Loogiset sirut. Osa 2 - Portit

Loogiset elementit toimivat itsenäisinä elementteinä pienen integraatioasteisen mikropiirien muodossa, ja ne sisältyvät komponentteihin mikropiireissä, joilla on korkeampi integraatioaste. Tällaisia ​​elementtejä voidaan laskea yli tusina.

Mutta ensin puhumme niistä vain neljästä - nämä ovat JA, TAI, EI, JA EI-elementtejä. Pääelementit ovat kolme ensimmäistä ja AND-NOT-elementti on jo yhdistelmä AND AND NOT -elementtejä. Näitä elementtejä voidaan kutsua digitaalitekniikan "tiileiksi". Ensin sinun on pohdittava, mikä on heidän toiminnan logiikka?

Muistutaan digitaalisia piirejä käsittelevän artikkelin ensimmäisestä osasta. Sanottiin, että jännite mikropiirin sisääntulossa (ulostulossa) alueella 0 ... 0,4 V on loogisen nollan tai pienjännitteen taso. Jos jännite on 2,4 ... 5,0 V, silloin tämä on loogisen yksikön taso tai korkea jännite.

K155-sarjan mikropiirien ja muiden 5 V: n syöttöjännitteellä toimivien piirien toimintatiloille on tunnusomaista täsmälleen nämä tasot. Jos jännite mikropiirin ulostulossa on välillä 0,4 ... 2,4 V (esimerkiksi 1,5 tai 2,0 V), voit jo miettiä tämän mikropiirin korvaamista.

Käytännön neuvoja: Varmista, että tämä mikropiiri on viallinen ulostulossa, irrota sitä seuraavan mikropiirin tulo (tai useampi tulo, joka on kytketty tämän mikropiirin ulostuloon) siitä. Nämä tulot voivat yksinkertaisesti ”sijoittaa” (ylikuormittaa) lähtösirun.

Graafiset käytännöt

Graafiset symbolit ovat suorakulmio, joka sisältää tulo- ja lähtöviivat. Elementtien syöttöjohdot sijaitsevat vasemmalla ja ulostulolinjat oikealla. Sama pätee kokonaisiin levyihin, joissa on piirejä: vasemmalla puolella kaikki signaalit ovat tuloa, oikealla ovat lähtöjä. Se on kuin rivi kirjassa - vasemmalta oikealle, se on helpompi muistaa. Suorakulmion sisällä on ehdollinen symboli, joka osoittaa elementin suorittaman toiminnon.

Looginen elementti JA

Aloitamme loogisten elementtien tarkastelun elementistä I.

Kuva 1. Looginen elementti JA

Sen graafinen nimitys on esitetty kuvassa 1a. Ja -toiminnon symboli on englanninkielinen symboli "&", joka korvaa englanniksi liiton "ja", koska loppujen lopuksi kaikki tämä "salanteko" keksittiin kirottuun porvaristoon.

Elementin sisääntulot on merkitty X: llä indekseillä 1 ja 2 ja lähtö lähtöfunktiolla kirjaimella Y. Se on yksinkertainen, kuten esimerkiksi koulumatematiikassa, Y = K * X tai yleisessä tapauksessa Y = f (x). Elementillä voi olla enemmän kuin kaksi sisääntuloa, joita rajoittaa vain ratkaistavan ongelman monimutkaisuus, mutta niitä voi olla vain yksi.

Elementin logiikka on seuraava: korkean tason jännite ulostulossa Y on vain, kun Ja tulossa X1 ja tulossa X2 on korkea jännite. Jos elementissä on 4 tai 8 tuloa, ilmoitetun ehdon (korkea taso) on täytyttävä kaikissa tuloissa: I-tulossa 1, I-tulossa 2, I-tulossa 3 ... .. Ja vain tulossa N. Vain tässä tapauksessa myös tuotos on korkea.

And-elementin toiminnan logiikan ymmärtämisen helpottamiseksi kuvassa 1b on esitetty sen kontaktipiirin muodossa oleva analogi. Elementin Y lähtöä edustaa tässä lamppu HL1. Jos lamppu palaa, tämä vastaa korkeaa tasoa elementin I ulostulossa. Usein sellaisia ​​elementtejä kutsutaan 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Ensimmäinen numero ilmaisee tulojen määrän.

Tulosignaaleina X1 ja X2 käytetään tavallisia kellopainikkeita ilman kiinnitystä. Painikkeiden avoin tila on matalan tason tila ja suljettu tila on luonnollisesti korkea. Virtalähteenä kaavio näyttää galvaanisen akun. Painikkeiden ollessa auki, lamppu ei tietenkään palaa. Lamppu syttyy vain, kun molempia painikkeita painetaan kerralla, ts. I-SB1, I-SB2.Tällainen on looginen yhteys elementin I tulo- ja lähtösignaalin välillä.

Visuaalinen esitys AND-elementin toiminnasta voidaan saada tarkastelemalla kuvassa 1c esitettyä aikakaaviota. Aluksi korkean tason signaali ilmestyy tuloon X1, mutta mitään ei tapahtunut ulostulossa Y, silti on edelleen matalan tason signaali. Tulossa X2 signaali ilmestyy jonkin verran viivettä suhteessa ensimmäiseen tuloon, ja korkean tason signaali näkyy ulostulossa Y.

Kun signaali tulossa X1 on alhainen, myös lähtö asetetaan alhaiseksi. Tai toisin sanoen, korkean tason signaalia pidetään ulostulossa niin kauan kuin korkean tason signaaleja on läsnä molemmissa tuloissa. Sama voidaan sanoa I: n useamman sisääntulon elementeistä: jos se on 8-I, niin korkean tason saavuttamiseksi lähdössä korkea taso on pidettävä kaikissa kahdeksassa tulossa kerralla.

Useimmiten referenssikirjallisuudessa loogisten elementtien ulostulotila riippuen tulosignaaleista annetaan totuustaulukoiden muodossa. Tarkasteltavalle elementille 2-I totuustaulukko on esitetty kuvassa 1d.

Taulukko on hiukan samanlainen kuin kertolasku, vain pienempi. Jos tutkit sitä huolellisesti, huomaat, että korkea lähtötaso on vain, kun molemmissa tuloissa on korkea jännite tai mikä on sama asia, looginen yksikkö. Muuten, totuustaulukon vertailu kertolaskuriin ei ole kaukana vahingossa: kaikki elektroniikan totuustaulukot tietävät, kuten sanotaan, sydämestä.

Myös toiminto And voidaan kuvata logiikan algebra tai boolean algebra. Kaksisyöttöiselle elementille kaava näyttää tältä: Y = X1 * X2 tai jokin muu kirjoitusmuoto Y = X1 ^ X2.

Looginen elementti TAI

Seuraavaksi tarkastelemme TAI-porttia.

Kuva 2. Looginen portti TAI

Sen graafinen nimitys on samanlainen kuin juuri tutkittu AND-elementti, paitsi että AND-toiminnon & -merkin sijasta numero 1 on kirjoitettu suorakulmion sisään, kuten kuvassa 2a on esitetty. Tässä tapauksessa se tarkoittaa toimintoa TAI. Vasemmalla ovat tulot X1 ja X2, jotka, kuten And-toiminnon tapauksessa, voivat olla enemmän, ja oikealla, lähtö, merkitty kirjaimella Y.

Boolen algebra-kaavan muodossa OR-funktio kirjoitetaan muodossa Y = X1 + X2.

Tämän kaavan mukaan Y on totta, kun TAI tulossa X1, TAI tulossa X2, TAI molemmissa tuloissa on heti korkea taso.

Kuvassa 2b esitetty kosketuskaavio auttaa ymmärtämään juuri sanottua: Jos painat jompaakumpaa painiketta (korkea taso) tai molempia painikkeita kerralla, lamppu hehtaa (korkea taso). Tässä tapauksessa painikkeet ovat tulosignaaleja X1 ja X2 ja valo on lähtösignaali Y. Muistamisen helpottamiseksi kuvissa 2c ja 2d on esitetty ajoituskaavio ja totuustaulukko: riittää, kun analysoidaan esitetyn kosketuspiirin toimintaa kaavion ja taulukon kanssa, koska kaikki kysymykset katoavat.

Looginen elementti EI, invertteri

Kuten yksi opettaja sanoi, digitaalitekniikassa ei ole mitään monimutkaisempaa kuin invertteri. Ehkä tämä on itse asiassa.

Loogisen algebrassa operaatiota EI kutsuta käännökseksi, mikä tarkoittaa kieltämistä englanniksi, ts. Lähtön signaalitaso vastaa tarkalleen vastakkaista tulosignaalia, joka näyttää Y = / X kaavan muodossa

(X: n edessä oleva viiva tarkoittaa todellista käännöstä. Yleensä alaviivaa käytetään viivan sijasta, vaikka tämä merkintä onkin varsin hyväksyttävä.).

Elementin graafinen symboli EI ole neliö tai suorakulmio, jonka sisälle numero 1 on merkitty.

Kuva 3. Taajuusmuuttaja

Tässä tapauksessa se tarkoittaa, että tämä elementti on invertteri. Siinä on vain yksi sisääntulo X ja lähtö Y. Lähtölinja alkaa pienellä ympyrällä, joka tosiasiallisesti osoittaa, että tämä elementti on invertteri.

Kuten juuri sanoin, invertteri on monimutkaisin digitaalinen piiri.Ja tämän vahvistaa hänen kontaktijärjestelynsä: jos aiemmin vain painikkeita riitti, nyt heille on lisätty rele. Samalla kun SB1-painiketta ei paineta (looginen nolla tulossa), rele K1 kytkeytyy pois päältä ja sen normaalisti suljetut koskettimet kytkevät HL1-lampun päälle, mikä vastaa lähtössä olevaa loogista yksikköä.

Jos painat painiketta (käytä loogista yksikköä tuloon), rele kytkeytyy päälle, K1.1-koskettimet avautuvat, valo sammuu, mikä vastaa loogista nollaa lähtössä. Edellä esitetty vahvistetaan kuviossa 3c esitetyllä aikakaaviolla ja kuvan 3d totuustaulukolla.

Looginen elementti JA EI

AND-portti EI ole yhdistelmä AND-porttia ja NOT-porttia.

Kuva 4. Looginen elementti JA EI

Siksi symboli & (looginen JA) on läsnä sen graafisessa symbolissa, ja poistolinja alkaa ympyrällä, joka osoittaa vaihtosuuntaajan läsnäolon koostumuksessa.

Loogisen elementin kosketusanalogi on esitetty kuvassa 4b, ja jos tarkastellaan tarkkaan, se on hyvin samanlainen kuin kuviossa 3b esitetyn vaihtosuuntaajan analogia: lamppu kytketään myös päälle releen K1 normaalisti suljettujen koskettimien kautta. Oikeastaan ​​tämä on invertteri. Releitä ohjataan painikkeilla SB1 ja SB2, jotka vastaavat AND-portin sisääntuloja X1 ja X2. Kaavio osoittaa, että rele kytketään päälle vain, kun molempia painikkeita painetaan: tässä tapauksessa painikkeet suorittavat & toiminnon (looginen JA). Tässä tapauksessa ulostulossa oleva lamppu sammuu, mikä vastaa loogisen nollan tilaa.

Jos molempia painikkeita tai vähintään yhtä niistä ei paineta, rele poistetaan käytöstä ja piirin lähdön valo palaa, mikä vastaa loogisen yksikön tasoa.

Edellä esitetystä voimme tehdä seuraavat johtopäätökset:

Ensinnäkin, jos ainakin yhdellä tulolla on looginen nolla, niin lähtö on looginen yksikkö. Sama tila ulostulossa on siinä tapauksessa, että nollat ​​ovat läsnä molemmissa tuloissa kerralla. Tämä on AND-NOT-elementtien erittäin arvokas ominaisuus: jos kytket molemmat tulot, AND-NOT-elementistä tulee invertteri - se yksinkertaisesti suorittaa NOT-toiminnon. Tämän ominaisuuden ansiosta et saa laittaa erityistä sirua, joka sisältää kuusi taajuusmuuttajaa kerralla, kun tarvitaan vain yksi tai kaksi.

Toiseksi nolla ulostulossa voidaan saada vain, jos "kerätään" kaikille yksikön sisääntuloille. Tässä tapauksessa olisi aiheellista nimetä tarkasteltava looginen elementti 2I-EI. Kaksi sanoo, että tämä elementti on kaksisyöttöinen. Lähes kaikissa mikropiiritarjoissa on myös 3, 4 ja kahdeksan sisääntulon elementtiä. Lisäksi jokaisella heistä on vain yksi ulospääsy. Elementtiä 2I-NOT pidetään kuitenkin peruselementtinä monissa digitaalisten mikropiirijen sarjoissa.

Tulojen yhdistämiseen liittyvillä eri vaihtoehdoilla saat toisen upean ominaisuuden. Esimerkiksi yhdistämällä kahdeksan tuloelementin 8I-EI kolme sisääntuloa yhteen saadaan elementti 6I-EI. Ja jos kytket kaikki 8 tuloa yhteen, saat vain invertterin, kuten yllä mainittiin.

Tämä lopettaa perehtymisen loogisiin elementteihin. Artikkelin seuraavassa osassa tarkastellaan yksinkertaisimpia kokeita mikropiireillä, mikropiirien sisäistä rakennetta, yksinkertaisia ​​laitteita, kuten pulssigeneraattoreita.

Boris Aladyshkin

Artikkelin jatko: Loogiset sirut. Osa 3