kategória: Praktická elektronika, Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 77535
Komentáre k článku: 1
Logické čipy. Časť 2 - Brány
Logické prvky fungujú ako nezávislé prvky vo forme mikroobvodov malého stupňa integrácie a sú zahrnuté ako komponenty do mikroobvodov s vyšším stupňom integrácie. Tieto prvky sa dajú spočítať viac ako tucet.
Najprv však budeme hovoriť len o štyroch z nich - sú to prvky A, ALEBO, NIE, A NIE. Hlavnými prvkami sú prvé tri a prvok AND-NOT je už kombináciou prvkov AND AND NOT. Tieto prvky možno nazvať „tehly“ digitálnej technológie. Najprv musíte zvážiť, aká je logika ich činnosti?
Spomeňte si na prvú časť článku o digitálnych obvodoch. Hovorilo sa, že napätie na vstupe (výstupe) mikroobvodu v rozsahu 0 ... 0,4 V je logická nulová úroveň alebo nízka úroveň napätia. Ak je napätie v rozmedzí 2,4 ... 5,0 V, potom je to úroveň logickej jednotky alebo vysoké napätie.
Prevádzkový stav mikroobvodov série K155 a ďalších mikroobvodov s napájacím napätím 5 V sa vyznačuje presne takýmito úrovňami. Ak je napätie na výstupe z mikroobvodov v rozsahu 0,4 ... 2,4 V (napríklad 1,5 alebo 2,0 V), potom už môžete uvažovať o jeho výmene.
Praktické rady: aby ste sa uistili, že výstup tohto mikroobvodu je chybný, odpojte od neho vstup mikroobvodu (alebo niekoľko vstupov pripojených k výstupu tohto mikroobvodu). Tieto vstupy môžu jednoducho „usadiť“ (preťažiť) výstupný čip.
Grafické konvencie
Grafické symboly sú obdĺžnik obsahujúci vstupné a výstupné riadky. Vstupné riadky prvkov sú umiestnené vľavo a výstupné riadky vpravo. To isté platí pre celé listy s obvodmi: na ľavej strane sú vstupné všetky signály, na pravej strane sú výstupy. Je to ako čiara v knihe - ľahšie si zapamätáte zľava doprava. Vo vnútri obdĺžnika je podmienený symbol označujúci funkciu vykonávanú prvkom.
Logický prvok A
Začneme uvažovať o logických prvkoch prvkom I.
Obrázok 1. Logický prvok AND
Jeho grafické označenie je znázornené na obrázku 1a. Symbol funkcie And je anglický symbol „&“, ktorý v angličtine nahrádza spojenie „a“, pretože koniec koncov, všetko toto „pseudoveda“ bolo vynájdené v prekliatej buržoázii.
Vstupy prvku sú označené ako X s indexmi 1 a 2 a výstup, ako výstupná funkcia, písmenom Y. Je to jednoduché, ako napríklad v školskej matematike, napríklad Y = K * X alebo, vo všeobecnosti, Y = f (x). Prvok môže mať viac ako dva vstupy, ktoré sú obmedzené iba zložitosťou riešeného problému, ale môže existovať iba jeden výstup.
Logika prvku je nasledovná: vysoké napätie na výstupe Y bude iba vtedy, keď na vstupe X1 a na vstupe X2 bude vysoké napätie. Ak má prvok 4 alebo 8 vstupov, potom musí byť splnená uvedená podmienka (vysoká úroveň) na všetkých vstupoch: I-na vstupe 1, I-na vstupe 2, I-na vstupe 3 ... .. A-na vstupe N. Iba v tomto prípade bude výstup tiež na vysokej úrovni.
Aby sa uľahčilo pochopenie logiky činnosti prvku And, jeho analóg vo forme kontaktného obvodu je uvedený na obrázku 1b. Výstup prvku Y je tu predstavovaný žiarovkou HL1. Ak svieti žiarovka, potom to zodpovedá vysokej úrovni na výstupe prvku I. Takéto prvky sa často nazývajú 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Prvá číslica označuje počet vstupov.
Ako vstupné signály X1 a X2 sa používajú bežné tlačidlá „zvonček“ bez toho, aby boli opravené. Otvorený stav tlačidiel je stav nízkej úrovne a zatvorený stav je prirodzene vysoký. Schéma zobrazuje ako zdroj energie galvanickú batériu. Pokiaľ sú tlačidlá v otvorenom stave, žiarovka samozrejme nesvieti. Lampa sa rozsvieti, len keď sú obidve tlačidlá stlačené naraz, t.j. I-SB1, I-SB2.Ide o logické spojenie medzi vstupným a výstupným signálom prvku I.
Vizuálne znázornenie činnosti prvku And sa dá získať na základe časového diagramu znázorneného na obrázku 1c. Najprv sa na vstupe X1 objaví signál vysokej úrovne, ale na výstupe Y sa nestalo nič, stále existuje signál nízkej úrovne. Na vstupe X2 sa signál objaví s určitým oneskorením vzhľadom na prvý vstup a na výstupe Y sa objaví signál vysokej úrovne.
Keď je signál na vstupe X1 nízky, výstup je tiež nastavený na nízky. Inými slovami, na výstupe sa udržiava signál vysokej úrovne, pokiaľ sú na obidvoch vstupoch signály vysokej úrovne. To isté sa dá povedať o viacerých vstupných prvkoch I: ak je to 8-I, potom, aby sa dosiahla vysoká úroveň na výstupe, musí sa vysoká úroveň udržiavať na všetkých ôsmich vstupoch súčasne.
Najčastejšie sa v referenčnej literatúre uvádza stav výstupu logických prvkov v závislosti od vstupných signálov vo forme tabuliek pravdy. Pre uvažovaný prvok 2-I je tabuľka pravdy uvedená na obrázku 1d.
Tabuľka je trochu podobná multiplikačnej tabuľke, iba menšia. Ak si to dôkladne preštudujete, všimnete si, že vysoká úroveň na výstupe bude iba vtedy, keď bude na oboch vstupoch prítomné vysoké napätie alebo, čo je to isté, logická jednotka. Mimochodom, porovnanie tabuľky pravdy s tabuľkou násobenia nie je ani zďaleka náhodné: všetky tabuľky pravdy elektroniky vedia, ako sa hovorí, srdcom.
Funkciu A možno opísať aj pomocou algebra logickej alebo booleovskej algebry, V prípade prvku s dvoma vstupmi bude vzorec vyzerať takto: Y = X1 * X2 alebo iná forma písania Y = X1 ^ X2.
Logický prvok ALEBO
Ďalej sa pozrieme na bránu OR.
Obrázok 2. Logická brána ALEBO
Jeho grafické označenie je podobné práve skúmanému prvku AND, s výnimkou toho, že namiesto symbolu & pre funkciu AND je číslo 1 vložené do obdĺžnika, ako je znázornené na obrázku 2a. V tomto prípade označuje funkciu ALEBO. Vľavo sú vstupy X1 a X2, ktoré, ako v prípade funkcie And, môžu byť viac a vpravo výstup označený písmenom Y.
Vo forme booleovskej algebry sa funkcia OR zapisuje ako Y = X1 + X2.
Podľa tohto vzorca bude Y pravdivé, keď bude OR na vstupe X1, OR na vstupe X2 alebo OR na obidvoch vstupoch okamžite vysoká úroveň.
Kontaktná schéma znázornená na obrázku 2b pomôže pochopiť, čo sa práve povedalo: stlačením jedného z tlačidiel (vysoká úroveň) alebo obidvoch tlačidiel naraz sa žiarovka rozsvieti (vysoká úroveň). V tomto prípade sú tlačidlá vstupnými signálmi X1 a X2 a svetlo je výstupným signálom Y. Na uľahčenie zapamätania sú na obrázkoch 2c a 2d znázornené časové diagramy a tabuľka pravdy: stačí analyzovať fungovanie zobrazeného kontaktného obvodu so schémou a tabuľkou ako všetky otázky. zmizne.
Logický prvok NIE, menič
Ako povedal jeden učiteľ, v digitálnej technológii nie je nič zložitejšie ako invertor. Možno je to v skutočnosti.
V algebre logiky nie je operácia nazývaná inverzia, čo znamená negáciu v angličtine, to znamená, že úroveň signálu na výstupe presne zodpovedá opaku vstupného signálu, ktorý vyzerá ako Y = / X vo forme vzorca
(Lomka pred X označuje skutočnú inverziu. Zvyčajne sa namiesto lomítka použije podčiarknutie, hoci tento zápis je celkom prijateľný.).
Grafický symbol prvku NIE JE štvorcom alebo obdĺžnikom, v ktorom je číslo 1.
Obrázok 3. Invertor
V tomto prípade to znamená, že tento prvok je menič. Má iba jeden vstup X a výstup Y. Výstupné vedenie začína malým kruhom, čo v skutočnosti znamená, že tento prvok je menič.
Ako už bolo povedané, menič je najzložitejší digitálny obvod.A to potvrdzuje jeho schéma kontaktov: ak predtým stačili iba tlačidlá, teraz sa k nim pridalo relé. Pokiaľ nie je stlačené tlačidlo SB1 (logická nula na vstupe), relé K1 je bez napätia a jeho normálne uzavreté kontakty zapnú žiarovku HL1, čo na výstupe zodpovedá logickej jednotke.
Ak stlačíte tlačidlo (na vstup privediete logickú jednotku), relé sa zapne, kontakty K1.1 sa otvoria, kontrolka zhasne, čo na výstupe zodpovedá logickej nule. Vyššie uvedené je potvrdené časovým diagramom na obrázku 3c a tabuľkou pravdy na obrázku 3d.
Logický prvok A NIE
Brána AND NIE JE kombináciou brány AND a NOT.
Obrázok 4. Logický prvok A NIE
Preto je na jeho grafickom symbole symbol & (logický AND) a výstupná čiara začína kruhom označujúcim prítomnosť meniča v kompozícii.
Kontaktný analóg logického prvku je zobrazený na obrázku 4b, a ak sa pozriete pozorne, je veľmi podobný analógu meniča zobrazeného na obrázku 3b: žiarovka sa zapína aj prostredníctvom normálne uzavretých kontaktov relé K1. Toto je vlastne menič. Relé je ovládané tlačidlami SB1 a SB2, ktoré zodpovedajú vstupom X1 a X2 brány AND. Schéma ukazuje, že relé sa zapne iba po stlačení obidvoch tlačidiel: v takom prípade vykonajú tlačidlá funkciu & (logické AND). V tomto prípade kontrolka na výstupe zhasne, čo zodpovedá stavu logickej nuly.
Ak nie sú stlačené obe tlačidlá alebo aspoň jedno z nich, relé je deaktivované a svetlo na výstupe obvodu svieti, čo zodpovedá úrovni logickej jednotky.
Z vyššie uvedeného môžeme vyvodiť tieto závery:
Po prvé, ak má aspoň jeden vstup logickú nulu, potom bude výstupom logická jednotka. Rovnaký stav na výstupe bude v prípade, že nuly sú prítomné na oboch vstupoch naraz. Toto je veľmi hodnotná vlastnosť prvkov AND-NOT: ak spojíte oba vstupy, potom sa prvok AND-NOT stane invertorom - jednoducho vykoná funkciu NOT. Táto vlastnosť umožňuje nevkladať špeciálny čip obsahujúci šesť meničov naraz, ak je potrebný iba jeden alebo dva.
Po druhé, nulu na výstupe je možné získať iba vtedy, ak sa „zhromažďuje“ na všetkých vstupoch jednoty. V tomto prípade by bolo vhodné pomenovať uvažovaný logický prvok 2I-NOT. Obaja hovoria, že tento prvok je dvojstupňový. Takmer vo všetkých sériách mikroobvodov sú tiež 3, 4 a 8 vstupných prvkov. Navyše, každá z nich má iba jednu cestu von. Prvok 2I-NOT sa však v mnohých sériách digitálnych mikroobvodov považuje za základný prvok.
S rôznymi možnosťami pripojenia vstupov môžete získať ďalšie nádherné vlastníctvo. Napríklad spojením troch vstupov 8-vstupného prvku 8I-NOT spolu získame prvok 6I-NOT. A ak spojíte všetkých 8 vstupov dokopy, získate iba menič, ako je uvedené vyššie.
Týmto sa dokončí oboznámenie sa s logickými prvkami. V ďalšej časti článku sa zameriame na najjednoduchšie experimenty s mikroobvodmi, vnútornou štruktúrou mikroobvodov, jednoduchými zariadeniami, ako sú generátory impulzov.
Boris Aladyshkin
Pokračovanie článku: Logické čipy. Časť 3
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: