Fichas lógicas. Parte 2 - Puertas

Los elementos lógicos operan como elementos independientes en forma de microcircuitos de un pequeño grado de integración, y se incluyen como componentes en microcircuitos de un mayor grado de integración. Dichos elementos se pueden contar más de una docena.

Pero primero, solo hablaremos de cuatro de ellos: estos son los elementos AND, OR, NOT, AND-NOT. Los elementos principales son los primeros tres, y el elemento AND-NOT ya es una combinación de los elementos AND AND NOT. Estos elementos pueden llamarse "ladrillos" de la tecnología digital. Primero, debe considerar cuál es la lógica de su acción.

Recordemos la primera parte del artículo sobre circuitos digitales. Se dijo que el voltaje en la entrada (salida) del microcircuito dentro de 0 ... 0,4 V es un nivel cero lógico, o un nivel de bajo voltaje. Si el voltaje está dentro de 2.4 ... 5.0 V, entonces este es el nivel de una unidad lógica o un voltaje de alto nivel.

El estado operativo de los microcircuitos de la serie K155 y otros microcircuitos con voltaje de alimentación de 5 V se caracteriza precisamente por dichos niveles. Si el voltaje en la salida del microcircuito está en el rango de 0.4 ... 2.4V (por ejemplo, 1.5 o 2.0V), entonces ya puede pensar en reemplazar este microcircuito.

Consejos prácticos: para asegurarse de que este microcircuito tenga fallas en la salida, desconecte la entrada del microcircuito que le sigue (o varias entradas conectadas a la salida de este microcircuito). Estas entradas pueden simplemente "asentar" (sobrecargar) el chip de salida.

Convenciones gráficas

Los símbolos gráficos son un rectángulo que contiene líneas de entrada y salida. Las líneas de entrada de elementos se encuentran a la izquierda y las líneas de salida a la derecha. Lo mismo se aplica a las hojas enteras con circuitos: en el lado izquierdo, todas las señales son de entrada, a la derecha son salidas. Es como una línea en un libro: de izquierda a derecha, será más fácil de recordar. Dentro del rectángulo hay un símbolo condicional que denota la función realizada por el elemento.

Elemento lógico Y

Comenzamos la consideración de elementos lógicos con el elemento I.

Figura 1. El elemento lógico Y

Su designación gráfica se muestra en la Figura 1a. El símbolo de la función Y es el símbolo inglés "&", que en inglés reemplaza la unión "y", porque después de todo, toda esta "pseudociencia" fue inventada en la maldita burguesía.

Las entradas del elemento se designan como X con los índices 1 y 2, y la salida, como una función de salida, con la letra Y. Es simple, como en matemáticas escolares, por ejemplo, Y = K * X o, en el caso general, Y = f (x). Un elemento puede tener más de dos entradas, lo que está limitado solo por la complejidad del problema que se está resolviendo, pero solo puede haber una salida.

La lógica del elemento es la siguiente: un voltaje de alto nivel en la salida Y será solo cuando Y en la entrada X1 Y en la entrada X2 habrá un voltaje de alto nivel. Si el elemento tiene 4 u 8 entradas, la condición indicada (nivel alto) debe cumplirse en todas las entradas: I-en la entrada 1, I-en la entrada 2, I-en la entrada 3 ... .. Y-en la entrada N. solamente en este caso, la salida también será de alto nivel.

Para facilitar la comprensión de la lógica del funcionamiento del elemento Y, su análogo en forma de circuito de contacto se presenta en la Figura 1b. Aquí, la salida del elemento Y está representada por la lámpara HL1. Si la lámpara está encendida, esto corresponde a un nivel alto en la salida del elemento I. A menudo, dichos elementos se denominan 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. El primer dígito indica el número de entradas.

Como señales de entrada X1 y X2, los botones normales de "campana" se utilizan sin fijación. El estado abierto de los botones es un estado de bajo nivel, y el estado cerrado es naturalmente alto. Como fuente de energía, el diagrama muestra una batería galvánica. Mientras los botones están en estado abierto, la lámpara, por supuesto, no brilla. La lámpara se encenderá solo cuando ambos botones se presionen a la vez, es decir I-SB1, I-SB2.Tal es la conexión lógica entre la señal de entrada y salida del elemento I.

Se puede obtener una representación visual de la operación del elemento AND mirando el diagrama de tiempo que se muestra en la Figura 1c. Al principio, aparece una señal de alto nivel en la entrada X1, pero no pasó nada en la salida Y, todavía hay una señal de bajo nivel. En la entrada X2, la señal aparece con cierto retraso en relación con la primera entrada, y una señal de alto nivel aparece en la salida Y.

Cuando la señal en la entrada X1 es baja, la salida también se establece en baja. O, para decirlo de otra manera, una señal de alto nivel se mantiene en la salida mientras haya señales de alto nivel en ambas entradas. Lo mismo puede decirse de los elementos de entrada múltiple más de I: si es 8-I, para obtener un nivel alto en la salida, el nivel alto debe mantenerse en las ocho entradas a la vez.

Con mayor frecuencia en la literatura de referencia, el estado de la salida de los elementos lógicos que dependen de las señales de entrada se presenta en forma de tablas de verdad. Para el elemento considerado 2-I, la tabla de verdad se muestra en la Figura 1d.

La tabla es algo similar a la tabla de multiplicar, solo que más pequeña. Si lo estudia detenidamente, notará que un nivel alto en la salida será solo cuando haya un alto nivel de voltaje o, lo que es lo mismo, una unidad lógica presente en ambas entradas. Por cierto, la comparación de la tabla de verdad con la tabla de multiplicación está lejos de ser accidental: todas las tablas de verdad electrónicas saben, como dicen, de memoria.

Además, la función Y se puede describir con álgebra de lógica o álgebra booleana. Para un elemento de dos entradas, la fórmula se verá así: Y = X1 * X2 u otra forma de escribir Y = X1 ^ X2.

Elemento lógico O

A continuación, veremos la puerta OR.

Figura 2. Puerta lógica O

Su designación gráfica es similar al elemento AND recién examinado, excepto que en lugar del símbolo & para la función AND, el número 1 está inscrito dentro del rectángulo, como se muestra en la Figura 2a. En este caso, denota la función OR. A la izquierda están las entradas X1 y X2, que, como en el caso de la función Y, pueden ser más, y a la derecha la salida, indicada por la letra Y.

En la forma de una fórmula de álgebra booleana, la función OR se escribe como Y = X1 + X2.

De acuerdo con esta fórmula, Y será verdadero cuando OR en la entrada X1, OR en la entrada X2, OR en ambas entradas, inmediatamente habrá un nivel alto.

El diagrama de contacto que se muestra en la Figura 2b ayudará a comprender lo que se acaba de decir: presionar cualquiera de los botones (nivel alto) o ambos botones a la vez hará que la lámpara se ilumine (nivel alto). En este caso, los botones son las señales de entrada X1 y X2, y la luz es la señal de salida Y. Para que sea más fácil de recordar, las Figuras 2c y 2d muestran el diagrama de tiempo y la tabla de verdad, respectivamente: es suficiente analizar el funcionamiento del circuito de contacto mostrado con el diagrama y la tabla, como todas las preguntas. desaparecerá

Elemento lógico NO, inversor

Como dijo un profesor, en tecnología digital no hay nada más complicado que un inversor. Quizás esto es de hecho.

En el álgebra de la lógica, la operación NO se llama inversión, lo que significa negación en inglés, es decir, el nivel de señal en la salida corresponde exactamente al contrario de la señal de entrada, que se parece a Y = / X en forma de fórmula

(La barra inclinada antes de X denota la inversión real. Por lo general, se utiliza un guión bajo en lugar de una barra inclinada, aunque dicha notación es bastante aceptable).

El símbolo gráfico del elemento NO es un cuadrado o rectángulo dentro del cual esté inscrito el número 1.

Figura 3. Inversor

En este caso, significa que este elemento es un inversor. Tiene solo una entrada X y una salida Y. La línea de salida comienza con un círculo pequeño, que en realidad indica que este elemento es un inversor.

Como acabo de decir, un inversor es el circuito digital más complejo.Y esto lo confirma su esquema de contacto: si antes solo bastaban los botones, ahora se les ha agregado un relé. Mientras no se presiona el botón SB1 (cero lógico en la entrada), el relé K1 se desactiva y sus contactos normalmente cerrados encienden la bombilla HL1, que corresponde a una unidad lógica en la salida.

Si presiona el botón (aplica una unidad lógica a la entrada), el relé se encenderá, los contactos K1.1 se abrirán, la luz se apagará, lo que corresponde a un cero lógico en la salida. Lo anterior se confirma con el diagrama de tiempo en la Figura 3c y la tabla de verdad en la Figura 3d.

Elemento lógico Y NO

La puerta AND NO es una combinación de la puerta AND y la puerta NOT.

Figura 4. El elemento lógico Y NO

Por lo tanto, el símbolo & (AND lógico) está presente en su símbolo gráfico, y la línea de salida comienza con un círculo que indica la presencia de un inversor en la composición.

El análogo de contacto del elemento lógico se muestra en la Figura 4b, y, si observa de cerca, es muy similar al análogo del inversor que se muestra en la Figura 3b: la bombilla también se enciende a través de los contactos normalmente cerrados del relé K1. En realidad este es el inversor. El relé se controla mediante los botones SB1 y SB2, que corresponden a las entradas X1 y X2 de la puerta AND. El diagrama muestra que el relé se encenderá solo cuando se presionen ambos botones: en este caso, los botones realizan la función & (AND lógico). En este caso, la lámpara en la salida se apaga, lo que corresponde al estado del cero lógico.

Si no se presionan ambos botones, o al menos uno de ellos, el relé se desactiva y la luz en la salida del circuito está encendida, lo que corresponde al nivel de una unidad lógica.

De lo anterior, podemos sacar las siguientes conclusiones:

En primer lugar, si al menos una entrada tiene un cero lógico, la salida será una unidad lógica. El mismo estado en la salida será en el caso cuando los ceros estén presentes en ambas entradas a la vez. Esta es una propiedad muy valiosa de los elementos AND-NOT: si conecta ambas entradas, entonces el elemento AND-NOT se convierte en un inversor, simplemente realiza la función de NOT. Esta propiedad le permite no colocar un chip especial que contenga seis inversores a la vez, cuando solo se requieren uno o dos.

En segundo lugar, solo se puede obtener cero en la salida si se "recolecta" en todas las entradas de la unidad. En este caso, sería apropiado nombrar el elemento lógico considerado 2I-NOT. Los dos dicen que este elemento es de dos entradas. En casi todas las series de microcircuitos, también hay elementos de 3, 4 y ocho entradas. Además, cada uno de ellos tiene una única salida. Sin embargo, el elemento 2I-NOT se considera un elemento básico en muchas series de microcircuitos digitales.

Con varias opciones para conectar las entradas, puede obtener otra propiedad maravillosa. Por ejemplo, conectando las tres entradas del elemento 8I-NOT de ocho entradas juntas, obtenemos el elemento 6I-NOT. Y si conecta las 8 entradas juntas, obtendrá solo un inversor, como se mencionó anteriormente.

Esto completa el conocimiento de los elementos lógicos. En la siguiente parte del artículo, consideraremos los experimentos más simples con microcircuitos, la estructura interna de los microcircuitos, dispositivos simples, como generadores de pulso.

Boris Aladyshkin

Continuación del artículo: Fichas lógicas. Parte 3