Базовые логические элементы
Логические элементы и таблицы истинности
Создание принципиальных схем. Обозначение элементов на принципиальных схемах
Различают комбинационные схемы и цифровые автоматы. В комбинационных схемах состояние на выходе в данный момент времени однозначно определяется состояниями на входах в тот же момент времени. Комбинационными схемами, например, являются логические элементы И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. В цифровом автомате состояние на выходе определяется не только состояниями на входах в данный момент времени, но и предыдущим состоянием системы. К цифровым автоматам относятся триггеры. Логическими элементами называются элементы, выполняющие логические операции И, ИЛИ, НЕ и комбинации этих операций. Имея в распоряжении логические элементы И, ИЛИ, НЕ, можно сконструировать цифровое электронное устройство любой сложности. Электронная часть любого компьютера состоит из логических элементов. Система простых логических функций, на основе которой можно получить любую логическую функцию, называется функционально полной. Логические элементы могут работать в режимах положительной и отрицательной логики. Для электронных логических элементов в режиме положительной логики логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий уровень напряжения. В режиме отрицательной логики логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю - высокий. Для контактно-релейных схем в режиме положительной логики логической единице соответствует замкнутый контакт ключа или реле, а логическому нулю - разомкнутый. Светящийся индикатор лампочка, светодиод соответствует логической единице, а несветящийся - логическому нулю. Логические элементы, реализующие для режима положительной логики операцию И, для режима отрицательной логики выполняют операцию ИЛИ, и наоборот. Так, например, микросхема, реализующая для положительной логики функции элемента 2И-НЕ, будет выполнять для отрицательной логики функции элемента 2ИЛИ-НЕ. Как правило, паспортное обозначение логического элемента соответствует функции, реализуемой "положительной логикой". В названии элемента первая цифра указывает число входов. Прежде всего, рассмотрим реализацию логических элементов с помощью контактно-релейных схем. Он выполняет операцию логического умножения. Контактно-релейная схема логического элемента 2И режим положительной логики позволяет легко составить таблицу истинности этого элемента. Необходимо проанализировать состояние лампочки при различных положениях тумблеров Sa 1, Sa 2, то есть рассмотреть 4 различных комбинации состояний тумблеров рис. Введение понятия активного логического уровня существенно облегчает анализ функционирования сложных цифровых устройств. Активным логическим уровнем на входе элемента логический нуль, логическая единица называется такой уровень, который однозначно задает состояние на выходе элемента независимо от логических уровней на остальных входах элемента. Активный логический уровень на одном из входов элемента определяет уровень на его выходе. Уровни, обратные активным, называются пассивными логическими уровнями. Активным логическим уровнем для элементов И является логический нуль. Пусть, например, имеем логический элемент 8И. Воспользуемся понятием активного логического уровня. Если хотя бы на одном из входов этого элемента будет активный логический уровень, то состояние на выходе элемента определено однозначно и нет необходимости анализировать состояния на остальных входах элемента. Таким образом, таблицу истинности логического элемента 8И можно свести к двум строчкам: Контактно-релейная схема элемента приведена на рисунке 1. Знание контактно-релейной схемы элемента позволяет составить таблицу истинности рис. Лампочка будет гореть, если замкнуты контакты хотя бы одного тумблера, то есть активным логическим уровнем для элементов ИЛИ является уровень логической единицы. Логический элемент НЕ выполняет операцию отрицания, и для этого элемента проще составить сразу таблицу истинности, а не вычерчивать сначала контактно-релейную схему, а затем по ней составлять таблицу истинности. Для логических элементов И и ИЛИ проще сначала вычертить контактно-релейную схему, а уже потом составлять таблицу истинности. Напомним алгоритм работы электромагнитного реле с нормально замкнутыми контактами: Контактно релейная схема элемента НЕ приведена на рисунке 1. Проанализируем работу контактно-релейной схемы логического элемента НЕ рис. Если контакты ключа Sa 1 разомкнуты, то через обмотку К электромагнитного реле ток протекать не будет. Электрическая лампочка HL 1 в этом случае будет гореть, что для режима положительной логики будет означать логическую единицу. При замкнутых контактах ключа Sa 1 на входе элемента логическая единица через обмотку реле протекает