Loginiai lustai. 2 dalis - vartai

Loginiai elementai veikia kaip savarankiški elementai mažos integracijos mikroschemų pavidalu ir yra įtraukiami į didesnio integravimo laipsnio mikroschemų komponentus. Tokių elementų galima suskaičiuoti daugiau nei keliolika.

Bet pirmiausia kalbėsime tik apie keturis iš jų - tai yra elementai IR, ARBA, NE, IR NE. Pagrindiniai elementai yra pirmieji trys, o elementas AND-NOT jau yra AND AND NOT elementų derinys. Šie elementai gali būti vadinami skaitmeninių technologijų „plytomis“. Pirmiausia turite apsvarstyti, kokia yra jų veiksmų logika?

Prisiminkite pirmąją straipsnio apie skaitmenines grandines dalį. Buvo sakoma, kad įtampa, esanti įvadinėje (išėjimo) mikroschemoje per 0 ... 0,4 V, yra loginio nulio arba žemos įtampos lygis. Jei įtampa yra per 2,4 ... 5,0 V, tai yra loginio vieneto arba aukšto lygio įtampa.

K155 serijos mikroschemų ir kitų 5 V maitinimo įtampos mikroschemų veikimo būsenai būdingi būtent tokie lygiai. Jei įtampa, esanti mikro grandinės išvestyje, yra 0,4 ... 2,4 V (pvz., 1,5 arba 2,0 V), tada jau galite galvoti apie šios mikro grandinės pakeitimą.

Praktiniai patarimai: norėdami įsitikinti, kad šios mikro grandinės išvestis yra netinkama, atjunkite po ja esančią mikro grandinės įvestį (arba kelias įvestis, prijungtas prie šio mikro grandinės išvesties). Šios įvestys gali tiesiog „įstatyti“ (perkrauti) išvesties lustą.

Grafinės konvencijos

Grafiniai simboliai yra stačiakampis, kuriame yra įvesties ir išvesties linijos. Elementų įvesties linijos yra kairėje, o išvesties linijos - dešinėje. Tas pats pasakytina apie ištisus lakštus su grandinėmis: kairėje pusėje visi signalai įvedami, dešinėje - išėjimai. Tai panašu į liniją knygoje - iš kairės į dešinę bus lengviau atsiminti. Stačiakampio viduje yra sąlyginis simbolis, nurodantis elemento atliekamą funkciją.

Loginis elementas IR

Loginių elementų nagrinėjimą pradedame nuo I elemento.

1 pav. Loginis elementas IR

Jo grafinis žymėjimas parodytas 1a paveiksle. „And“ funkcijos simbolis yra angliškas simbolis „&“, kuris angliškai pakeičia sąjungą „ir“, nes, galų gale, visas šis „pseudomokslas“ buvo išrastas prakeiktoje buržuazijoje.

Elemento įvestys žymimos X su 1 ir 2 indeksais, o išvestis - kaip išvesties funkcija - raide Y. Tai paprasta, kaip, pavyzdžiui, mokyklos matematikoje, Y = K * X arba bendruoju atveju Y = f (x). Elementas gali turėti daugiau nei du įėjimus, kuriuos riboja tik sprendžiamos problemos sudėtingumas, tačiau gali būti tik vienas išėjimas.

Elemento logika yra tokia: aukšto lygio įtampa išėjime Y bus tik tada, kai Ir įvestyje X1, ir įvestyje X2 bus aukšto lygio įtampa. Jei elemente yra 4 arba 8 įėjimai, nurodytą sąlygą (aukšto lygio buvimą) reikia įvykdyti visuose įėjimuose: I-įėjimas 1, I-įėjimas 2, I-įėjimas 3 ... .. Ir tik Įėjimas N. tokiu atveju išvestis taip pat bus aukšto lygio.

Kad būtų lengviau suprasti elemento „And“ veikimo logiką, jo analogas kontaktinės grandinės pavidalu yra pateiktas 1b paveiksle. Čia elemento Y išvestį žymi lempa HL1. Jei lemputė dega, tai atitinka aukštą lygį I elemento išvestyje. Dažnai tokie elementai vadinami 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Pirmasis skaitmuo rodo įėjimų skaičių.

Kaip įvesties signalai X1 ir X2, įprasti „varpelio“ mygtukai naudojami be tvirtinimo. Mygtukų būsena yra žemo lygio, o uždara - natūraliai. Kaip energijos šaltinis diagramoje parodyta galvaninė baterija. Kol mygtukai yra atviroje būsenoje, lempa, žinoma, nešviečia. Lemputė įsijungs tik tada, kai abu mygtukai bus paspausti vienu metu, t. I-SB1, I-SB2.Tai yra loginis I elemento įvesties ir išvesties signalo ryšys.

Vaizdinį AND elemento veikimo vaizdą galima gauti pažiūrėjus į 1c paveiksle parodytą laiko diagramą. Iš pradžių prie įėjimo X1 atsiranda aukšto lygio signalas, bet išvestyje Y nieko neįvyko, vis tiek yra žemo lygio signalas. Prie įėjimo X2 signalas pasirodo šiek tiek vėluojant, palyginti su pirmuoju įėjimu, o aukšto lygio signalas pasirodo išvestyje Y.

Kai signalas įvestyje X1 yra žemas, išėjimas taip pat nustatomas žemas. Arba, tariant kitaip, aukšto lygio signalas išvestyje laikomas tol, kol abiejuose įėjimuose yra aukšto lygio signalai. Tą patį galima pasakyti apie daugiau I įvesties elementus: jei jis yra 8-I, tada norint pasiekti aukštą išvesties lygį, aukštas lygis turi būti laikomas visuose aštuoniuose įėjimuose vienu metu.

Dažniausiai informacinėje literatūroje loginių elementų išėjimo būsena, atsižvelgiant į įvesties signalus, pateikiama tiesos lentelių pavidalu. Svarstomo elemento 2-I tiesos lentelė parodyta 1d paveiksle.

Lentelė yra šiek tiek panaši į daugybos lentelę, tik mažesnė. Atidžiai panagrinėję, pastebėsite, kad aukštas išėjimo lygis bus tik tada, kai abiejuose įėjimuose yra aukšto lygio įtampa arba, kas tas pats, loginis vienetas. Beje, tiesos lentelės palyginimas su daugybos lentele toli gražu nėra atsitiktinis: visos elektronikos tiesos lentelės žinomos, kaip sakoma, iš širdies.

Taip pat funkcija And gali būti apibūdinta su logikos algebra arba loginė algebra. Dviejų įvestų elementų formulė atrodys taip: Y = X1 * X2 arba kita forma Y = X1 ^ X2.

Loginis elementas ARBA

Kitas mes pažvelgsime į ARBA vartus.

2 pav. Loginiai vartai ARBA

Jo grafinis žymėjimas yra panašus į ką tik apžiūrėtą elementą AND, išskyrus tai, kad vietoj simbolio & simbolio & simbolis stačiakampyje įrašytas skaičius 1, kaip parodyta 2a paveiksle. Šiuo atveju ji žymi funkciją ARBA. Kairėje yra įvestys X1 ir X2, kurios, kaip ir funkcijos And atveju, gali būti daugiau, o dešinėje - išvestis, pažymėta raide Y.

Boolean algebra formulės forma OR funkcija užrašoma kaip Y = X1 + X2.

Pagal šią formulę Y bus teisinga, kai OR prie įėjimo X1, arba prie įėjimo X2, ARBA abiejuose įėjimuose iškart bus aukštas lygis.

2b paveiksle pavaizduota kontaktinė schema padės suprasti ką tik pasakytą: paspaudus vieną iš mygtukų (aukštas lygis) arba abu mygtukus vienu metu, lemputė pradės šviesti (aukštas lygis). Šiuo atveju mygtukai yra įvesties signalai X1 ir X2, o lemputė yra išvesties signalas Y. Kad būtų lengviau atsiminti, 2c ir 2d paveiksluose pavaizduota atitinkamai laiko schema ir tiesos lentelė: pakanka išanalizuoti parodytos kontaktinės grandinės veikimą su schema ir lentele, nes visi klausimai išnyks.

Loginis elementas NE, keitiklis

Kaip sakė vienas mokytojas, skaitmeninėse technologijose nėra nieko sudėtingesnio nei keitiklis. Galbūt tai iš tikrųjų.

Logikos algebra operacija NĖRA vadinama inversija, tai angliškai reiškia neigimą, tai yra, signalo lygis išvestyje atitinka tiksliai priešingą įvesties signalui, kuris formulės pavidalu atrodo kaip Y = / X

(Perbraukimas prieš X žymi tikrąją inversiją. Paprastai vietoj brūkšnio naudojamas apatinis brūkšnys, nors šis žymėjimas yra visiškai priimtinas.).

Grafinis elemento simbolis NĖRA kvadratas arba stačiakampis, kurio viduje užrašytas skaičius 1.

3 pav. Inverteris

Šiuo atveju tai reiškia, kad šis elementas yra keitiklis. Jis turi tik vieną įvestį X ir išvestį Y. Išvesties linija prasideda mažu apskritimu, kuris iš tikrųjų rodo, kad šis elementas yra keitiklis.

Kaip ką tik minėta, keitiklis yra sudėtingiausia skaitmeninė schema.Ir tai patvirtina jo kontaktinė schema: jei anksčiau pakako tik mygtukų, dabar prie jų pridėta relė. Kol mygtukas SB1 nėra paspaudžiamas (loginis nulis ties įvestimi), relė K1 išjungiama, o jos paprastai uždaryti kontaktai įjungia lemputę HL1, kuri atitinka loginį išvesties vienetą.

Jei paspausite mygtuką (įvestyje pritaikysite loginį vienetą), relė įsijungs, K1.1 kontaktai atsidarys, lemputė užges, o tai atitinka loginį nulį išvestyje. Pirmiau pateiktą informaciją patvirtina laiko diagrama 3c paveiksle ir tiesos lentelė 3 pav.

Loginis elementas IR NE

AND vartai NĖRA AND vartų ir NOT vartų derinys.

4 pav. Loginis elementas IR NE

Todėl simbolis & (loginis IR) yra jo grafiniame simbolyje, o išėjimo linija prasideda apskritimu, nurodančiu inverterio elemento buvimą.

Loginio elemento kontaktinis analogas parodytas 4b paveiksle, o jei atidžiai pažvelgsite, jis labai panašus į 3b paveiksle pavaizduotą keitiklio analogą: lemputė įjungiama ir per relės K1 paprastai uždaromus kontaktus. Iš tikrųjų tai yra keitiklis. Relė valdoma mygtukais SB1 ir SB2, kurie atitinka „AND“ vartų įvestis X1 ir X2. Diagrama rodo, kad relė bus įjungta tik paspaudus abu mygtukus: šiuo atveju mygtukai atlieka & funkciją (logiška IR). Tokiu atveju išėjimo lemputė užgęsta, o tai atitinka loginio nulio būseną.

Jei abu mygtukai nėra paspausti arba bent vienas iš jų nėra, relė yra išjungta, o grandinės išvestyje dega lemputė, atitinkanti loginio vieneto lygį.

Iš to, kas išdėstyta, galime padaryti šias išvadas:

Pirma, jei bent vienas įėjimas turi loginį nulį, tada išėjimas bus loginis vienetas. Tokia pati išėjimo būsena bus tuo atveju, kai nuliai yra abiejuose įėjimuose iškart. Tai labai vertinga AND-NOT elementų savybė: jei prijungiate abu įėjimus, AND-NOT elementas tampa keitikliu - jis tiesiog atlieka NOT funkciją. Ši savybė leidžia nedėkite specialaus lusto, kuriame yra šeši keitikliai iš karto, kai reikia tik vieno ar dviejų.

Antra, nulį išėjimo vietoje galima gauti tik tuo atveju, jei „renkama“ ant visų vienybės įėjimų. Tokiu atveju tikslinga pavadinti nagrinėjamą loginį elementą 2I-NOT. Jie sako, kad šis elementas yra dviejų įvestų elementų. Beveik visose mikroschemų serijose taip pat yra 3, 4 ir aštuonių įvesties elementai. Be to, kiekviena iš jų turi tik vieną išeitį. Tačiau elementas 2I-NOT laikomas pagrindiniu elementu daugelyje skaitmeninių mikroschemų serijų.

Naudodami įvairias įvesties prijungimo galimybes, galite gauti dar vieną nuostabų turtą. Pvz., Sujungdami aštuonių įvesties elemento 8I-NOT tris įvestis, gauname elementą 6I-NOT. Ir jei jūs sujungsite visus 8 įėjimus kartu, gausite tik keitiklį, kaip minėta aukščiau.

Tai užbaigia pažintį su loginiais elementais. Kitoje straipsnio dalyje aptarsime paprasčiausius eksperimentus su mikroschemomis, vidine mikroschemų struktūra, paprastais prietaisais, tokiais kaip impulsų generatoriai.

Borisas Aladyshkinas

Straipsnio tęsinys: Loginiai lustai. 3 dalis