КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Логическими элементами называют электронные устройства, выполняющие простейшие логические операции.
► Логические функции и логические операции над ними составляют предмет алгебры логики, или булевой алгебры. В основе алгебры логики лежат логические величины, которые обозначают латинскими буквами А, В, С, D и т. д. Логическая величина характеризует два взаимоисключающих понятия: есть и нет, черное и нечерное, включено и выключено и т. п. Если одно из значений логической величины обозначено через А, то второе обозначают через Ā (т. е. «не А»).
Для операций с логическими величинами удобно применять двоичный код, полагая А=1, Ā = 0 или, наоборот, А = 0, Ā = 1. В двоичной системе исчисления одна и та же схема может выполнять как логические, так и арифметические операции. Если понятие «не А» обозначить особой буквой, например, В, то связь между В и А будет иметь вид: В = Ā.
Это простейшая логическая функция, которую называют отрицанием, инверсией или функцией НЕ. Схему, обеспечивающую такую функцию, называют инвертором или схемой НЕ. Условное обозначение схемы НЕ показано на рис. 102, а. Функция инверсии характеризуется кружком на выходной стороне прямоугольника. Функция отрицания является функцией одной переменной. Приведем примеры логических функций двух переменных.
ПРИМЕР
Логическое сложение, или функция ИЛИ, С = А + В. Эта функция определяется следующим образом: С = 1, если А = 1 или В = 1, или и А = 1 и В = 1. Обозначение схемы ИЛИ показано на рис. 101, б.
Логическое умножение, или функция И: С = А∙В. Эта функция определяется следующим образом: С= 1, только если одновременно и А = 1, и В= 1. Обозначение схемы И показано на рис. 102, в
Сочетание функции ИЛИ с инверсной выражается комбинацией ИЛИ — НЕ (рис. 102, г): 
. Аналогично сочетание И с инверсией выражается комбинацией И — НЕ: С = ĀВ.
Функции ИЛИ — НЕ и И — НЕ — самые распространенные , так как на их основе можно реализовать любую другую логическую функцию. Количество переменных, а значит и количество входов у соответствующих схем может быть равно трем, четырем и более.
► В логических элементах логические нули и единицы обычно представлены различными значениями напряжения: напряжением (или уровнем нуля) U0 и напряжение» (или уровнем единицы) U1. Если уровень единицы больше уровня нуля, то говорят, что схема работает в положительной логике, в противном случае (U1<U0 ) она работает в отрицательной логике. Никакой принципиальной разницы между положительной и отрицательной логиками нет. Более того, одна и та же схема может работать и в одной, и в другой логике.
Разность уровней единицы и нуля называют логическим перепадом: Uл=U1-U0.
Естественно, логический перепад должен быть достаточно большим, чтобы единицы и нули четко отличались друг от друга и чтобы случайные помехи не «превращали» один уровень в другой.
Инверторы могут быть выполнены на основе транзисторных ключей с общим эмиттером (рис. 103, а) и с общим истоком (рис. 103,6). В зависимости от входного сигнала транзистор может находиться либо в открытом состоянии (выходное напряжение U0 мало, а ток максимален), либо в закрытом состоянии (выходное напряжение велико Uз, а ток минимален). Напряжение U0 соответствует уровню логического нуля (U0, оно появляется на выходе, когда на входе действует отпирающий сигнал (уровень логической единицы U1). Напряжение Uз соответствует уровню логической единицы U1, оно устанавливается на выводе, когда на входе действует запирающий сигнал (уровень логического нуля).
В схемах на полевых транзисторах роль нагрузочного резистора Rc часто выполняет дополнительный транзистор (транзистор VT2 в схеме инвертора рис. 103, в).
Схемы ИЛИ и И могут быть выполнены на резисторах (резисторная логика), на диодах (диодная логика), на транзисторах (транзисторная логика). Чаще всего эти схемы применяются в сочетании с инвертором, и тогда они реализуют функции ИЛИ — НЕ, И — НЕ. Наиболее широкое применение получила схема И — НЕ типа ТТЛ-транзистор транзисторного логического элемента (рис. 104). Логическую функцию И выполняет много эмиттерный транзистор VT1, а инверсию осуществляет сложный инвертор на транзисторах VT2, VT3, VT4. Каждый эмиттерный переход трехэмиттерного транзистора эквивалентен входному диоду, а коллекторный переход этого транзистора выполняет роль диода смещения. Транзисторы VT2, VT3 включены таким образом, что отпирание их происходит одновременно. Диод VD служит для запирания транзистора VT4, когда открыты транзисторы VT2, VT3.
