Логички чипови. Део 2 - Капије

Логички елементи делују као независни елементи у облику микрострујних кругова малог степена интеграције, и укључени су као компоненте у микроцирке вишег степена интеграције. Таквих се елемената може пребројати више десетина.

Али прво, разговараћемо само о четири од њих - то су елементи АНД, ИЛИ, НОТ, АНД-НОТ. Главни елементи су прва три, а елемент АНД-НОТ је већ комбинација АНД и НОТ елемената. Ови елементи се могу назвати "циглама" дигиталне технологије. Прво треба да размислите која је логика њиховог деловања?

Подсјетимо на први дио чланка о дигиталним колама. Речено је да је напон на улазу (излазу) микро круга унутар 0 ... 0,4 В логички нулти ниво или низак ниво напона. Ако је напон унутар 2,4 ... 5,0 В, тада је то ниво логичке јединице или напон високог нивоа.

Радни статус микро кругова серије К155 и других микрострујних кола са напоном напајања од 5 В карактерише управо такав ниво. Ако је напон на излазу микро круга у опсегу 0,4 ... 2,4 В (на пример, 1,5 или 2,0 В), тада већ можете да размишљате о замјени овог микро круга.

Практични савет: да бисте били сигурни да је овај микро круг неисправан у излазу, искључите улаз микро круга који следи (или неколико улаза спојених на излаз овог микро круга) из њега. Ови улази могу једноставно „седети“ (преоптеретити) излазни чип.

Графичке конвенције

Графички симболи су правоугаоник који садржи улазне и излазне линије. Линије уноса елемената налазе се на левој страни, а излазне линије са десне стране. Исто се односи и на читаве листове са круговима: на левој страни се уносе сви сигнали, на десној су излази. То је попут црте у књизи - с лева на десно, биће лакше упамтити. Унутар правоугаоника је условни симбол који означава функцију коју елемент обавља.

Логички елемент И

Разматрање логичких елемената започињемо елементом И.

Слика 1. Логични елемент АНД

Његова графичка ознака приказана је на слици 1а. Симбол функције Анд је енглески симбол „&“, који на енглеском замјењује унију „и“, јер је на крају крајева, сва та „псеудознаност“ изумљена у проклетој буржоазији.

Улази елемента су означени као Кс са индексима 1 и 2, а излаз као функција излаза словом И. Једноставно је, као на пример у школској математици, на пример, И = К * Кс или, у општем случају, И = ф (к). Елемент може имати више од два улаза, што је ограничено само сложеношћу проблема који се решава, али може бити само један излаз.

Логика елемента је следећа: напон високог нивоа на излазу И ће бити само када ће на улазу Кс1 и на улазу Кс2 бити напона високог нивоа. Ако елемент има 4 или 8 улаза, назначено стање (висока разина) мора бити задовољено на свим улазима: И-на улазу 1, И-на улазу 2, И-на улазу 3 ... .. И-на улазу Н. Само у овом случају ће и излаз бити висок ниво.

Да би се лакше разумела логика рада елемента Анд, његов аналог у облику контактног круга представљен је на слици 1б. Овде је излаз елемента И представљен лампом ХЛ1. Ако је лампица упаљена, то одговара високом нивоу на излазу елемента И. Често се такви елементи називају 2-И, 3-И, 4-И, 8-И. Прва цифра означава број улаза.

Као улазни сигнали Кс1 и Кс2 користе се обични тастери „звона“ без фиксирања. Отворено стање тастера је стање ниског нивоа, а затворено је природно високо. Као извор напајања, дијаграм приказује галванску батерију. Док су тастери у отвореном стању, лампица, наравно, не светли. Лампа ће се упалити само када се оба тастера притисну одједном, тј. И-СБ1, И-СБ2.Таква је логична веза између улазног и излазног сигнала елемента И.

Визуелни приказ рада елемента АНД може се добити гледањем временског дијаграма приказаног на слици 1ц. Испрва се сигнал високог нивоа појављује на улазу Кс1, али на излазу И ништа се није догодило, још увек постоји сигнал ниског нивоа. На улазу Кс2, сигнал се појављује с одређеним кашњењем у односу на први улаз, а сигнал високог нивоа појављује се на излазу И.

Када је сигнал на улазу Кс1 низак, излаз се такође поставља на низак. Или, да кажем другачије, сигнал високог нивоа се држи на излазу све док су сигнали високог нивоа присутни на оба улаза. Исто се може рећи и за више мулти-улазних елемената И: ако је 8-И, онда да би се постигао висок ниво на излазу, високи ниво мора да се одржава на свих осам улаза одједном.

Најчешће се у референтној литератури стање излаза логичких елемената зависно од улазних сигнала даје у облику табела истине. За разматрани елемент 2-И табела истине приказана је на слици 1д.

Табела је нешто слично табели за множење, само мања. Ако га пажљиво проучите, приметићете да ће висок ниво на излазу бити само када је напон високог нивоа или, што је иста ствар, логична јединица присутна на оба улаза. Успут, поређење таблице истине са таблицом множења далеко је од случајног: све табеле истине електронике знају, како кажу, напамет.

Такође, функција И са којом се може описати алгебра логике или боолова алгебра. За елемент са два улаза формула ће изгледати овако: И = Кс1 * Кс2 или неки други облик писања И = Кс1 ^ Кс2.

Логички елемент ИЛИ

Даље ћемо погледати капију ИЛИ.

Слика 2. Логичка врата ИЛИ

Његова графичка ознака је слична управо испитиваном елементу АНД, осим што је уместо симбола & за функцију АНД број 1 уписан унутар правоугаоника, као што је приказано на слици 2а. У овом случају означава функцију ИЛИ. Са леве стране су улази Кс1 и Кс2, којих, као у случају функције Анд, може бити више, а са десне стране излаз, означен словом И.

У облику боолове алгебре формуле, ОР функција се пише као И = Кс1 + Кс2.

Према овој формули, И ће бити тачно када ИЛИ на улазу Кс1, ИЛИ на улазу Кс2, ИЛИ на оба улаза одмах ће бити високи ниво.

Дијаграм контакта приказан на слици 2б помоћи ће да схватите оно што је управо речено: притиском на било који од тастера (високи ниво) или оба тастера одједном узроковаће да лампица светли (висок ниво). У овом случају, тастери су улазни сигнали Кс1 и Кс2, а светло је излазни сигнал И. Да бисте олакшали памћење, слике 2ц и 2д приказују временски дијаграм и табелу истине, односно: довољно је анализирати рад приказаног контактног круга са дијаграмом и табелом, као и сва питања ће нестати.

Логички елемент НЕ, претварач

Као што је рекао један наставник, у дигиталној технологији нема ништа сложеније од претварача. Можда је то уствари.

У алгебри логике операција се НЕ зове инверзија, што на енглеском значи негација, односно ниво сигнала на излазу одговара управо супротно улазном сигналу, који изгледа као И = / Кс у облику формуле

(Коса црта пре Кс означава стварну инверзију. Обично се испод црте користи подвлака, иако је таква нотација сасвим прихватљива.)

Графички симбол елемента НИЈЕ квадрат или правоугаоник унутар којег је уписан број 1.

Слика 3. Инвертер

У овом случају, то значи да је овај елемент претварач. Има само један улаз Кс и излаз И. Излазна линија почиње малим кругом, што заправо указује да је овај елемент претварач.

Као што је речено, претварач је најсложеније дигитално коло.А то потврђује и његова шема контакта: ако су пре тога били довољни само тастери, сада им је додан релеј. Док типка СБ1 није притиснута (логичка нула на улазу), релеј К1 се искључује и његови нормално затворени контакти укључују лампицу ХЛ1, што одговара логичкој јединици на излазу.

Ако притиснете тастер (примените логичку јединицу на улаз), релеј ће се укључити, контакти К1.1 ће се отворити, лампица ће се угасити, што одговара логичкој нули на излазу. Наведено потврђује временски дијаграм на слици 3ц и табелу истине на слици 3д.

Логички елемент И НЕ

Капија АНД НИЈЕ комбинација капије АНД и капије НОТ.

Слика 4. Логични елемент И НЕ

Стога је симбол & (логички И) присутан на његовом графичком симболу, а линија излаза започиње кругом који означава присуство претварача у композицији.

Контактни аналог логичког елемента приказан је на слици 4б, а ако погледате пажљиво, врло је сличан аналогу претварача приказаном на слици 3б: сијалица се такође укључује преко нормално затворених контаката релеја К1. Заправо ово је претварач. Релејем се управља помоћу тастера СБ1 и СБ2, који одговарају улазима Кс1 и Кс2 капије АНД. На дијаграму је приказано да ће се релеј укључити само када су оба тастера притиснута: у овом случају, тастери обављају & функцију (логички И). У овом случају се лампица на излазу гаси, што одговара стању логичке нуле.

Ако оба тастера нису притиснута или је бар једно од њих, релеј је онемогућен, а светло на излазу круга је укључено, што одговара нивоу логичке јединице.

Из претходног можемо извући следеће закључке:

Прво, ако бар један улаз има логичку нулу, тада ће излаз бити логичка јединица. Исто стање на излазу ће бити у случају када су нуле присутне на оба улаза одједном. Ово је веома драгоцено својство елемената АНД-НОТ: ако повежете оба улаза, онда АНД-НОТ елемент постаје претварач - он једноставно обавља функцију НОТ. Ово својство вам омогућава да не стављате посебан чип који садржи шест претварача одједном, када су потребна само један или два.

Друго, нула на излазу може се добити само ако се „прикупи“ на свим улазима јединства. У овом случају, прикладно је именовати сматрани логички елемент 2И-НОТ. Њих двоје кажу да је овај елемент двојак. У скоро свим серијама микро кругова постоје и 3, 4 и осам улаза. Штавише, сваки од њих има само један излаз. Међутим, 2И-НОТ елемент сматра се основним елементом у многим серијама дигиталних микровела.

Уз различите опције за повезивање улаза, можете добити још једну дивну особину. На пример, спајањем три улаза осмо-улазног елемента 8И-НОТ заједно, добијамо елемент 6И-НОТ. А ако свих 8 улаза повежете заједно, добит ћете само претварач, као што је горе споменуто.

Овим се употпуњује упознавање са логичким елементима. У следећем делу чланка размотрићемо најједноставније експерименте са микровезама, унутрашњу структуру микро кругова, једноставне уређаје, попут генератора импулса.

Борис Аладисхкин

Наставак чланка: Логички чипови. Део 3