Loģikas mikroshēmas. 2.daļa - Vārti

Loģiskie elementi darbojas kā neatkarīgi elementi nelielas integrācijas pakāpes mikroshēmu formā, un tos iekļauj kā komponentus augstākas integrācijas pakāpes mikroshēmās. Šādus elementus var saskaitīt vairāk nekā duci.

Bet vispirms mēs runāsim tikai par četriem no tiem - tie ir elementi UN, VAI, NAV, UN-NAV. Galvenie elementi ir pirmie trīs, un elements AND-NOT jau ir AND UN NOT elementu kombinācija. Šos elementus var saukt par digitālo tehnoloģiju "ķieģeļiem". Vispirms jums jāapsver, kāda ir viņu darbības loģika?

Atgādiniet raksta pirmo daļu par digitālajām shēmām. Tika teikts, ka spriegums pie mikroshēmas ieejas (izejas) 0 ... 0,4 V robežās ir loģisks nulles līmenis jeb zemsprieguma līmenis. Ja spriegums ir 2,4 ... 5,0 V robežās, tad tas ir loģiskas vienības līmenis vai augsta līmeņa spriegums.

K155 sērijas mikroshēmu un citu mikroshēmu ar 5 V barošanas spriegumu darbības stāvokli raksturo tieši šādi līmeņi. Ja spriegums pie mikroshēmas izejas ir diapazonā no 0,4 ... 2,4 V (piemēram, 1,5 vai 2,0 V), tad jūs jau varat padomāt par šīs mikroshēmas nomaiņu.

Praktiski padomi: lai pārliecinātos, ka šī mikroshēma ir nepareizi izvadīta, jums ir jāatvieno no tā sekojošās mikroshēmas ieeja (vai vairākas ieejas, kas savienotas ar šīs mikroshēmas izvadi). Šīs ieejas var vienkārši “novietot” (pārslogot) izvades mikroshēmu.

Grafiskās konvencijas

Grafiskie simboli ir taisnstūris, kurā ir ievades un izvades līnijas. Elementu ievades līnijas atrodas kreisajā pusē, un izejas līnijas - labajā pusē. Tas pats attiecas uz veselām loksnēm ar shēmām: kreisajā pusē visi signāli tiek ievadīti, labajā pusē - izejas. Tas ir kā līnija grāmatā - no kreisās un labās puses to būs vieglāk atcerēties. Taisnstūra iekšpusē ir nosacīts simbols, kas apzīmē elementa veikto funkciju.

Loģiskais elements UN

Loģisko elementu izskatīšanu sākam ar I elementu.

1. attēls. Loģiskais elements UN

Tā grafiskais apzīmējums parādīts 1.a attēlā. Funkcijas Un simbols ir angļu simbols "&", kas angliski aizstāj savienību "un", jo galu galā visa šī "pseidozinātne" tika izgudrota sasodītajā buržuāzijā.

Elementa ieejas tiek apzīmētas kā X ar indeksiem 1 un 2, un izvade kā izvades funkcija tiek apzīmēta ar burtu Y. Tas ir vienkārši, tāpat kā skolas matemātikā, piemēram, Y = K * X vai vispārīgā gadījumā Y = f (x). Elementam var būt vairāk nekā divas ieejas, ko ierobežo tikai risināmās problēmas sarežģītība, bet var būt tikai viena izeja.

Elementa loģika ir šāda: augsta līmeņa spriegums pie izejas Y būs tikai tad, kad Un pie ieejas X1 Un pie ieejas X2 būs augsta līmeņa spriegums. Ja elementam ir 4 vai 8 ieejas, tad norādītajam nosacījumam (augstam līmenim) jābūt izpildītam visās ieejās: I-ieejā 1, I-ieejā 2, I-ieejā 3 ... .. Un tikai ieejā N. Tikai šajā gadījumā izlaide būs arī augsta līmeņa.

Lai būtu vieglāk izprast elementa And darbības loģiku, tā analogs kontakta shēmas formā ir parādīts 1.b attēlā. Šeit elementa Y izvadi attēlo lampa HL1. Ja lampiņa deg, tad tas atbilst augstam līmenim pie elementa I izejas. Bieži vien šādus elementus sauc par 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Pirmais cipars norāda ieeju skaitu.

Kā ieejas signālus X1 un X2 tiek izmantotas parastās “zvana” pogas bez fiksācijas. Pogu atvērtais stāvoklis ir zema līmeņa, bet slēgtais - dabiski augsts. Kā enerģijas avots diagrammā parādīts galvaniskais akumulators. Kamēr pogas ir atvērtā stāvoklī, lampa, protams, nespīd. Lampa ieslēgsies tikai tad, kad abas pogas tiks nospiestas vienlaikus, t.i. I-SB1, I-SB2.Tāds ir loģiskais savienojums starp I elementa ieejas un izejas signālu.

AND elementa darbības vizuālu atveidojumu var iegūt, apskatot laika diagrammu, kas parādīta 1.c attēlā. Sākumā pie ieejas X1 parādās augsta līmeņa signāls, bet pie izejas Y nekas nenotika, joprojām ir zema līmeņa signāls. Pie ieejas X2 signāls parādās ar nelielu kavēšanos attiecībā pret pirmo ieeju, un pie izejas Y parādās augsta līmeņa signāls.

Ja signāls pie ieejas X1 ir zems, izeja tiek iestatīta arī uz zemu. Vai, citiem vārdiem sakot, augsta līmeņa signāls tiek turēts pie izejas, ja vien abās ieejās ir augsta līmeņa signāli. To pašu var teikt par vairāk I ievades elementiem: ja tas ir 8-I, tad, lai iegūtu augstu līmeni izejā, augstajam līmenim jābūt noturētam visās astoņās ieejās vienlaikus.

Visbiežāk atsauces literatūrā loģisko elementu izejas stāvoklis atkarībā no ieejas signāliem tiek norādīts patiesības tabulu veidā. Apsvērtā elementa 2-I patiesības tabula parādīta 1.d attēlā.

Tabula ir nedaudz līdzīga reizināšanas tabulai, tikai mazāka. Rūpīgi izpētot to, jūs ievērosit, ka augsts līmenis izejā būs tikai tad, ja abos ieejās ir augsts spriegums vai, kas ir tas pats, loģiska vienība. Starp citu, patiesības tabulas salīdzinājums ar reizināšanas tabulu nebūt nav nejaušs: visas elektronikas patiesības tabulas zina, kā saka, pēc sirds.

Arī funkcija Un to var aprakstīt ar loģikas algebra vai Būla algebra. Divu ievades elementam formula izskatās šādi: Y = X1 * X2 vai cita veida Y = X1 ^ X2 rakstīšana.

Loģiskais elements VAI

Tālāk mēs apskatīsim VAI vārtus.

2. attēls. Loģiskie vārti VAI

Tā grafiskais apzīmējums ir līdzīgs nupat apskatītajam elementam UN, izņemot to, ka funkcijas UN simbola vietā taisnstūra iekšpusē ir ierakstīts skaitlis 1, kā parādīts 2.a attēlā. Šajā gadījumā tas apzīmē funkciju VAI. Kreisajā pusē ir ieejas X1 un X2, kuras, tāpat kā funkcijas And gadījumā, var būt vairāk, bet labajā pusē izvade, kas apzīmēta ar burtu Y.

Būla algebras formulas veidā OR funkcija tiek uzrakstīta kā Y = X1 + X2.

Saskaņā ar šo formulu Y būs taisnība, ja VAI pie ieejas X1, VAI pie ieejas X2, VAI abās ieejās tūlīt būs augsts līmenis.

Kontaktu shēma, kas parādīta 2.b attēlā, palīdzēs saprast nupat sacīto: nospiežot kādu no pogām (augsts līmenis) vai abas pogas vienlaikus, lukturis mirgos (augsts līmenis). Šajā gadījumā pogas ir ieejas signāli X1 un X2, un gaisma ir izejas signāls Y. Lai būtu vieglāk atcerēties, 2.c un 2.d attēlā ir parādīta attiecīgi laika diagramma un patiesības tabula: pietiek ar parādītās kontakta shēmas darbību analizēt ar diagrammu un tabulu, jo visi jautājumi pazudīs.

Loģiskais elements NAV, invertors

Kā teica viens skolotājs, digitālajās tehnoloģijās nav nekas sarežģītāks par invertoru. Varbūt tas tā ir patiesībā.

Loģikas algebrā operācija NAV saukta par inversiju, kas angliski nozīmē negāciju, tas ir, signāla līmenis pie izejas atbilst tieši pretējam ieejas signālam, kas formulas veidā izskatās kā Y = / X

(Ar slīpsvītru pirms X apzīmē faktisko inversiju. Parasti slīpsvītra vietā tiek izmantots pasvītrojums, lai gan šāds apzīmējums ir diezgan pieņemams.).

Elementa grafiskais simbols NAV kvadrāts vai taisnstūris, kura iekšpusē ir uzraksts cipars 1.

3. attēls. Invertors

Šajā gadījumā tas nozīmē, ka šis elements ir invertors. Tam ir tikai viena ieeja X un izvade Y. Izvades līnija sākas ar nelielu apli, kas faktiski norāda, ka šis elements ir invertors.

Kā tikko teicu, invertors ir vissarežģītākā digitālā shēma.Un to apstiprina viņa kontaktu shēma: ja pirms tam pietika tikai ar pogām, tagad viņiem ir pievienots relejs. Kamēr netiek nospiesta poga SB1 (loģiskā nulle ieejā), relejam K1 tiek izslēgta enerģija un tā parasti slēgtie kontakti ieslēdz HL1 gaismu, kas atbilst loģiskajai vienībai izejā.

Ja jūs nospiedīsit pogu (ievadam piemērotu loģisku vienību), relejs ieslēgsies, K1.1 kontakti tiks atvērti, gaisma nodziest, kas atbilst loģiskai nullei izejā. Iepriekš minēto apstiprina laika diagramma 3.c attēlā un patiesības tabula 3.d attēlā.

Loģiskais elements UN NAV

AND vārti NAV AND vārtu un NOT vārtu kombinācija.

4. attēls. Loģiskais elements UN NAV

Tāpēc simbols & (loģisks UN) atrodas uz tā grafiskā simbola, un izejas līnija sākas ar apli, kas norāda invertora klātbūtni kompozīcijā.

Loģiskā elementa kontakta analogs ir parādīts 4.b attēlā, un, ja jūs skatāties cieši, tas ir ļoti līdzīgs invertora analogam, kas parādīts 3.b attēlā: spuldze tiek ieslēgta arī caur releja K1 parasti slēgtiem kontaktiem. Faktiski tas ir invertors. Releju kontrolē pogas SB1 un SB2, kas atbilst AND vārtu ieejām X1 un X2. Diagramma parāda, ka relejs tiks ieslēgts tikai tad, kad tiks nospiestas abas pogas: šajā gadījumā pogas veic & funkciju (loģiski UN). Šajā gadījumā lampiņa pie izejas nodziest, kas atbilst loģiskās nulles stāvoklim.

Ja netiek nospiestas abas pogas vai vismaz viena no tām, relejs tiek atspējots, un ķēdes izejā deg indikators, kas atbilst loģiskas vienības līmenim.

No visa iepriekšminētā mēs varam izdarīt šādus secinājumus:

Pirmkārt, ja vismaz vienai ievadei ir loģiska nulle, tad izvade būs loģiska vienība. Tas pats izvades stāvoklis būs gadījumā, ja abās ieejās uzreiz ir nulle. Šī ir ļoti vērtīga AND-NOT elementu īpašība: ja jūs savienojat abas ieejas, tad elements AND-NOT kļūst par invertoru - tas vienkārši veic NOT funkciju. Šis īpašums ļauj neievietot īpašu mikroshēmu, kurā ir seši invertori uzreiz, kad nepieciešams tikai viens vai divi.

Otrkārt, nulli pie izejas var iegūt tikai tad, ja "savāc" visu vienotības ievadi. Šajā gadījumā būtu lietderīgi nosaukt uzskatīto loģisko elementu 2I-NOT. Abas saka, ka šis elements ir divu izeju. Gandrīz visās mikroshēmu sērijās ir arī 3, 4 un astoņu ieeju elementi. Turklāt katram no viņiem ir tikai viena izeja. Tomēr elements 2I-NOT tiek uzskatīts par pamatelementu daudzās digitālo mikroshēmu sērijās.

Izmantojot dažādas ieeju savienošanas iespējas, jūs varat iegūt vēl vienu brīnišķīgu īpašumu. Piemēram, savienojot astoņus ievades elementa 8I-NOT trīs ievades kopā, mēs iegūstam elementu 6I-NOT. Un, ja jūs savienojat visas 8 ieejas kopā, jūs saņemat tikai invertoru, kā minēts iepriekš.

Tas pabeidz iepazīšanos ar loģiskajiem elementiem. Nākamajā raksta daļā mēs apsvērsim vienkāršākos eksperimentus ar mikroshēmām, mikroshēmu iekšējo struktūru, vienkāršām ierīcēm, piemēram, impulsu ģeneratoriem.

Boriss Aladyshkin

Raksta turpinājums: Loģikas mikroshēmas. 3. daļa