Logikkbrikker. Del 2 - Porter

Logiske elementer fungerer som uavhengige elementer i form av mikrokretser med liten grad av integrasjon, og de er inkludert i form av komponenter i mikrokretser med høyere integrasjonsgrad. Slike elementer kan telles mer enn et dusin.

Men først skal vi bare snakke om fire av dem - dette er elementene AND, OR, NOT, AND-NOT. Hovedelementene er de tre første, og AND-NOT elementet er allerede en kombinasjon av AND AND NOT elementene. Disse elementene kan kalles "murstein" av digital teknologi. Først må du vurdere hva som er logikken i handlingen deres?

Husk den første delen av artikkelen om digitale kretsløp. Det ble sagt at spenningen ved inngangen (utgangen) til mikrokretsen innen 0 ... 0,4 V er nivået på logisk null, eller lavspenning. Hvis spenningen er innenfor 2,4 ... 5,0 V, er dette nivået til en logisk enhet eller høyspenningsspenning.

Driftsstatus for mikrosirkler i K155-serien og andre mikrokretser med 5V forsyningsspenning er preget av nettopp slike nivåer. Hvis spenningen på utgangen til mikrokretsen er i området 0,4 ... 2,4V (for eksempel 1,5 eller 2,0 V), kan du allerede tenke på å bytte ut denne mikrokretsen.

Praktiske råd: for å forsikre deg om at denne mikrokretsen er feil i utgangen, kobler du inngangen til mikrokretsen som følger den (eller flere innganger som er koblet til utgangen til denne mikrokretsen) fra den. Disse inngangene kan ganske enkelt “sitte” (overbelaste) utgangsbrikken.

Grafiske konvensjoner

Grafiske symboler er et rektangel som inneholder inngangs- og utgangslinjer. Inngangslinjer for elementer er plassert til venstre og utgangslinjer til høyre. Det samme gjelder hele ark med kretsløp: på venstre side sendes alle signaler, til høyre er utganger. Det er som en linje i en bok - fra venstre til høyre vil det være lettere å huske. Inne i rektangelet er et betinget symbol som angir funksjonen som utføres av elementet.

Logisk element OG

Vi begynner behandlingen av logiske elementer med element I.

Figur 1. Det logiske elementet AND

Grafisk betegnelse er vist på figur 1a. Symbolet for And-funksjonen er det engelske symbolet "&", som på engelsk erstatter unionen "og", for tross alt ble all denne "pseudovitenskapen" oppfunnet i det forbannede borgerskapet.

Inngangene til elementet er betegnet som X med indeksene 1 og 2, og utgangen, som en utgangsfunksjon, med bokstaven Y. Det er enkelt, som i skolematematikk, for eksempel Y = K * X eller, generelt sett, Y = f (x). Et element kan ha mer enn to innganger, som bare er begrenset av kompleksiteten i problemet som løses, men det kan bare være en utgang.

Elementets logikk er som følger: en høyt nivå spenning ved utgang Y vil bare være når Og ved inngangen X1 Og ved inngangen X2 vil det være en høy nivå spenning. Hvis elementet har 4 eller 8 innganger, må den angitte tilstanden (høyt nivå) tilfredsstilles ved alle innganger: I-ved inngang 1, I-ved inngang 2, I-ved inngang 3 ... .. Og-ved inngang N. Bare i dette tilfellet vil utgangen også være et høyt nivå.

For å gjøre det enklere å forstå logikken i betjeningen av And-elementet, er dets analog i form av en kontaktkrets presentert i figur 1b. Her er utgangen fra elementet Y representert med lampen HL1. Hvis lampen er tent, tilsvarer dette et høyt nivå ved utgangen til element I. Ofte kalles slike elementer 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Det første sifferet angir antall innganger.

Som inngangssignaler X1 og X2 brukes vanlige "bjelle" -knapper uten å fikse. Knappenes åpne tilstand er tilstand på lavt nivå, og den lukkede tilstanden er naturlig høy. Som strømkilde viser diagrammet et galvanisk batteri. Mens knappene er i åpen tilstand, lyser selvfølgelig ikke lampen. Lampen tennes bare når begge knappene trykkes på en gang, dvs. I-SB1, I-SB2.Slik er den logiske forbindelsen mellom inngangs- og utgangssignalet til elementet I.

En visuell fremstilling av betjeningen av AND-elementet kan oppnås ved å se på tidsskjemaet vist i figur 1c. Til å begynne med vises et høyt nivå signal ved inngang X1, men ingenting skjedde ved utgang Y, det er fortsatt et lavt nivå signal. Ved inngang X2 vises signalet med en viss forsinkelse i forhold til den første inngangen, og et høyt nivå signal vises ved utgang Y.

Når signalet ved inngang X1 er lavt, settes også utgangen til lavt. Eller, for å si det på en annen måte, holdes et høyt nivå signal ved utgangen så lenge høynivå signaler er til stede ved begge inngangene. Det samme kan sies om de flere multi-input elementene til I: hvis det er 8-I, så for å få et høyt nivå ved utgangen, må det høye nivået holdes på alle åtte innganger samtidig.

Oftest i referanselitteraturen er tilstanden til utgangen til logiske elementer avhengig av inngangssignalene gitt i form av sannhetstabeller. For det betraktede elementet 2-I er sannhetstabellen vist i figur 1d.

Tabellen ligner noe på multiplikasjonstabellen, bare mindre. Hvis du studerer det nøye, vil du legge merke til at et høyt nivå ved utgangen bare vil være når en høy nivå spenning eller, hva er det samme, en logisk enhet er til stede ved begge inngangene. For øvrig er sammenligningen av sannhetstabellen med multiplikasjonstabellen langt fra tilfeldig: alle sannhetsbordene for elektronikk vet, som de sier, utenat.

Også funksjonen Og kan beskrives med algebra av logikk eller boolsk algebra. For et element med to inndata vil formelen se slik ut: Y = X1 * X2 eller en annen form for skriving Y = X1 ^ X2.

Logisk element ELLER

Neste gang skal vi se på OR-porten.

Figur 2. Logikkport ELLER

Dens grafiske betegnelse ligner på AND-elementet nettopp undersøkt, bortsett fra at i stedet for & -symbolet for AND-funksjonen, er tallet 1 innskrevet i rektangelet, som vist i figur 2a. I dette tilfellet betegner den funksjonen ELLER. På venstre side er inngangene X1 og X2, som, som for And-funksjonen, kan være mer, og til høyre utgangen, indikert med bokstaven Y.

I form av en boolsk algebraformel skrives OR-funksjonen som Y = X1 + X2.

I henhold til denne formelen vil Y være sant når OR ved inngang X1, ELLER ved inngang X2, ELLER ved begge innganger det umiddelbart vil være et høyt nivå.

Kontaktskjemaet vist i figur 2b vil bidra til å forstå hva som nettopp er blitt sagt: å trykke på en av knappene (høyt nivå) eller begge knappene på en gang vil føre til at lampen lyser (høyt nivå). I dette tilfellet er knappene inngangssignalene X1 og X2, og lyset er utgangssignalet Y. For å gjøre det lettere å huske, viser figurene 2c og 2d henholdsvis tidsdiagrammet og sannhetstabellen: det er nok å analysere driften av den viste kontaktkretsen med diagrammet og tabellen, som alle spørsmål vil forsvinne.

Logisk element IKKE, inverter

Som en lærer sa, innen digital teknologi er det ikke noe mer komplisert enn en omformer. Kanskje er dette faktisk.

I algebraen til logikk kalles operasjonen IKKE inversjon, noe som betyr negasjon på engelsk, det vil si signalnivået ved utgangen tilsvarer akkurat det motsatte av inngangssignalet, som ser ut som Y = / X i form av en formel

(Skråstikket før X betegner den faktiske inversjonen. Vanligvis brukes en understreking i stedet for en skråstrek, selv om en slik notasjon er ganske akseptabel.)

Det grafiske symbolet på elementet er IKKE et kvadrat eller rektangel som tallet 1 er innskrevet i.

Figur 3. Omformer

I dette tilfellet betyr det at dette elementet er en omformer. Den har bare en inngang X og utgang Y. Utgangslinjen begynner med en liten sirkel, som faktisk indikerer at dette elementet er en omformer.

Som nettopp sagt, en inverter er det mest komplekse digitale kretsløpet.Og dette bekreftes av kontaktskjemaet hans: hvis før det bare var knapper som var nok, har nå et stafett blitt lagt til dem. Mens SB1-knappen ikke er trykket på (logisk null ved inngangen), blir reléet K1 slått av og de normalt lukkede kontaktene slår på HL1-pæren, som tilsvarer en logisk enhet ved utgangen.

Hvis du trykker på knappen (bruker en logisk enhet på inngangen), vil reléet slå seg på, K1.1-kontaktene vil åpne, lyset slukkes, noe som tilsvarer en logisk null ved utgangen. Ovennevnte bekreftes av tidsskjemaet i figur 3c og sannhetstabellen i figur 3d.

Logisk element OG IKKE

OG-porten er IKKE en kombinasjon av OG-porten og IKKE-porten.

Figur 4. Det logiske elementet OG IKKE

Derfor er symbolet & (logisk AND) til stede på det grafiske symbolet, og utkjøringslinjen begynner med en sirkel som indikerer tilstedeværelsen av en omformer i komposisjonen.

Kontaktanalogen til det logiske elementet er vist i figur 4b, og hvis du ser nøye på, er den veldig lik analogen til omformeren vist i figur 3b: pæren er også slått på gjennom de normalt lukkede kontaktene til reléet K1. Egentlig er dette omformeren. Reléet styres av knappene SB1 og SB2, som tilsvarer inngangene X1 og X2 i AND-porten. Diagrammet viser at reléet bare vil bli slått på når begge knappene trykkes: i dette tilfellet utfører knappene funksjonen & (logisk AND). I dette tilfellet slukker lampen ved utgangen, noe som tilsvarer tilstanden til logisk null.

Hvis begge knappene ikke er trykket, eller i det minste en av dem, er reléet deaktivert, og lyset på utgangen fra kretsen er på, noe som tilsvarer nivået til en logisk enhet.

Fra det foregående kan vi trekke følgende konklusjoner:

For det første, hvis minst en inngang har en logisk null, vil utgangen være en logisk enhet. Den samme tilstanden ved utgangen vil være i tilfelle når nuller er til stede ved begge inngangene samtidig. Dette er en veldig verdifull egenskap for AND-NOT-elementer: hvis du kobler begge inngangene, blir AND-NOT-elementet en omformer - det utfører ganske enkelt funksjonen til NOT. Denne egenskapen lar deg ikke legge en spesiell brikke som inneholder seks omformere samtidig, når bare en eller to er påkrevd.

For det andre kan null ved utgangen bare oppnås hvis "samles" på alle enhetens innganger. I dette tilfellet vil det være hensiktsmessig å navngi det betraktede logiske elementet 2I-NOT. De to sier at dette elementet er to-input. I nesten alle seriene med mikrokretser er det også 3, 4 og åtte inngangselementer. Dessuten har hver av dem bare en utvei. Imidlertid anses 2I-NOT-elementet som et grunnleggende element i mange serier med digitale mikrokretser.

Med forskjellige alternativer for å koble inngangene, kan du få en annen fantastisk eiendom. For eksempel ved å koble de tre inngangene til åtte-inngangselementet 8I-NOT sammen, får vi elementet 6I-NOT. Og hvis du kobler alle 8 inngangene sammen, får du bare en omformer, som nevnt over.

Dette fullfører bekjentskapet med de logiske elementene. I neste del av artikkelen vil vi vurdere de enkleste eksperimentene med mikrokretser, den interne strukturen til mikrokretser, enkle enheter, for eksempel pulsgeneratorer.

Boris Aladyshkin

Fortsettelse av artikkelen: Logikkbrikker. Del 3

Comments

[#1 Maxim]

Tidligere, da et system med logiske kretsløp ble designet, var den eneste måten å være helt sikker på i arbeidet med komponentene som er spesifisert i prosjektet, å lage en prototype i laboratoriet. I dag er slike design utdaterte; Vi kan “bygge” et system i en simulator ved hjelp av spesialiserte programmer som kan kjøres på en stasjonær datamaskin.