kategorier: Praktisk elektronik, Begynderelektrikere
Antal visninger: 77535
Kommentarer til artiklen: 1
Logiske chips. Del 2 - Porte
Logiske elementer fungerer som uafhængige elementer i form af mikrokredsløb i en lille grad af integration, og de er inkluderet i form af komponenter i mikrokredsløb med en højere grad af integration. Sådanne elementer kan tælles mere end et dusin.
Men først skal vi kun tale om fire af dem - det er elementerne AND, OR, NOT, AND-NOT. Hovedelementerne er de første tre, og AND-NOT-elementet er allerede en kombination af AND AND NOT-elementerne. Disse elementer kan kaldes "mursten" af digital teknologi. Først skal du overveje, hvad er logikken i deres handling?
Husk den første del af artiklen om digitale kredsløb. Det blev sagt, at spændingen ved indgangen (udgangen) til mikrokredsløbet inden for 0 ... 0,4 V er niveauet for logisk nul eller lav spænding. Hvis spændingen er inden for 2,4 ... 5,0 V, er dette niveauet for en logisk enhed eller en højspændingsniveau.
Driftsstatus for mikrokredsløb i K155-serien og andre mikrokredsløb med 5V forsyningsspænding er præget af netop sådanne niveauer. Hvis spændingen ved udgangen fra mikrokredsløbet er i området 0,4 ... 2,4 V (for eksempel 1,5 eller 2,0 V), kan du allerede tænke på at udskifte denne mikrokredsløb.
Praktisk råd: For at sikre dig, at denne mikrokredsløb er defekt i output, skal du frakoble indgangen til mikrokredsløb, der følger den (eller flere indgange, der er tilsluttet output fra denne mikrokredsløb). Disse indgange kan simpelthen “sæde” (overbelaste) outputchippen.
Grafiske konventioner
Grafiske symboler er et rektangel, der indeholder input- og outputlinjer. Inputlinjer med elementer er placeret til venstre og udgangslinjer til højre. Det samme gælder hele ark med kredsløb: på venstre side indlæses alle signaler, til højre er output. Det er som en linje i en bog - fra venstre til højre vil det være lettere at huske. Inde i rektanglet er et betinget symbol, der angiver den funktion, der udføres af elementet.
Logisk element OG
Vi begynder behandlingen af logiske elementer med element I.
Figur 1. Det logiske element AND
Dens grafiske betegnelse er vist i figur 1a. Symbolet for And-funktionen er det engelske symbol "&", som på engelsk erstatter unionen "og", for alt sammen blev al denne "pseudovidenskab" opfundet i det forbandede borgerskab.
Elementets indgange betegnes som X med indeks 1 og 2, og output som en outputfunktion med bogstavet Y. Det er enkelt, som i skolematematik, for eksempel Y = K * X eller, i almindelighed, Y = f (x). Et element kan have mere end to input, hvilket kun er begrænset af kompleksiteten af problemet, der løses, men der kan kun være en output.
Elementets logik er som følger: en højspændingsspænding ved udgangen Y vil kun være, når Og ved indgangen X1 Og ved indgangen X2 vil der være en højniveauspænding. Hvis elementet har 4 eller 8 indgange, skal den angivne tilstand (højt niveau) være opfyldt ved alle indgange: I-ved input 1, I-ved input 2, I-ved input 3 ... .. And-at input N. Only i dette tilfælde vil output også være et højt niveau.
For at gøre det lettere at forstå logikken i betjeningen af And-elementet er dets analog i form af et kontaktkredsløb vist i figur 1b. Her er output fra elementet Y repræsenteret af lampen HL1. Hvis lampen er tændt, svarer dette til et højt niveau ved udgangen af element I. Ofte kaldes sådanne elementer 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Det første ciffer angiver antallet af indgange.
