No Image

Цифровые схемы на логических элементах

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

В радиолюбительской практике все чаще применяют цифровые интегральные микросхемы. Радиолюбителей привлекает то, что устройства, собранные на них, как правило, не требуют налаживания или они получаются весьма простыми. Большой популярностью пользуются микросхемы серии К155, выполненные на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). В этой серии есть многовходовые элементы И-НЕ, триггеры, счетчики, дешифраторы, запоминающие устройства и другие.

При построении схемы следует помнить, что к выходу микросхемы можно подключать до десяти входов. Если требуется подключить большее число входов, то нужно использовать элементы с большей нагрузочной способностью. Свободные входы (неиспользуемые) желательно через резистор сопротивлением 1 кОм подключать к источнику питания 4-5 В (до 10 через один резистор) или к генератору логической 1.

Напряжение питания микросхем серии К155 5 ± 0,25 В.

На принципиальных схемах с логическими элементами не показывают подключение источника питания к ним. На многие микросхемы серии К155 питание подают на выводы 14 (+5 В) и 7 (общий провод).

На рис. 1 изображена принципиальная схема звукового генератора, который можно использовать в качестве электронного звонка. Устройство выполнено на двух логических элементах 2И-НЕ D 1.1 и D 1.2 по принципу мультивибратора. Частота сигнала, который он генерирует, определяется конденсаторами Cl , C 2 и резисторами Rl , R 2. Необходимый тон звучания подбирают подстроечными резисторами Rl , R 2.

Динамическая головка В1 может быть любого типа с сопротивлением звуковой катушки 4 Ом. Ее можно включить и последовательно с одним из резисторов, но в этом случае громкость звучания будет значительно меньше.

В корпусе микросхемы К155ЛАЗ расположены четыре логических элемента 2И-НЕ. На оставшихся двух элементах можно выполнить еще один генератор или собрать более сложное устройство — звонок с прерывистым звучанием (рис. 2).

Рис. 1. Принципиальная схема электронного звон­ка

Рис. 2. Принципиальная схема звонка с прерывистым звучанием

Кнопка звонка устанавливается в разрыв цепи питания микросхем (на рис. 1, 2 не показана).

Звонок с прерывистым звучанием состоит из двух мультивибраторов. На элементах D 1.1 и D 1.2 собран первый, а на D 1.3, D 1.4 — второй. Как и в предыдущем устройстве частота, вырабатываемая ими, определяется параметрами RC цепочек — R 1 C 1, R 2 C 2 и R 3 C 3, R 4 C 4.

Первый мультивибратор, генерирующий импульсы с более низкой частотой следования, управляет работой второго. Пока на нижние по схеме входы элементов D 1.3 и D 1.4 с выхода элемента D 1.2 не поступит логический 0 (напряжение меньше 0,4 В), второй мультивибратор не работает. Формируется пауза. После подачи логического 0 мультивибратор на элементах D 1.3, D 1.4 вырабатывает сигнал.

Налаживание устройства несложно: подстроечными резисторами RlR 4 добиваются необходимого звучания.

Как и в предыдущем случае, в данном звуковом ге­нераторе нужно применить динамическую головку с со­противлением звуковой катушки 4 Ом.

На рис. 3 приведена принципиальная схема двух — тональной сирены. Она содержит уже три мультивибрато­ра — на элементах D 1.1, D 1.2; D 2.1, D 2.2 и D 2.3, D 2.4. Первый мультивибратор (он работает в автоколебательном режиме и генерирует импульсы частотой около 1 Гц) управляет работой двух других. Мультивибратор на элементах D 2.1, D 2.2 включается только тогда, когда на вы­ходе D 1.1 логическая 1 (уровень, не меньший 2,4 В), а мультивибратор на D 2.3, D 2.4 — когда логическая 1 на выходе D 1.2.

Выходной сигнал с управляемых генераторов подается на суммирующий элемент D 1.3, который и формирует двух — тональный сигнал.

Желаемого звучания добиваются при налаживании, подбирая резисторы R 1R 6.

Двух — тональную сирену можно сделать и используя звонок с прерывистым звучанием (см. рис. 2), но для этого потребуется еще одна микросхема. На ней собирают мультивибратор, а один из ее элементов будет суммирующим. Схема сирены показана на рис. 4.

Рис. 3. Принципиальная схема двух — тональной сирены

Налаживание устройства сводится к подбору рези­сторов R 1R 6. Ими добиваются необходимого звучания.

На двух микросхемах К155ЛАЗ легко собрать простой пробник для проверки радиоприемников. Принципиальная схема такого пробника изображена на рис. 5. Он вырабатывает низкочастотный и высокочастотный модулированный сигналы с амплитудой около 2 В.

Низкочастотный генератор собран на микросхеме D 1. Прямоугольное напряжение с элемента DL 1 через кон­денсатор СЗ подается на делитель R 3 R 4, который ослабляет выходной сигнал в 10 раз. С элемента D 1.2 сигнал прямоугольной формы поступает на один из входов элемента D 2.2, управляя работой высокочастотного генератора ( D 2.1D 2-.4). Он вырабатывает колебания только тогда, когда на верхний по схеме вход D 2.2 подается логическая 1.

На высокочастотный выход пробника сигнал поступает с выхода элемента D 2.1 через конденсатор Сб. Делитель R 7 R 8 ослабляет выходное напряжение тоже в 10 раз.

Данный пробник совсем не обязательно питать от сетевого источника, можно использовать и батарею 3336Л. Правда, при этом с уменьшением напряжения питания будут изменяться частота и амплитуда выходных сигналов.

На рис. 6 приведена принципиальная схема еще одного пробника. Высокочастотный генератор в нем собран на элементах D 1.1 и D 1.2. Частота его определяется катушкой L 1 и конденсатором CL Если, например, необходимо, чтобы пробник работал в диапазоне коротких волн, катушку L 1 следует наматывать на каркасе диаметром 8 мм с подстроечником из феррита М600Н H проводом ПЭЛ 0,3. Она должна содержать 10 витков.

Рис. 4. Принципиальная схема двух — тональной сирены звонка с прерывистым звучанием

Рис. 5. Принципиальная схема простого пробника

Рис. 6. Принципиальная схема пробника с катушкой индуктивности

Мультивибратор на D 2.1 и D 2.2 вырабатывает низко­частотный сигнал, который модулирует высокочастотное импульсное напряжение. Функции модулятора выполняет элемент D 1.3.

В быту все более широкое распространение получают таймеры. Принципиальная схема одного из них, который нетрудно изготовить самостоятельно, приведена на рис. 7. Он выполнен всего на одной микросхеме и состоит из трех узлов: мультивибратора на элементах D 1.1, D 1.2 работающего в автоколебательном режиме, электронного ключа (резисторы R 5 — R 10, конденсаторы С4, С5, диод V 1) и ждущего мультивибратора (элементы D1.3, D1.4).

Мультивибратор на элементах D 1.1 D 1.2 генерирует импульсы прямоугольной формы с частотой следования около 1 кГц. Они дифференцируются цепочкой C1 R 5 и поступают на электронный ключ.

Рис. 7. Принципиальная схема таймера

Работа электронного ключа основана на открывании диода V 1 в момент превышения напряжения на его аноде по отношению к катоду. При замыкании контактов кнопки S 1 конденсатор С4 быстро разряжается через резистор R 7. Напряжение на верхнем по схеме выводе резистора R 6 максимально (около 250 В). При размыкании контактов S 1 конденсатор начинает заряжаться через элементы R 5 и R 6. При этом напряжение на резисторе R 6 уменьшается по экспоненциальному закону. Как только оно достигнет порогового уровня, который определяется делителем R 9 R 10, диод V 1 открывается, и короткие отрицательные импульсы с дифференцирующей цепочки C 3 R 5 через него поступают на ждущий мультивибратор, который генерирует импульсы звуковой частоты.

Читайте также:  Смесь для оштукатуривания печей

При использовании элементов, указанных на принципиальной схеме, время выдержки может достигать 20 — 30 мин.

В электронном ключе желательно применять конденсатор С4 МБГО на рабочее напряжение не менее 350 В или любой другой, но с малым током утечки. Диод V 1 должен выдерживать обратное напряжение, большее 250 В, и иметь малый обратный ток. Резистор R 9 — регулятор выдержек должен иметь экспоненциальную зависимость сопротивления от угла поворота движка. В этом случае шкала выдержек будет линейной.

Рис. 8. Принципиальная схема блока питания

В процессе налаживания электронного ключа подстроечным резистором R 10 устанавливают требуемую максимальную выдержку, а затем градуируют шкалу.

На рис. 8 приведена принципиальная схема источника питания, который подойдет для большинства устройств, приведенных в статье.

К выходу блока питания можно подключить индикатор, сигнализирующий о значении выходного напряжения: находится ли оно в интервале 4,75 — 5,25 В или нет. Схема индикатора изображена на рис. 9.

Индикатор состоит из двух каналов: на элементе D 1.1 первый, на D 1.2, D 1.3 — второй. Первый канал настроен так, что при входном напряжении больше 5,25 В на элемент D 1.1 с резистора R 1 поступает уровень логической 1. При этом на выходе D 1.1 будет логический О, и светодиод V 1 засветится. Во втором канале на выходе элемента D 1.3 будет логический 0 (включен светодиод V 3) при входном напряжении меньше 4,75 В. Если же на выходе элементов D 1.1 и D 1.3 — логическая 1 (напряжение питания лежит в заданных пределах), то на выходе D 1.4 — логический 0, и светится диод V 2.

Рис. 9. Принципиальная схема индикатора напряжений

Налаживание индикатора очевидно. Подав напряжение 5,25 В, подстроечным резистором R 1 добиваются свечения диода V 1. Уменьшив входное напряжение до 4,75 В и регулируя сопротивление подстроечного резистора R 2, обеспечивают свечение светодиода V 3.

Описанный индикатор при соответствующей настройке можно использовать и в качестве пробника для определения состояния логических элементов.

И, ИЛИ, НЕ и их комбинации

В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника, электронные элементы должны выполнять ряд определённых действий. Это так называемый логический базис. Вот три основных действия:

ИЛИ – логическое сложение (дизъюнкция) – OR;

И – логическое умножение (конъюнкция) – AND;

НЕ – логическое отрицание (инверсия) – NOT.

Примем за основу позитивную логику, где высокий уровень будет "1", а низкий уровень примем за "0". Чтобы можно было более наглядно рассмотреть выполнение логических операций, существуют таблицы истинности для каждой логической функции. Сразу нетрудно понять, что выполнение логических функций «и» и «или» подразумевают количество входных сигналов не менее двух, но их может быть и больше.

Логический элемент И.

На рисунке представлена таблица истинности элемента "И" с двумя входами. Хорошо видно, что логическая единица появляется на выходе элемента только при наличии единицы на первом входе и на втором. В трёх остальных случаях на выходе будут нули.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
1
1
1 1 1

На принципиальных схемах логический элемент "И" обозначают так.

На зарубежных схемах обозначение элемента "И" имеет другое начертание. Его кратко называют AND.

Логический элемент ИЛИ.

Элемент "ИЛИ" с двумя входами работает несколько по-другому. Достаточно логической единицы на первом входе или на втором как на выходе будет логическая единица. Две единицы так же дадут единицу на выходе.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
1 1
1 1
1 1 1

На схемах элемент "ИЛИ" изображают так.

На зарубежных схемах его изображают чуть по-другому и называют элементом OR.

Логический элемент НЕ.

Элемент, выполняющий функцию инверсии «НЕ» имеет один вход и один выход. Он меняет уровень сигнала на противоположный. Низкий потенциал на входе даёт высокий потенциал на выходе и наоборот.

Вход X Выход Y
1
1

Вот таким образом его показывают на схемах.

В зарубежной документации элемент "НЕ" изображают следующим образом. Сокращённо называют его NOT.

Все эти элементы в интегральных микросхемах могут объединяться в различных сочетаниях. Это элементы: И–НЕ, ИЛИ–НЕ, и более сложные конфигурации. Пришло время поговорить и о них.

Логический элемент 2И-НЕ.

Рассмотрим несколько реальных логических элементов на примере серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) К155 с малой степенью интеграции. На рисунке когда-то очень популярная микросхема К155ЛА3, которая содержит четыре независимых элемента 2И – НЕ. Кстати, с помощью её можно собрать простейший маячок на микросхеме.

Цифра всегда обозначает число входов логического элемента. В данном случае это двухвходовой элемент «И» выходной сигнал которого инвертируется. Инвертируется, это значит "0" превращается в "1", а "1" превращается в "0". Обратим внимание на кружочек на выходах – это символ инверсии. В той же серии существуют элементы 3И–НЕ, 4И–НЕ, что означает элементы «И» с различным числом входов (3, 4 и т.д.).

Как вы уже поняли, один элемент 2И-НЕ изображается вот так.

По сути это упрощённое изображение двух объёдинённых элементов: элемента 2И и элемента НЕ на выходе.

Зарубежное обозначение элемента И-НЕ (в данном случае 2И-НЕ). Называется NAND.

Таблица истинности для элемента 2И-НЕ.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
1
1 1
1 1
1 1

В таблице истинности элемента 2И – НЕ мы видим, что благодаря инвертору получается картина противоположная элементу «И». В отличие от трёх нулей и одной единицы мы имеем три единицы и ноль. Элемент «И – НЕ» часто называют элементом Шеффера.

Логический элемент 2ИЛИ-НЕ.

Логический элемент 2ИЛИ – НЕ представлен в серии К155 микросхемой 155ЛЕ1. Она содержит в одном корпусе четыре независимых элемента. Таблица истинности так же отличается от схемы "ИЛИ" применением инвертирования выходного сигнала.

Таблица истинности для логического элемента 2ИЛИ-НЕ.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
1
1
1
1 1

Изображение на схеме.

На зарубежный лад изображается так. Называют как NOR.

Мы имеем только один высокий потенциал на выходе, обусловленный подачей на оба входа одновременно низкого потенциала. Здесь, как и на любых других принципиальных схемах, кружочек на выходе подразумевает инвертирование сигнала. Так как схемы И – НЕ и ИЛИ – НЕ встречаются очень часто, то для каждой функции имеется своё условное обозначение. Функция И – НЕ обозначается значком "&", а функция ИЛИ – НЕ значком "1".

Для отдельного инвертора таблица истинности уже приведена выше. Можно добавить, что количество инверторов в одном корпусе может достигать шести.

Читайте также:  Улитка из природного материала своими руками

Логический элемент "исключающее ИЛИ".

К числу базовых логических элементов принято относить элемент реализующий функцию «исключающее ИЛИ». Иначе эта функция называется «неравнозначность».

Высокий потенциал на выходе возникает только в том случае, если входные сигналы не равны. То есть на одном из входов должна быть единица, а на другом ноль. Если на выходе логического элемента имеется инвертор, то функция выполняется противоположная – «равнозначность». Высокий потенциал на выходе будет появляться при одинаковых сигналах на обоих входах.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
1 1
1 1
1 1

Эти логические элементы находят своё применение в сумматорах. «Исключающее ИЛИ» изображается на схемах знаком равенства перед единицей "=1".

На зарубежный манер "исключающее ИЛИ" называют XOR и на схемах рисуют вот так.

Кроме вышеперечисленных логических элементов, которые выполняют базовые логические функции очень часто, используются элементы, объединённые в различных сочетаниях. Вот, например, К555ЛР4. Она называется очень серьёзно 2-4И-2ИЛИ-НЕ.

Её таблица истинности не приводится, так как микросхема не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы выполняют специальные функции и бывают намного сложнее, чем приведённый пример. Так же в логический базис входят и простые элементы "И" и "ИЛИ". Но они используются гораздо реже. Может возникнуть вопрос, почему эта логика называется транзисторно-транзисторной.

Если посмотреть в справочной литературе схему, допустим, элемента 2И – НЕ из микросхемы К155ЛА3, то там можно увидеть несколько транзисторов и резисторов. На самом деле ни резисторов, ни диодов в этих микросхемах нет. На кристалл кремния через трафарет напыляются только транзисторы, а функции резисторов и диодов выполняют эмиттерные переходы транзисторов. Кроме того в ТТЛ логике широко используются многоэмиттерные транзисторы. Например, на входе элемента 4И стоит четырёхэмиттерный транзистор.

В данной статье расскажем что такое логические элементы, рассмотрим самые простые логические элементы.

Любое цифровое устройство — персональный компьютер, или современная система автоматики состоит из цифровых интегральных микросхем (ИМС), которые выполняют определённые сложные функции. Но для выполнения одной сложной функции необходимо выполнить несколько простейших функций. Например, сложение двух двоичных чисел размером в один байт происходит внутри цифровой микросхемы называемой «процессор» и выполняется в несколько этапов большим количеством логических элементов находящихся внутри процессора. Двоичные числа сначала запоминаются в буферной памяти процессора, потом переписываются в специальные «главные» регистры процессора, после выполняется их сложение, запоминание результата в другом регистре, и лишь после результат сложения выводится через буферную память из процессора на другие устройства компьютера.

Процессор состоит из функциональных узлов: интерфейсов ввода-вывода, ячеек памяти – буферных регистров и «аккумуляторов», сумматоров, регистров сдвига и т.д. Эти функциональные узлы состоят из простейших логических элементов, которые, в свою очередь состоят из полупроводниковых транзисторов, диодов и резисторов. При конструировании простых триггерных и других электронных импульсных схем, сложные процессоры не применить, а использовать транзисторные каскады – «прошлый век». Тут и приходят на помощь – логические элементы.

Логические элементы, это простейшие «кубики», составные части цифровой микросхемы, выполняющие определённые логические функции. При этом, цифровая микросхема может содержать в себе от одного, до нескольких единиц, десятков, …и до нескольких сотен тысяч логических элементов в зависимости от степени интеграции. Для того, чтобы разобраться, что такое логические элементы, мы будем рассматривать самые простейшие из них. А потом, наращивая знания, разберёмся и с более сложными цифровыми элементами.

Начнём с того, что единица цифровой информации это «один бит». Он может принимать два логических состояния – логический ноль «0», когда напряжение равно нулю (низкий уровень), и состояние логической единицы «1», когда напряжение равно напряжению питания микросхемы (высокий уровень).

Поскольку простейший логический элемент это электронное устройство, то это означает, что у него есть входы (входные выводы) и выходы (выходные выводы). И входов и выходов может быть один, а может быть и больше.

Для того, чтобы понять принципы работы простейших логических элементов используется «таблица истинности». Кроме того, для понимания принципов работы логических элементов, входы, в зависимости от их количества обозначают: Х1, Х2, … ХN, а выходы: Y1, Y2, … YN.

Функции, выполняемые простейшими логическими элементами, имеют названия. Как правило, впереди функции ставится цифра, обозначающая количество входов. Простейшие логические элементы всегда имеют лишь один выход.

Рассмотрим простейшие логические элементы

«НЕ» (NOT) – функция отрицания (инверсии сигнала). Потому его чаще называют — «инвертор». Графически, инверсия обозначается пустым кружочком вокруг вывода элемента (микросхемы). Обычно кружок инверсии ставится у выхода, но в более сложных логических элементах, он может стоять и на входе. Графическое обозначение элемента «НЕ» и его таблица истинности представлены на рисунке слева.

У элемента «НЕ» всегда один вход и один выход. По таблице истинности следует, что при наличии на входе элемента логического нуля, на выходе будет логическая единица. И наоборот, при наличии на входе логической единицы, на выходе будет логический ноль. Цифра «1» внутри прямоугольника обозначает функцию «ИЛИ», её принято рисовать и внутри прямоугольника элемента «НЕ», но это ровным счётом ничего абсолютно не значит.

Обозначение D1.1 означает, что D — цифровой логический элемент, 1 (первая) — номер микросхемы в общей схеме, 1 (вторая) — номер элемента в микросхеме. Точно также расшифровываются и другие логические элементы.

Часто, чтобы отличить цифровые микросхемы от аналоговых микросхем, применяют обозначения из двух букв: DD – цифровая микросхема, DA – аналоговая микросхема. В последующем, мы не будем заострять внимание на это обозначение, а вернёмся лишь тогда, когда это будет необходимым.

Самой распространённой микросхемой «транзисторно-транзисторной логики» (ТТЛ), выполняющей функцию «НЕ», является интегральная микросхема (ИМС) К155ЛН1, внутри которой имеется шесть элементов «НЕ». Нумерация выводов этой микросхемы показана справа.

«И» (AND) – функция сложения (если на всех входах единица, то на выходе будет единица, в противном случае, если хотя бы на одном входе ноль, то и на выходе всегда будет ноль). В алгебре-логике элемент «И» называют «конъюнктор». Графическое обозначение элемента «2И» и его таблица истинности представлены слева.

Название элемента «2И» обозначает, что у него два входа, и он выполняет функцию «И». На схеме внутри прямоугольника микросхемы рисуется значок «&», что на английском языке означает «AND» (в переводе на русский — И).

По таблице истинности следует, что на выходе элемента «И» будет логическая единица только в одном случае — когда на обоих входах будет логическая единица. Если хотя бы на одном входе ноль, то и на выходе будет ноль.

Читайте также:  Котел ламборджини дизельный официальный сайт

Самой распространённой микросхемой «транзисторно-транзисторной логики» (ТТЛ), выполняющей функцию «2И», является интегральная микросхема (ИМС) К155ЛИ1, внутри которой имеется четыре элемента «2И». Нумерация выводов этой микросхемы показана справа.

Для того, чтобы вам было понятнее что такое «2И», «3И», «4И», и т.д., приведу графическое обозначение и таблицу истинности элемента «3И».

По таблице истинности следует, что на выходе элемента «3И» будет логическая единица только в том случае — когда на всех трёх входах будет логическая единица. Если хотя бы на одном входе будет логический ноль, то и на выходе элемента также будет логический ноль. Самой распространённой микросхемой ТТЛ, выполняющей функцию «3И», является микросхема К555ЛИ3, внутри которой имеется три элемента «3И».

«И-НЕ» (NAND) – функция сложения с отрицанием (если на всех входах единица, то на выходе будет ноль, в противном случае на выходе всегда будет единица). Графическое обозначение элемента «2И-НЕ» и его таблица истинности приведены слева.

По таблице истинности следует, что на выходе элемента «2И-НЕ» будет логический ноль только в том случае, если на обоих входах будет логическая единица. Если хотя бы на одном входе ноль, то на выходе будет единица.

Самой распространённой микросхемой ТТЛ, выполняющей функцию «2И-НЕ», является ИМС К155ЛА3, а микросхемами КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник) – ИМС К561ЛА7 и К176ЛА7, внутри которых имеется четыре элемента «2И-НЕ». Нумерация выводов этих микросхем показана справа.

Сравнив таблицы истинности элемента «2И-НЕ» и элемента «2И» можно догадаться об эквивалентности схем:

Добавив к элементу «2И» элемент «НЕ» мы получили элемент «2И-НЕ». Так можно собрать схему, если нам необходим элемент «2И-НЕ», а у нас в распоряжении имеются только элементы «2И» и «НЕ».

Добавив к элементу «2И-НЕ» элемент «НЕ» мы получили элемент «2И». Так можно собрать схему, если нам необходим элемент «2И», а у нас в распоряжении имеются только элементы «2И-НЕ» и «НЕ».

Аналогичным образом, путём соединения входов элемента «2И-НЕ» мы можем получить элемент «НЕ»:

Обратите внимание, что было введено новое в обозначении элементов – дефис, разделяющий правую и левую часть в названии «2И-НЕ». Этот дефис непременный атрибут при инверсии на выходе (функции «НЕ»).

«ИЛИ» (OR) – функция выбора (если хотя бы на одном из входов – единица, то на выходе – единица, в противном случае на выходе всегда будет ноль). В алгебре-логике, элемент «ИЛИ» называют «дизъюнктор». Графическое обозначение элемента «2ИЛИ» и его таблица истинности приведены слева.