ток, достаточный для размыкания контактов К1. В результате анализа мы получили, что сигнал на выходе элемента противоположен сигналу на входе, то есть если на входе элемента сигнал логической единицы, то на выходе элемента сигнал логического нуля и наоборот рис. При анализе работы логических элементов следует помнить о режиме их работы режим положительной или отрицательной логики. Логиче ские элементы , реализующие для режима положительной логики операцию И, для. Какую логическую операцию выполняет контактно-релейная схема, приведенная на рисунке 1. Правильным ответом в этой задаче будет следующий. Указанная контактно-релейная схема выполняет операцию 3И для режима положительной логики и 3ИЛИ для режима отрицательной логики решение обосновать самостоятельно. В практической работе широко используются комбинации логических элементов и особенно элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Рассмотрим подробнее контактно-релейную схему элемента 2ИЛИ-НЕ, приведенную на рисунке 1. Условное обозначение элемента на принципиальных схемах показано на рисунке 1. Заполним таблицу истинности, приведенную на рисунке 1. Если замкнут хотя бы один ключ, то лампочка не горит. Следовательно, активным логическим уровнем на входе элемента ИЛИ-НЕ является уровень логической единицы. Для двух аргументов логического элемента возможны 16 логических функций. В данном пособии рассматриваются логические функции: При анализе контактно-релейной схемы элемента исключающее ИЛИ необходимо учитывать, что положения переключателей SA 1 и SA 2 в таблице 1. Лампочка HL 1 горит лишь в том случае, когда подвижный контакт одного из переключателей находится в верхнем положении, а подвижный контакт второго переключателя в нижнем положении. Из анализа работы данной контактно-релейной схемы получаем таблицу истинности элемента исключающее ИЛИ. Рассмотрим решение следующей задачи: Сначала сконструируем устройство, выполняющее операцию 3И-НЕ для режима положительной логики рис. По мере развития вычислительной техники электронные логические элементы совершенствовались. Рассмотрим принципиальную схему логического элемента 2И рис. Внутреннее сопротивление вольтметра значительно больше сопротивления резистора R 1. Вспомним особенности вольтамперной характеристики полупроводникового кремниевого диода небольшой мощности. При обратном напряжении ток, протекающий через диод, составляет десятые доли микроампера. Напряжение на диоде при протекании через него в прямом направлении тока в десятки мил лиампер, равно приблизительно 0,,8 В. Определим примерно параметры логических уровней на выходах данного элемента, если на входе действуют логические уровни с указанными ранее параметрами. Светодиоды VD 3 - VD 5 являются индикаторами логических сигналов на входах и выходе логического элемента. Для диодно-резистивного логического элемента 2И напряжение логического нуля на выходе примерно 0,,8 В, а напряжение логической единицы чуть меньше напряжения на зажимах источника питания определяется соотношением сопротивлений резистора R 1 и нагрузки. Для этого элемента напряжение логического нуля на выходе равно 0 В, а напряжение логической единицы равно напряжению питания минус 0,,8 В. Рассмотрим принципиальную схему логического элемента 2И-НЕ диодно-транзисторной логики рис. Эта характеристика имеет примерно такой же вид, как и прямая ветвь вольтамперной характеристики полупроводникового диода. Для кремниевых транзисторов при напряжении база-эмиттер в прямом направлении менее 0,5 В ток в цепи коллектор-эмиттер практически равен нулю при любых допустимых напряжениях коллектор-эмиттер транзистор закрыт, сопротивление между коллектором и эмиттером закрытого транзистора V Т1 может достигать единиц МОм. Диоды VD 1, VD 2 и резистор R 1 рис. Роль инвертора выполняет транзистор VT 1. Если транзистор закрыт, то ток в цепи: Диоды V Д3, V Д4 необходимы для надежного закрытия транзистора V Т1, когда хотя бы на одном из входов элемента было напряжение логического нуля. Если на обоих входах Х1, Х2 присутствуют сигналы логических единиц, транзистор VT 1 открывается током базы, протекающим по цепи: На выходе элемента будет напряжение 0,,2 В, что соответствует логическому нулю. Инвертор на транзисторе VT 1 не обеспечивает большую нагрузочную способность, поэтому в качестве инверторов применяют более сложные схемы. Сложный инвертор в микросхемах транзисторно-транзисторной логики будет рассмотрен чуть позже. Сейчас остановимся на принципе работы инверторов, схемы которых приведены на рисунке 1. Рассмотрим делитель напряжения делитель напряжения источника питания образованного резистором R 3 и цепью коллектор-эмиттер транзистора V Т1 рис. Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора составляет десятые доли вольта не более 0,4 В. При логическом нуле на входе элемента транзистор закрыт и напряжение на выходе элемента равно напряжению питания, что соответствует логической единице. Напомним устройство и принцип действия полевых транзисторов. Существуют следующие виды полевых транзисторов: Полевые транзисторы называются также униполярными, одноканальными. Полевой транзистор в отличие от биполярного имеет большое входное сопротивление по цепи управления. Таким образом, мощность управления в полевом транзисторе значительно меньше, чем в биполярном. Полевой транзистор имеет 3 вывода: Исток — это вывод полевого транзистора, от которого основные носители заряда идут в канал. Сток — это вывод полевого транзистора, к которому идут основные носители заряда из канала. Затвор - это вывод полевого транзистора, на который подается управляющее напряжение относительно истока или относительно стока. В вычислительной технике в качестве электронных ключей широко используются полевые транзисторы с изолированным затвором с индуцированным каналом. В полупроводнике p -типа сделаны два кармана с проводимостью n -типа. Металлический затвор изолирован от кристалла полупроводника. Подадим на затвор относительно истока положительный потенциал. В полупроводниках p -типа имеются неосновные носители заряда электроны. Для упрощения рассмотрения соединим область p -типа с выводом истока. В этом случае в цепи сток-исток протекает ток, так как между выводами стока и истока появился канал n -типа. Этот канал называется индуцированным наведенным. Для понимания принципа работы логических элементов на полевых транзисторах необходимо знать, что собой представляет стоко-затворная характеристика полевого транзистора. Эта характеристика полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом n -типа приведена на рисунке 1. Особенности стоко-затворных характеристик полевых транзисторов с изолированным затвором с индуцированным каналом позволяют использовать эти транзисторы в качестве электронных ключей. Сравним основные характеристики электронного ключа на полевом транзисторе с характеристиками механического ключа. Сопротивление разомкнутого механического ключа можно считать бесконечно большим пока не наступит электрический пробой , сопротивление ключа на полевом транзисторе порядка 10 МОм. Если на входе инвертора, схема которого приведена на рисунке 1. Сопротивление резистора R 1 выбирают значительно больше сопротивления между стоком и истоком открытого полевого транзистора и, следовательно, напряжение на выходе элемента будет близко к нулю вольт. При логическом нуле на входе логического элемента НЕ полевой транзистор будет закрыт, и на выходе элемента будет напряжение, примерно равное напряжению источника питания. Это обусловлено тем, что сопротивление резистора R 1 выбирают во много раз меньше сопротивления между стоком и истоком закрытого транзистора. Рассмотрим принцип работы инвертора логического элемента НЕ КМОП комплиментарный, металл, окисел, полупроводник структуры рис. Комплиментарный означает дополняющий друг друга по типу проводимости. Микросхемы КМОП имеют транзисторы как с каналом p -типа, так и с каналом n -типа. Учтем, что сопротивление между выводами сток-исток открытого транзистора - Ом, а сопротивление между выводами сток-исток закрытого транзистора более 10 МОм. Выберем напряжение питания 9 В. На выходе элемента логическая единица. Подадим на вход Х напряжение, соответствующее логической единице. В этом случае транзистор V Т2 будет открыт, а транзистор V Т1 — закрыт и на выходе элемента будет напряжение логического нуля. Рассмотрим основные параметры, которыми характеризуются цифровые микросхемы. Помехоустойчивость U п, макс — наибольшее значение напряжения помехи на входе микросхемы, при котором еще не происходит изменения уровней ее выходного напряжения. Напряжение логической единицы U 1 — значение высокого уровня напряжения для "положительной" логики и значение низкого уровня напряжения для "отрицательной" логики. Напряжение логического нуля U 0 — значение низкого уровня напряжения для "положительной" логики и значение высокого уровня напряжения для "отрицательной" логики. Пороговое напряжение логической единицы U 1 пор — наименьшее значение высокого уровня напряжения для "положительной" логики или наибольшее значение низкого уровня напряжения для "отрицательной" логики на входе микросхемы, при котором она переходит из одного устойчивого состояния в другое. Пороговое напряжение логического нуля U 0 пор — наибольшее значение низкого уровня напряжения для "положительной" логики или наименьшее значение высокого уровня напряжения для "отрицательной" логики на входе микросхемы, при котором она переходит из одного устойчивого состояния в другое. Входной ток логической единицы I 1 вх — измеряется при заданном значении напряжения логической единицы. Входной ток логического нуля I 0 вх — измеряется при заданном значении напряжения логического нуля. Выходной ток логической единицы I 1 вых — измеряется при заданном значении напряжения логической единицы. Выходной ток логического нуля I 0 вых — измеряется при заданном значении напряжения логического нуля. Ток потребления в состоянии логической единицы I 1 пот — значение тока, потребляемого микросхемой от источников питания при логических единицах на выходах всех элементов. Ток потребления в состоянии логического нуля I 0 пот — значение тока, потребляемого микросхемой от источников питания при логических нулях на выходах всех элементов. Средний ток потребления I пот. Потребляемая мощность в состоянии логической единицы Р 1 пот — значение мощности, потребляемой микросхемой от источника питания при логических единицах на выходах всех элементов. Потребляемая мощность в состоянии логического нуля Р 0 пот — значение мощности, потребляемой микросхемой от источника питания при логических нулях на выходах всех элементов. Средняя потребляемая мощность Р пот. Время перехода интегральной микросхемы из состояния логической единицы в состояние логического нуля t 1,0 — интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от напряжения логической единицы к напряжению логического нуля, измеренный на уровнях напряжения 0,1 и 0,9 от амплитуды импульса. Время перехода интегральной микросхемы из состояния логического нуля в состояние логической единицы t 0,1 — интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от напряжения логического нуля к напряжению логической единицы, измеренный на уровнях напряжения 0,1 и 0,9 от амплитуды импульса. Время задержки распространения сигнала при включении t 1,0 зд, р — интервал времени между входным и выходным импульсами при переходе напряжения на выходе микросхемы от напряжения логической единицы к напряжению логического нуля, измеренный на уровне 0,5 амплитуды. Время задержки распространения сигнала при выключении t 0,1 зд, р — интервал времени между входным и выходным импульсами при переходе напряжения на выходе микросхемы от логического нуля к логической единицы, измеренный на уровне 0,5 амплитуды. Среднее время задержки распространения сигнала t зд, р. Коэффициент объединения по входу К об — число входов микросхемы, по которым реализуется логическая функция. Коэффициент разветвления по выходу К раз — число единичных нагрузок, которые можно одновременно подключить к выходу микросхемы единичной нагрузкой является один вход основного логического элемента данной серии интегральных микросхем. Коэффициент объединения по выходу К об. Сопротивление нагрузки R н — значение активного сопротивления нагрузки, подключаемой к выходу интегральной микросхемы, при котором обеспечивается заданное значение выходного напряжения выходного тока или заданное усиление. Емкость нагрузки С н — максимальное значение емкости, подключенной к выходу интегральной микросхемы, при котором обеспечиваются заданные частотные и иные параметры. Синхронизация работы отдельных узлов ЭВМ и других устройств цифровой техники осуществляется периодическими последовательностями прямоугольных импульсов напряжения. Импульсом напряжения называют отклонение напряжения от первоначального значения в течение короткого промежутка времени. Последовательность импульсов, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодической последовательностью импульсов. Участок импульса, на котором происходит изменение напряжения от начального уровня до конечного, называют фронтом импульса, а участок, на котором напряжение возвращается к исходному уровню, называется срезом импульса. Когда говорят о длительности импульса, то необходимо указывать, на каком уровне от амплитуды импульса проводились измерения: Частота следования импульсов — это число импульсов в одну секунду. Период следования импульсов — это минимальное время, через которое повторяются мгновенные значения напряжения. Интервал времени между окончанием одного импульса и началом следующего называется паузой. Величину, равную отношению периода следования импульсов к длительности импульса, называют скважностью импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов при скважности 2 называется меандром. Прямоугольный импульс напряжения иногда рассматривают как совокупность двух перепадов напряжения. Перепады напряжения — это быстрые изменения напряжения между двумя уровнями. Перепад называют положительным, если напряжение изменяется от низкого уровня к высокому, и отрицательным, если напряжение изменяется от высокого уровня к низкому.
Как готовить суп борщ рецепт
Блохи на даче как избавиться
Беспроводной маршрутизатор upvel ur 325bn черный
Правила и обязанности человека
Взять кредит в сбербанке в ставрополе
Описание телефона honor