Som indgangssignaler X1 og X2 bruges almindelige "klokke" -knapper uden at fikse dem. Knappenes åbne tilstand er en lavt niveau, og den lukkede tilstand er naturligvis høj. Som strømkilde viser diagrammet et galvanisk batteri. Mens knapperne er i åben tilstand, lyser lampen naturligvis ikke. Lampen tændes kun, når begge knapper trykkes på én gang, dvs. I-SB1, I-SB2.Sådan er den logiske forbindelse mellem indgangs- og udgangssignalet fra elementet I.
En visuel repræsentation af funktionen af AND-elementet kan opnås ved at se på tidsdiagrammet vist i figur 1c. Først vises et signal på højt niveau ved input X1, men der skete intet ved output Y, der er stadig et lavt niveau signal. Ved input X2 vises signalet med en vis forsinkelse i forhold til den første input, og et signal på højt niveau vises ved output Y.
Når signalet ved indgang X1 er lavt, indstilles output også til lavt. Eller for at sige det på en anden måde, der holdes et signal på højt niveau ved udgangen, så længe der er signaler på højt niveau ved begge indgange. Det samme kan siges om de flere multi-input-elementer i I: hvis det er 8-I, skal det høje niveau holdes på alle otte indgange på én gang for at få et højt niveau ved output.
Oftest i referencelitteraturen gives status for output af logiske elementer afhængigt af indgangssignalerne i form af sandhedstabeller. For det betragtede element 2-I er sandhedstabellen vist i figur 1d.
Tabellen ligner noget multiplikationstabellen, kun mindre. Hvis du studerer det omhyggeligt, vil du bemærke, at et højt niveau ved udgangen kun vil være, når en højspændingsniveau eller, hvad der er den samme ting, en logisk enhed er til stede ved begge indgange. I øvrigt er sammenligningen af sandhedstabellen med multiplikationstabellen langt fra tilfældig: alle elektronik-sandhedstabeller ved, som de siger, udadtil.
Funktionen Og kan også beskrives med algebra af logik eller boolsk algebra. For et to-input-element ser formlen sådan ud: Y = X1 * X2 eller en anden form for skrivning Y = X1 ^ X2.
Logisk element ELLER
Dernæst vil vi se på OR-porten.
Figur 2. Logikport ELLER
Dens grafiske betegnelse ligner det AND-element, der netop er undersøgt, bortset fra at i stedet for & symbolet for AND-funktionen er tallet 1 indskrevet i rektanglet, som vist i figur 2a. I dette tilfælde betegner den funktionen ELLER. Til venstre er input X1 og X2, som, som for funktionen And, kan være mere, og til højre output, angivet med bogstavet Y.
I form af en boolsk algebraformel skrives OR-funktionen som Y = X1 + X2.
I henhold til denne formel vil Y være sand, når OR ved input X1, OR ved input X2, OR ved begge indgange straks vil være et højt niveau.
Kontaktdiagrammet vist i figur 2b vil hjælpe med at forstå, hvad der netop er blevet sagt: ved at trykke på en af knapperne (højt niveau) eller begge knapper på én gang får lampen til at gløde (højt niveau). I dette tilfælde er knapperne indgangssignalerne X1 og X2, og lyset er udgangssignalet Y. For at gøre det lettere at huske viser figurerne 2c og 2d henholdsvis tidsdiagrammet og sandhedstabellen: det er tilstrækkeligt at analysere driften af det viste kontaktkredsløb med diagrammet og tabellen, som alle spørgsmål forsvinder.
Logikelement IKKE, inverter
Som en lærer sagde, er der i digital teknologi intet mere kompliceret end en inverter. Måske er dette faktisk.
I logikens algebra kaldes operationen IKKE inversion, hvilket betyder negation på engelsk, dvs. signalniveauet ved udgangen svarer nøjagtigt til det modsatte af indgangssignalet, der ligner Y = / X i form af en formel
(Skråstykke før X angiver den faktiske inversion. Normalt bruges understregningen i stedet for skråstreg, selvom denne notation er ganske acceptabel.)
Elementets grafiske symbol er IKKE et kvadrat eller rektangel, hvori nummeret 1 er indskrevet.
Figur 3. Inverter
I dette tilfælde betyder det, at dette element er en inverter. Det har kun et input X og output Y. Udgangslinjen begynder med en lille cirkel, hvilket faktisk angiver, at dette element er en inverter.
Som netop sagt, en inverter er det mest komplekse digitale kredsløb.Og dette bekræftes af hans kontaktskema: hvis før det kun var knapper, der er nok, er der nu tilføjet et relæ til dem. Mens der ikke trykkes på SB1-knappen (logisk nul ved indgangen), tændes relæet K1, og dets normalt lukkede kontakter tænder for HL1-pæren, der svarer til en logisk enhed ved udgangen.
Hvis du trykker på knappen (anvender en logisk enhed på indgangen), vil relæet tænde, K1.1-kontakterne åbnes, lyset slukkes, hvilket svarer til en logisk nul ved udgangen. Ovenstående bekræftes af tidsdiagrammet i figur 3c og sandhedstabellen i figur 3d.
Logisk element OG IKKE
AND-porten er IKKE en kombination af AND-porten og NOT-porten.
Figur 4. Det logiske element OG IKKE
Derfor er symbolet & (logisk AND) til stede på dets grafiske symbol, og exit-linjen starter med en cirkel, der angiver tilstedeværelsen af et inverterelement.
Kontaktanalogen til det logiske element er vist i figur 4b, og hvis man ser nøje på, ligner den meget analogen til omformeren vist i figur 3b: pæren tændes også gennem normalt lukkede kontakter i relæ K1. Dette er faktisk inverteren. Relæet styres af knapperne SB1 og SB2, der svarer til indgangene X1 og X2 i AND-porten. Diagrammet viser, at relæet kun tændes, når begge knapper trykkes ned: i dette tilfælde udfører knapperne funktionen & (logisk AND). I dette tilfælde slukkes lampen ved udgangen, hvilket svarer til tilstanden for logisk nul.
Hvis der ikke trykkes på begge knapper, eller i det mindste en af dem, er relæet deaktiveret, og lyset ved udgangen fra kredsløbet er tændt, hvilket svarer til niveauet for en logisk enhed.
Fra det foregående kan vi drage følgende konklusioner:
For det første, hvis mindst et input har en logisk nul, vil output være en logisk enhed. Den samme tilstand ved udgangen vil være, når nuller er til stede ved begge indgange på én gang. Dette er en meget værdifuld egenskab ved AND-NOT-elementer: Hvis du forbinder begge indgange, bliver AND-NOT-elementet en inverter - det udfører simpelthen funktionen IKKE. Denne egenskab giver dig mulighed for ikke at placere en speciel chip, der indeholder seks invertere på én gang, når kun en eller to er påkrævet.
For det andet kan nul ved output kun opnås, hvis "samle" på alle enhederes input. I dette tilfælde ville det være passende at navngive det betragtede logiske element 2I-NOT. De to siger, at dette element er to-input. I næsten alle serier af mikrokredsløb er der også 3, 4 og otte inputelementer. Derudover har hver af dem kun en udvej. Dog betragtes 2I-NOT-elementet som et grundlæggende element i mange serier af digitale mikrokredsløb.
Med forskellige muligheder for at forbinde inputene, kan du få en anden vidunderlig ejendom. For eksempel forbinder vi de tre indgange fra det otte indgangselement 8I-NOT sammen, får vi elementet 6I-NOT. Og hvis du forbinder alle 8 indgange sammen, får du bare en inverter som nævnt ovenfor.
Dette afslutter kendskabet til de logiske elementer. I den næste del af artiklen vil vi overveje de enkleste eksperimenter med mikrokredsløb, den indre struktur af mikrokredsløb, enkle enheder, såsom pulsgeneratorer.
Boris Aladyshkin
Fortsættelse af artiklen: Logiske chips. Del 3
Se også på elektrohomepro.com
: