Интегральная микросхема представляет собой электронный «мини-кирпичик», содержащий в небольшом объеме транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные элементы, общее число которых может достигать нескольких десятков, сотен, тысяч, десятков тысяч и более. Аналоговые микросхемы — это усилители колебаний различных частот, преобразователи, операционные усилители, предназначенные для работы в устройствах с непрерывными во времени электрическими сигналами. Характерным для аналоговых микросхем является то, что их входные и выходные электрические сигналы могут иметь любые значения в заданном диапазоне напряжения. Для цифровых, или логических, микросхем входные и выходные сигналы могут быть лишь в одном из двух условных уровней: низком или высоком или, что эквивалентно, в состоянии логического 0 или логической 1. Так, для микросхем серии К155 за низкий уровень, соответствующий логическому 0, приняты напряжения от 0 до 0,4 В, то есть не более 0,4 В, а за высокий, соответствующий логической 1,— неъ менее 2,4 В и не более напряжения источника питания — 5 В, а для микросхем серии К176, рассчитанных на питание от источника, напряжением 9 В, соответственно 0,02...0,05 и 8,6...8,8 В.
    Большая часть аналоговых и цифровых микросхем представляет собой пластмассовый корпус прямоугольной формы с гибкими пластинчатыми выводами (рис. 1 а), расположенными вдоль обеих длинных сторон корпуса. Сверху на корпусе есть условный ключ — круглая или иной формы метка, от которой ведется нумерация выводов. Если на микросхему смотреть сверху, то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу — то в направлении движения часовой стрелки. Микросхемы широкого применения имеют 14 или 16 выводов.

Рис. 1 Внеший вид (а) и условное графическое обозначение (б) микросхемы К155ЛА3

    В одном корпусе может быть несколько микросхем. Для примера на рис. 1, б приведено условное графическое обозначение цифровой микросхемы К155ЛА3. Её образуют четыре логических элемента 2И-НЕ, питающихся от одного общего источника постоянного тока, но каждый из них работант как самостоятельная микросхема малой степени интеграции. Выводы 7 и 14, которых нет на условном графическом обозначении микросхемы, служат для подачи питания на все её элементы. Но эти выводы обычно не показываются на схемах конструируемых устройств, так как элементы, составляющие микросхемы, чертят не слитно, как на рис. 1 б, а раздельно в разных участках принципиальной схемы устройства.
    Логические элементы — самые простые цифровые микросхемы. Основные из них, условные графические обозначения которых показаны на рис. 2, логические элементы И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ. Там же приведены таблицы истинности, дающие представление о логике действия этих элементов.

Рис. 2 Логические элементы И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ

    Символом логического элемента И служит знак «&» (союз «и» в английском языке), стоящий внутри прямоугольника. Слева — два (или больше) входных вывода, справа — один выходной вывод. Логика действия этого элемента такова: напряжение высокого уровня на выходе появится лишь тогда, когда сигналы такого же уровня будут на всех его входах. Такой же вывод можно сделать, глядя на таблицу истинности, характеризующую электрическое состояние элемента И и логическую связь между его выходным и входными сигналами. Так, например, чтобы на выходе (Вых.) элемента было напряжение высокого уровня, что соответствует единичному (1) состоянию элемента, на обоих входах (Вх. 1 и Вх. 2) должны быть напряжения такого же уровня. Во всех других случаях элемент будет в нулевом (0) состоянии, то есть на его выходе будет действовать напряжение низкого уровня.
    Условный символ логического элемента ИЛИ — цифра 1 в прямоугольнике. У него, как и у элемента И, может быть два и больше входов. Сигнал на выходе, соответствующий высокому уровню (логической 1), появляется при подаче сигнала такого же уровня на вход 1 или на вход 2 или одновременно на все входы. Проверьте эти логические взаимосвязи выходного и входного сигналов этого элемента по его таблице истинности.
    Условный символ элемента НЕ — тоже цифра 1 внутри прямоугольника. Но у него один вход и один выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое отрицание «не» на выходе элемента. На языке цифровой техники «не» означает, что элемент НЕ является инвертором, то есть электронным «кирпичиком», выходной сигнал которого по уровню противоположен входному. Другими словами: пока на его входе присутствует сигнал низкого уровня, на выходе будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Об этом говорят и логические уровни в таблице истинности работы этого элемента.
    Логический элемент И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ, поэтому на его условном графическом обозначении есть знак «&» и небольшой кружок на линии выходного сигнала, символизирующий логическое отрицание. Выход один, а входов два и больше. Логика работы элемента такова: сигнал высокого уровня на выходе появляется лишь тогда, когда на всех входах будут сигналы низкого уровня. Если хотя бы на одном из входов будет сигнал низкого уровня, на выходе элемента И-НЕ будет сигнал высокого уровня, то есть он будет в единичном состоянии, а если на всех входах будет сигнал высокого уровня — в нулевом состоянии.
    Элемент И-НЕ может выполнять функцию элемента НЕ, то есть стать инвертором. Для этого надо лишь соединить вместе все его входы. Тогда при подаче на такой объединенный вход сигнала низкого уровня на выходе элемента будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Это свойство элемента И-НЕ очень широко используется в цифровой технике.
    Триггер — электронное устройство, обладающее двумя устойчивыми электрическими состояниями. Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит по воздействием входных электрических импульсов. Каждому из двух состояний триггера соответствует свой фиксированный уровеньъ выходного напряжения, что позволяет использовать триггеры в качестве ячеек хранения цифровой информации. Триггеры, кроме того, служат основой счетчиков импульсов, делителей частоты, регистров и многих других цифровых микросхем функционального назначения. Но сейчас разговор пойдет о функционировании лишь одного из «семейства» триггеров — D-триггера.

Рис. 3 Условное графическое обозначение D-триггера

    Условное графическое обозначение D-триггера показано на рис. 3. У него четыре входа — R, D, C, S и два выхода — прямой и инверсный. Символом прямого выхода служит буква Q, а инверсного, кроме кружка на линии выходного сигнала, такая же буква, но с черточкой вверху. Уровень сигнала на инверсном выходе всегда противоположен сигналу на прямом выходе. Если, например, триггер находится в единичном состоянии и, следовательно, на его прямом выходе действует напряжение высокого уровня, в это время на инверсном выходе будет напряжение низкого уровня.
    Входы R и S установочные: при подаче напряжени низкого уровня на R-вход тригге устанавливается в нулевое состояние, на C-вход — в единичное. Нулевое состояние считается исходным режимом работы триггера.
    D-вход триггера — вход приема информации или, как еще говорят, информационный вход, а C-вход — вход тактовых импульсов синхронизации, источником которых обычно служит генератор импульсного напряжения. Если на D-входе сигнал высокого уровня, то триггер по фронту первого же импульса на C-входе устанавливается в единичное состояние, а если низкого, то в нулевое. На спады синхронизирующих импульсов на C-входе триггер не реагирует. Каждое же изменение логического состояния триггера означает запись в его память принятой информации, которая может быть передана следующему за ним триггеру или считана соответствующей цифровой микросхемой. По сигналам на этих входах триггер может работать как коммутатор электрических цепей, что и используется в некоторых устройствах автоматики, например в переключателях елочных гирлянд.