Схема функционирует следующим образом. Когда на один или несколько входов подается низкий уровень напряжения (сигнал логического нуля), то транзистор VT1 открыт и насыщен. На коллекторе VT1 в этом режиме устанавливается низкий потенциал и транзисторы VT2 и VT3 закрыты. Транзистор VT4 открыт базовым током, проходящим через RК2 в базу транзистора VT4, диод VD и нагрузку. Транзистор VT4 включен по схеме с общим коллектором (резистор служит для ограничения тока коллектора). Когда одновременно на все входы (А, В к С) подается высокий потенциал (уровень логической единицы), транзистор VT1 закрывается, потенциал коллектора VT1 повышается, что приводит к отпиранию транзисторов VT2 и VT3. Напряжение на выходе устанавливается низким, равным остаточному напряжению между коллектором и эмиттером транзистора VT3. Транзистор VT4 при этом запирается. Таким образом, выходная величина Р соответствует функции 
.
►В логических схемах выходная величина, определяется только входными сигналами на данный момент времени и не зависит от предыстории во входных цепях. Поэтому можно сказать, что логические схемы не обладают свойством запоминать предыдущие состояния. Однако, комбинируя логические схемы ИЛИ — НЕ или И — НЕ, можно создать устройства, обладающие памятью. Такими устройствами являются двухстабильные ячейки — триггеры.
Триггерами называют электронные устройства, обладающие двумя состояниями устойчивого равновесия и способные скачкообразно переключаться из одного состояния в другое каждый раз, когда входной (управляющий) сигнал превосходит определенный уровень, называемый порогом срабатывания.
Триггеры можно разбить на два класса: симметричные и несимметричные. Симметричные триггеры применяются в качестве элементов памяти и делителей частоты на два. На их основе строятся регистры сдвига и счетчики в цифровых ЭВМ. Несимметричные триггеры как пороговые устройства применяются в преобразователях непрерывных сигналов в дискретный (цифровой) код, в различителях амплитуды сигнала и в качестве разрядного устройства в генераторах импульсов.
Симметричные триггеры сравнительно просто компонуются из двух логических схем ИЛИ — НЕ или И — НЕ, которые соединяются определенным образом: выход одной логической схемы соединяется со входом другой, а выход другой — с входом первой. Другими словами, логические схемы соединяются между собой перекрестными связями.
На рис. 105, а показана логическая структура симметричного триггера, выполненного на двух одинаковых транзисторных схемах ИЛИ — НЕ на два входа. На схеме выход С1 соединен с входом A2, а выход С2 — с входом А1 (перекрестно). Оставшиеся два входа В1 и В2 служат для управления работой триггера. Принципиальная электрическая схема триггера показана на рис. 105, б. Собственно триггер как двухстабильная ячейка выполнен на транзисторах VT1 и VT3, т. е. на этих транзисторах создана схема с положительной обратной связью: выход (коллектор) транзистора VT1 соединен с входом (базой) транзистора VT3, а выход транзистора VT3 — с входом транзистора VT1. Схема триггера симметрична по своей конфигурации. Триггер имеет два состояния устойчивого равновесия, в которых он может находиться неограниченно долго. Этими состояниями являются: 1) VT1 — закрыт, VT3 — открыт; 2) VT1 — открыт, VT3 — закрыт. Таким образом, симметричному триггеру свойственна электрическая (в смысле режимная) асимметрия.
Симметричный триггер наиболее часто применяют в качестве элемента памяти. В этом триггере выходной потенциал может
принимать два существенно различных друг от друга значения, каждое из которых соответствует логической единице и логическому нулю. Установленное в триггере состояние (или, по-другому, записанная информация) сохраняется до тех пор, пока под действием входного сигнала не произойдет его переключения. Триггер переключается из одного состояния в другое с помощью вспомогательных (управляющих) транзисторов VT2 и VT4.
Управляющими входами являются входы В1 (S — вход) и В2 (R — вход). Такое управление работой триггера называется раздельным.
Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |