 1 t 2 t 3 t V0 0 t 1 t 2 t 3 t a) analog işaret b) sayısal işaret c) ikili sayısal işaret Şekil 1-2 Analog ve sayısal işaretlerin zamana bağlı değişimleri Analog Bilgisayar (Analog Computer) Çözülmek istenen matematiksel ifade analog elektrik devresi Giriş=elektriksel işaret işlem analog sonuç=analog elektrik işareti Sayısal Hesaplayıcı Bilgisayar (Digital Computer) Çözülmek istenen matematiksel ifade yazılım Giriş bilgisi=sayısal işlem=program çıkış bilgisi=sayısal 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-3
1.2. Sayısal Lojik Tümleşik Devre Teknolojisi Sayısal elektronik devreler, elektronik devre üretim teknolojisinin gelişimine paralel olarak gelişmiş ve önceleri elektro mekanik röleler, elektron tüpleri, ayrık transistorlar ve yakın zamandan günümüze kadar da tümleşik devreler kullanılarak gerçekleştirilmişlerdir. Tümleşik devre teknolojisinin gelişmesiyle değişik özelliklerde lojik devreler ortaya çıkmıştır. 1920 li yıllardan itibaren röleler ve kontaktörler mantık devrelerinde kullanılmaya başlanmıştır. Bunu elektronikte kısaca lamba olarak adlandırılan elektron tüpünün kullanılması takip etmiştir. 1950 li yıllarda yarıiletken teknolojisinin gelişmesiyle diyot ve transistor elemanı sayısal elektronik devrelerde, elektron tüpü ve elektro mekanik malzemelerin yerine yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Daha sonraki aşamalar ise 1970 li yıllarda ayrık olarak direnç, diyot ve transistor kullanılan lojik devreler tümleşik devreler haline getirilmiştir. 1980 li yıllarda ise programlanma özelliğine sahip sayısal elektronik işlemci ve denetleyici tümleşik devreleri kullanılmıştır. 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-4
Şekil 1-3 Sayısal Tümleşik Devrelerin Lojik Gerilim Seviyeleri 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-5
Tablo 1-1 Sayısal Tümleşik Devre Teknolojileri 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-6
1.2.1. Sayısal Tümleşik Devre Üretim Teknolojisi Şekil 1-4 Yarıiletken Yonga Üretim basamakları 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-7
Şekil 1-5 de n-kanal ve p-kanal MOS transistorların sayısal lojik devrelerde çok kullanılan uç ve besleme bağlantıları gösterilmiştir. Bunun yanında her iki tip MOS transistorun kullanıldığı CMOS DEĞİL kapısının iç devresi verilmiştir. Şekil 1-5 MOS transistorlar ve CMOS tümleyen kapısı 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-8
Şekil 1-6 de ise MOS transistorların ve CMOS tümleyen kapısının yonga tasarım grafikleri, yarıiletken devrenin fabrikasyon aşamalarındaki kesitleri ve açıklamaları görülmektedir. Şekil 1-6 Yonga tasarım grafikleri ve CMOS tümleyen kapısı tasarımı 1. Giriş, Lojik Devre Temelleri, Y.Doç.Dr.Tuncay UZUN 1-9