Logički čipovi. 2. dio - Kapije

Logički elementi djeluju kao neovisni elementi u obliku mikro krugova malog stupnja integracije, a uključeni su u obliku komponenata u mikrovezama višeg stupnja integracije. Takvih se elemenata može prebrojati više desetaka.

No prvo ćemo razgovarati samo o četiri njih - to su elementi AND, ILI, NOT, AND-NOT. Glavni elementi su prva tri, a element AND-NOT je već kombinacija AND i NOT elemenata. Ti se elementi mogu nazvati "ciglama" digitalne tehnologije. Prvo trebate razmotriti koja je logika njihovog djelovanja?

Podsjetimo na prvi dio članka o digitalnim krugovima. Rečeno je da je napon na ulazu (izlazu) mikro kruga unutar 0 ... 0,4 V razina logičke nule, odnosno niskog napona. Ako je napon unutar 2,4 ... 5,0 V, tada je to razina logičke jedinice ili napona visoke razine.

Radni status mikro krugova serije K155 i drugih mikrovezijskih krugova s ​​naponom napajanja od 5 V karakteriziraju upravo takve razine. Ako je napon na izlazu mikro kruga u rasponu od 0,4 ... 2,4 V (na primjer, 1,5 ili 2,0 V), tada već možete razmišljati o zamjeni ovog mikro kruga.

Praktični savjet: kako biste bili sigurni da je ovaj mikro krug neispravan u izlazu, odvojite ulaz mikro kruga koji slijedi iza njega (ili nekoliko ulaza spojenih na izlaz ovog mikro kruga) iz njega. Ti ulazi mogu jednostavno "sjesti" (preopteretiti) izlazni čip.

Grafičke konvencije

Grafički simboli su pravokutnik koji sadrži ulazne i izlazne linije. Linije za unos elemenata nalaze se s lijeve strane, a izlazne linije s desne strane. Isto se odnosi na cijele listove s krugovima: na lijevoj strani su svi signali uneseni, na desnoj su izlazi. To je poput crte u knjizi - slijeva udesno, lakše će je se pamtiti. Unutar pravokutnika je uvjetni simbol koji označava funkciju koju element obavlja.

Logički element I

Logičke elemente započinjemo s elementom I.

Slika 1. Logički element AND

Njegova grafička oznaka prikazana je na slici 1a. Simbol funkcije And je engleski simbol "&", koji na engleskom zamjenjuje uniju "i", jer je naposljetku sva ta "pseudoznanost" izumljena u prokletoj buržoaziji.

Ulazi elementa označeni su s X s indeksima 1 i 2, a izlaz kao izlazna funkcija slovom Y. Jednostavan je, kao na primjer u školskoj matematici, na primjer, Y = K * X ili, općenito, Y = f (x). Element može imati više od dva ulaza, što je ograničeno samo složenošću problema koji se rješava, ali može biti samo jedan izlaz.

Logika elementa je sljedeća: napon visoke razine na izlazu Y bit će samo kada će na ulazu X1 i na ulazu X2 doći do napona visoke razine. Ako element ima 4 ili 8 ulaza, tada navedeno stanje (visoka razina) mora biti zadovoljeno na svim ulazima: I-na ulazu 1, I-na ulazu 2, I-na ulazu 3 ... .. I-na ulazu N. Samo u ovom će slučaju i izlaz biti visok.

Da bi se lakše razumjelo logiku rada elementa And, njegov analog u obliku kontaktnog kruga prikazan je na slici 1b. Ovdje je izlaz elementa Y predstavljen svjetiljkom HL1. Ako je lampica upaljena, to odgovara visokoj razini na izlazu elementa I. Često se takvi elementi nazivaju 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Prva znamenka označava broj ulaza.

Kao ulazni signali X1 i X2 koriste se uobičajeni gumbi "zvona" bez fiksiranja. Otvoreno stanje tipki je stanje na niskoj razini, a zatvoreno je prirodno visoko. Kao izvor napajanja, dijagram prikazuje galvansku bateriju. Dok su gumbi u otvorenom stanju, lampica, naravno, ne svijetli. Svjetiljka će se upaliti samo kad se oba gumba pritisnu odjednom, tj. I-SB1, I-SB2.Takva je logična veza između ulaznog i izlaznog signala elementa I.

Vizualni prikaz rada elementa AND može se dobiti gledanjem vremenskog dijagrama prikazanog na slici 1c. Isprva se signal visoke razine pojavljuje na ulazu X1, ali ništa se nije dogodilo na izlazu Y, još uvijek postoji signal niske razine. Na ulazu X2 signal se pojavljuje s određenim kašnjenjem u odnosu na prvi ulaz, a signal visoke razine pojavljuje se na izlazu Y.

Kad je signal na ulazu X1 nizak, izlaz se također postavlja na nizak. Ili, drugo rečeno, signal visoke razine drži se na izlazu sve dok su signali visoke razine prisutni na oba ulaza. Isto se može reći za više I-ulaznih elemenata I: ako je 8-I, onda da bi se postigla visoka razina na izlazu, visoka razina mora biti održana na svih osam ulaza odjednom.

Najčešće se u referentnoj literaturi stanje izlaza logičkih elemenata ovisno o ulaznim signalima daje u obliku tablica istine. Za razmatrani element 2-I, tablica istine prikazana je na slici 1d.

Tablica je pomalo slična tablici množenja, samo manja. Ako ga pažljivo proučite, primijetit ćete da će visoka razina na izlazu biti samo kad je napon visoke razine ili, što je ista stvar, logična jedinica prisutna na oba ulaza. Usput, usporedba tablice istine s tablicom množenja daleko je od slučajnog: sve tablice istine elektronike znaju, kako kažu, napamet.

Također, funkcija A s kojom se može opisati algebra logike ili boolova algebra, Za element s dva ulaza formula će izgledati ovako: Y = X1 * X2 ili neki drugi oblik pisanja Y = X1 ^ X2.

Logički element ILI

Dalje ćemo pogledati vrata ILI.

Slika 2. Logička vrata ILI

Njegova je grafička oznaka slična upravo ispitivanom elementu AND, osim što je umjesto simbola & za funkciju AND broj 1 upisan unutar pravokutnika, kao što je prikazano na slici 2a. U ovom slučaju označava funkciju ILI. S lijeve strane su ulazi X1 i X2, kojih, kao u slučaju funkcije And, može biti više, a s desne strane izlaz, označen slovom Y.

U obliku boolove algebre formule, OR funkcija se piše kao Y = X1 + X2.

Prema ovoj formuli, Y će biti istinito kad je ILI na ulazu X1, ILI na ulazu X2, ili na oba ulaza odmah će biti visoka razina.

Dijagram kontakta prikazan na slici 2b pomoći će razumjeti što je upravo rečeno: pritiskom na bilo koji od gumba (visoka razina) ili oba tipa odjednom uzrokovat će da lampica svijetli (visoka razina). U ovom slučaju, tipke su ulazni signali X1 i X2, a svjetlost je izlazni signal Y. Da biste olakšali pamćenje, slike 2c i 2d prikazuju dijagram vremena i tablicu istine, odnosno: dovoljno je analizirati rad prikazanog kontaktnog kruga sa shemom i tablicom, kao i sva pitanja nestat će.

Logički element NE, pretvarač

Kao što je rekao jedan učitelj, u digitalnoj tehnologiji nema ništa složenije od pretvarača. Možda je to zapravo.

U algebri logike operacija se NE zove inverzija, što na engleskom znači negacija, tj. Razina signala na izlazu odgovara upravo suprotno ulaznom signalu, koja u obliku formule izgleda kao Y = / X

(Kosa kosa crta prije X označava stvarnu inverziju. Obično se umjesto podvlake koristi podvlaka, iako je takva notacija sasvim prihvatljiva.)

Grafički simbol elementa NIJE kvadrat ili pravokutnik unutar kojeg je upisan broj 1.

Slika 3. Inverter

U ovom slučaju, to znači da je ovaj element pretvarač. Ima samo jedan ulaz X i izlaz Y. Izlazna linija započinje malim krugom, što zapravo ukazuje da je ovaj element pretvarač.

Kao što je rečeno, pretvarač je najsloženije digitalno kolo.A to potvrđuje i njegova shema kontakata: ako su prije toga bili dovoljni samo gumbi, sada im je dodan relej. Dok tipka SB1 nije pritisnuta (logička nula na ulazu), relej K1 se isključuje i njegovi normalno zatvoreni kontakti uključuju žarulju HL1, što odgovara logičkoj jedinici na izlazu.

Ako pritisnete tipku (primijenite logičku jedinicu na ulaz), relej će se uključiti, kontakti K1.1 će se otvoriti, svjetlo će se ugasiti, što odgovara logičkoj nuli na izlazu. Navedeno potvrđuje vremenski dijagram na slici 3c i tablicu istine na slici 3d.

Logički element I NE

Vrata AND nisu kombinacija vrata AND i NOT vrata.

Slika 4. Logički element I NE

Stoga je simbol & (logički I) prisutan na svom grafičkom simbolu, a linija izlaza započinje krugom koji označava prisutnost pretvaračkog elementa.

Kontaktni analog logičkog elementa prikazan je na slici 4b, a ako pogledate izbliza, vrlo je sličan analogu pretvarača prikazanom na slici 3b: žarulja se također uključuje preko normalno zatvorenih kontakata releja K1. Zapravo ovo je pretvarač. Relejem se upravlja pomoću tipki SB1 i SB2, koji odgovaraju ulascima X1 i X2 vrata I. Iz dijagrama je prikazano da će se relej uključiti samo kad se pritisnu oba gumba: u ovom slučaju, gumbi obavljaju & funkciju (logički I). U ovom se slučaju lampica na izlazu gasi, što odgovara stanju logičke nule.

Ako oba gumba nisu pritisnuta ili je barem jedan od njih, tada je relej onemogućen, a svjetlo na izlazu kruga svijetli, što odgovara razini logičke jedinice.

Iz prethodnog možemo izvući sljedeće zaključke:

Prvo, ako barem jedan ulaz ima logičku nulu, tada će izlaz biti logička jedinica. Isto stanje na izlazu bit će u slučaju kada su nule prisutne na oba ulaza odjednom. Ovo je vrlo vrijedno svojstvo elemenata AND-NOT: ako povežete oba ulaza, tada AND-NOT element postaje pretvarač - on jednostavno obavlja funkciju NOT. Ovo svojstvo omogućuje vam da ne stavljate poseban čip koji sadrži šest pretvarača odjednom, kada su potrebna samo jedan ili dva.

Drugo, nula na izlazu može se dobiti samo ako se "prikupi" na svim ulazima jedinstva. U ovom slučaju, prikladno bi bilo da se navedeni logički element imenuje 2I-NOT. Njih dvoje kažu da je ovaj element dvojaki. U gotovo svim serijama mikro krugova postoje i 3, 4 i osam ulaznih elemenata. Štoviše, svaki od njih ima samo jedan izlaz. Međutim, element 2I-NOT smatra se osnovnim elementom u mnogim serijama digitalnih mikrovezijskih krugova.

Uz različite opcije za povezivanje ulaza, možete dobiti još jedno prekrasno svojstvo. Na primjer, spajajući tri ulaza elementa sa osam ulaza 8I-NOT zajedno, dobivamo element 6I-NOT. Ako spojite svih 8 ulaza zajedno, dobit ćete samo pretvarač, kao što je gore spomenuto.

Time se upotpunjuje upoznavanje s logičkim elementima. U sljedećem ćemo dijelu članka razmotriti najjednostavnije eksperimente s mikrovezama, unutarnju strukturu mikro krugova, jednostavne uređaje, poput generatora impulsa.

Boris Aladyskin

Nastavak članka: Logički čipovi. 3. dio