Самой распространённой микросхемой ТТЛ, выполняющей функцию «2ИЛИ», является ИМС К155ЛЛ1, внутри которой имеется четыре элемента «2ИЛИ». Нумерация выводов этой микросхемы показана справа.

Предположим, что нам в схеме необходим элемент, выполняющий функцию «2ИЛИ», но у нас есть в распоряжении только элементы «НЕ» и «2И-НЕ», тогда можно собрать схему, которая будет выполнять функцию «2ИЛИ»:

«ИЛИ-НЕ» (NOR) – функция выбора (если хотя бы на одном из входов – единица, то на выходе – ноль, в противном случае на выходе всегда будет единица). Как вы поняли, элемент «ИЛИ-НЕ» выполняет функцию «ИЛИ», а потом инвертирует его функцией «НЕ».

Графическое обозначение элемента «2ИЛИ-НЕ» и его таблица истинности приведена слева.

Самой распространённой микросхемой ТТЛ, выполняющей функцию «2ИЛИ-НЕ», является ИМС К155ЛЕ1, а микросхемами КМОП – К561ЛЕ5 и К176ЛЕ5, внутри которых имеется четыре элемента «2ИЛИ-НЕ». Нумерация выводов этих микросхем показана справа.

Предположим, что нам в схеме необходим элемент, выполняющий функцию «2ИЛИ-НЕ», но у нас есть в распоряжении только элементы «НЕ» и «2И-НЕ», тогда можно собрать следующую схему, которая будет выполнять функцию «2ИЛИ-НЕ»:

По аналогии с элементом «2И-НЕ», путём соединения входов элемента «2ИЛИ-НЕ» мы можем получить элемент «НЕ»:

«Исключающее ИЛИ» (XOR) — функция неравенства двух входов (если на обоих входах элемента одинаковые сигналы, то на выходе – ноль, в противном случае на выходе всегда будет единица). Операция, которую он выполняет, часто называют «сложение по модулю 2».

Графическое обозначение элемента «Исключающее ИЛИ» и его таблица истинности приведены слева.

Самой распространённой микросхемой ТТЛ, выполняющей функцию «Исключающее ИЛИ», является ИМС К155ЛП5, а микросхемами КМОП – К561ЛП2 и К176ЛП2, внутри которых имеется четыре элемента «Исключающее ИЛИ». Нумерация выводов этих микросхем показана справа.

Предположим, что нам в схеме необходим элемент, выполняющий функцию «Исключающее ИЛИ», но у нас есть в распоряжении только элементы «2И-НЕ», тогда можно собрать следующую схему, которая будет выполнять функцию «Исключающее ИЛИ»:

В цифровой схемотехнике процессоров главная функция — «Суммирование двоичных чисел», поэтому сложный логический элемент – «Сумматор» является неотъемлемой частью арифметико-логического устройства любого, без исключения процессора. Составной частью сумматора является набор логических элементов, выполняющих функцию «Исключающее ИЛИ с переносом остатка». Что это такое? В соответствии с наукой «Информатика», результатом сложения двух двоичных чисел, две единицы одного разряда дают ноль, при этом формируется «единица переноса» в следующий старший разряд, который участвует в операции суммирования в старшем разряде. Для этого в схему добавляется ещё один вывод «переноса» — «Р».

Графическое обозначение элемента «Исключающее ИЛИ с переносом» и его таблица истинности представлена слева.

Такая функция сложения одноразрядных чисел в простых устройствах обычно не используется, и как правило, интегрирована в состав одной микросхемы – сумматора, с минимальным количеством разрядов – четыре, для сложения четырехбитных чисел. По причине слабого спроса, промышленность таких логических элементов не выпускает. Поэтому, в случае необходимости, функцию «Исключающее ИЛИ с переносом» можно собрать по следующей схеме из элементов «2И-НЕ» и «2ИЛИ-НЕ», которая активно применяется как внутри простых сумматоров, так и во всех сложных процессорах (в том числе Pentium, Intel-Core, AMD и других, которые появятся в будущем):

Вышеперечисленные логические элементы выполняют статические функции, а на основе них строятся более сложные статические и динамические элементы (устройства): триггеры, регистры, счётчики, шифраторы, дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector