پایان نامه کارشناسی گروه برق
مقدمه:
اغلب در ساخت و طراحی وسایل الکترونیکی نیاز داریم که آی سی های به کار رفته در مدارات الکترونیکی مورد نظر را تست کرده و از صحت یا خرابی آنها اطلاع دقیقی حاصل نماییم و احیانا در مورد خراب بودن آی سی ها پایه ی خراب شده آنها را بیابیم.
ساخت و طراحی وسیله ای که این عمل تست را انجام دهد ، هدف اصلی این پروژه می باشد. که در این پروژه یک سری از آی سی های خانواده CMOS سری 4000 و 74XX هست می شوند و از سالم یا خراب بودن پایه ها اطلاعات دقیقی را به استفاده کننده ارائه می نماید.
برای شروع کار با مدارهای مجتمع تا حد مورد نیاز آشنایی پیدا می کنیم.. در بخش سخت افزاری توضیحاتی در مورد المان های به کار رفته شده در این مدار داده شده است. در بخش نرم افزاری با یک زبان برنامه نویسی که بتواند اطلاعات را از طریق کیبورد به مدار ارسال کرده و بعد از دریافت و پردازش در آن زبان برنامه نویسی نتیجه را گزارش دهد ، آشنا می شویم.
با توجه به قابلیت های زبان برنامه نویسی C و نزدیکی این زبان به زبان ماشین ، قسمت نرم افزاری این پروژه را توسط این زبان انجام خواهیم داد.
ما با طراحی سیستم تست کننده ی آی سی در حقیقت قدم های مقدماتی و اصولی در جهت رسیدن به طراحی های پیچیده تر را برداشته ایم ، که با توجه به عملکرد سخت افزاری و نرم افزاری این پروژه به راحتی می توان آن را طبق طرح پیشنهادی تعمیم داده و برای تست کردن آی سی های دیگر به کار برد.
فصل اول
مدارهای مجتمع :
یک مدار مجتمع (IC) یک کریستال نیمه هادی از جنس سیلیکان است که به آن تراشه می گویند و حاوی اجزاء الکترونیکی در ساخت گیت های دیجیتال می باشد. انواع گیت ها در داخل تراشه به هم وصل می شوند تا مدار مورد نیاز ایجاد گردد. تراشه روی یک محفظه سرامیک یا پلاستیک نصب شده و اتصالات به پایه های بیرون ایجاد مدار مجتمع، متصل می گردند. تعداد پایه ها ممکن است از 14 در یک بسته کوچک IC تا چند هزار در یک بسته بزرگ تغییر کند. در روی هر IC یک شماره برای شناسایی چاپ می شود. سازندگان معمولاً کتابچه ها، کاتالوگ ها و سایت های اینترنتی حاوی توصیف ها و اطلاعات ICهایی که ساخته اند را در اختیار می گذارند.
سطوح مجتمع سازی :
IC های دیجیتال اغلب بر اساس پیچیدگی مدار درونی شان که به تعداد گیت های منطقی مرتبط است دسته بندی می شوند. تفکیک تراشه هایی که تنها چند یا چندصد و یا چندین هزار گیت دارند با ارجاع به بسته و دسته بندی آنها به وسایل مجتمع با فشردگی کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد صورت می گیرد.
مدارهای مجتمع با فشردگی کم (SSI) دارای چند گیت مستقل در بسته اند. ورودی ها و خروجی های گیت ها مستقیماً به پایه های بسته متصل می شوند. تعداد گیت ها معمولاً کمتر از 10 بوده و به وسیله پایه های موجود در IC محدود می گردند.
مدارهای مجتمع با فشردگی متوسط (MSI) دارای فشردگی بین 10 تا 1000 گیت در یک بسته دارند. این دسته از مدارات معمولاً اعمال دیجیتال خاصی را اجرا می کنند. توابع دیجیتال MSI با عناوین دیکدرها، جمع کننده ها و مولتی پلکسرها و ثبات ها و شمارنده ها مطرح شده اند.
مدارهای مجتمع با فشردگی زیاد (LSI) حاوی هزاران گیت در یک بسته می باشند. این دسته از مدارات، پردازنده ها، حافظه ها و مدارات منطقی برنامه پذیر را شامل می شوند.
مدارهای مجتمع با فشردگی خیلی زیاد (VLSI) صدها هزار گیت در یک بسته دارند. از جمله مثال ها می توان از آرایه های حافظه، تراشه میکرو کامپیوترهای پیچیده نام برد. به دلیل کوچکی و ارزانی، وسایل VLSI تکنولوژی طراحی سیستم کامپیوتر را متحول ساخته و به طراح قابلیت ساخت وسایلی را می دهد که قبلاً اقتصادی نبودند.
داده های منطقی دیجیتال :
داده های مجتمع دیجیتال نه تنها بر اساس پیچیدگی و عمل منطقی شان بلکه بر اساس تکنولوژی اصلی که به آن تعلق دارند نیز دسته بندی می گردند. تکنولوژی مدار به نام خانواده مدار منطقی خوانده می شود. هر خانواده منطقی دارای مدار الکترونیک مبنای خاص خود بوده و سایر توابع و پیچیده دیجیتال با استفاده از آنها ساخته می شوند. مدار مبنا در هر خانواده، گیت NAND ،NOR یا NOT است. قطعات الکترونیک بکار رفته در ساخت مدار مبنا معمولاً برای نام گذاری مورد استفاده قرار می گیرد. به لحاظ تجاری انواع متفاوتی از خانواده های منطقی مدارات معرفی شده اند. انواع رایج آنها در زیر لیست شده اند.
TTL transistor – transistor logic
ECL emitter – coupled logic
MOS metal- oxide semiconductor
CMOS complementary metal- oxide semiconductor
TTL مدت مدیدی است که مورد استفاده بوده و به عنوان یک گیت استاندارد شناخته شده است. ECL در سیستم هایی که به سرعت بالا نیاز دارد ارجحیت دارد. MOS در مدارهایی که نیاز به چگالی بالایی دارند مورد استفاده است و CMOS در مواقعی که توان مصرفی باید کم باشد مورد توجه قرار گیرد. نظر به اینکه توان مصرفی کم در طراحی VLSI از اصول است، CMOS تبدیل به یک خانواده ی منطقی غالب شده است در حالی که از کاربرد خانواده های ECL , TTL به تدریج کاسته می شود.
خانواده های منطقی معمولاً با تحلیل مدار گیت مبنا در هر خانواده مقایسه می شوند.
مهمترین پارامترهای مورد ارزیابی و مقایسه در تشخیص انواع مختلف آی سی در زیر ذکر شده است :
1. گنجایش خروجی
2. گنجایش ورودی
3. توان مصرفی
4. تاخیر انتشار
5. حد پارازیت
6. فشار
گنجایش خروجی :
گنجایش خروجی یک گیت نشان دهنده تعداد بارهای استانداردی است که بدون تخریب عملکرد معمولی آن به خروجی گیت وصل شود. معمولاً بار استاندارد به عنوان جریان لازم به وسیله گیت بعدی از همان خانواده تعریف می گردد. گاهی اوقات جمله بار شدن به جای گنجایش خروجی به کار می رود. جمله فوق به این علت به کار رفته که خروجی یک گیت مقدار محدودی از جریان را تهیه می نماید و بیش از آن قادر به ادامه کار صحیح نمی باشد. در این حالت می گوییم خروجی فرابار شده است. معمولاً خروجی یک گیت به ورودی گیت دیگر وصل می شود. هر ورودی مقدار معینی جریان را از خروجی مصرف می کند در نتیجه هر اتصال اضافی به مقدار بار گیت منبع خواهد افزود. قوانین بار شدن حداکثر بار مجاز را برای خروجی هر گیت از یک خانواده تعریف می کنند. تجاوز از مقدار بار حداکثر ممکن است سبب آسیب دیدگی شود زیرا مدار قادر به تحویل توان تقاضا شده نمی باشد. گنجایش خروجی تعداد حداکثر ورودی هایی است که به یک خروجی قابل اتصال می باشد و با یک عدد بیان می شود.
گنجایش خروجی را با توجه به جریان موجود در خروجی یک گیت و مقدار جریان لازم برای ورودی محاسبه می کنند. خروجی یک گیت به یک یا چند ورودی گیت دیگر وصل شده است. این خروجی یک منبع جریان را برای همه ورودی های گیت های دیگر فراهم می نماید. هر ورودی برای انجام کار صحیح نیاز به یک جریان دارد. در این حالت جریان فروکشی از تمام ورودی های گیت ها به خروجی گیت منبع به وجود خواهد آمد. هر ورودی گیت جریان خود را فراهم می سازد. گنجایش خروجی یک گیت از نسبت کوچکتر / یا / محاسبه می شود (هر کدام که کوچکتر باشد). مثلاً گیت های TTL استانداردی دارای مقادیر زیر برای جریان ها هستند :