kategória: Gyakorlati elektronika, Kezdő villanyszerelők
Megtekintések száma: 77535
Megjegyzések a cikkhez: 1
Logikai chipek. 2. rész - Kapuk
A logikai elemek önálló elemekként működnek, kis integrációjú mikroáramkörök formájában, és a nagyobb integrációs fokozatú mikroáramkörök alkotóelemeiként szerepelnek. Az ilyen elemek több mint egy tucatban számíthatók.
De először csak négyről beszélünk - ezek az elemek ÉS, VAGY, NEM, ÉS NEM. A fő elemek az első három, és az AND-NOT elem már az AND AND NOT elemek kombinációja. Ezeket az elemeket a digitális technológia "tégláinak" lehet nevezni. Először mérlegelnie kell, hogy mi a logika a cselekedeteiknek?
Emlékezzünk vissza a digitális áramkörökről szóló cikk első részére. Azt mondták, hogy a mikroáramkör bemeneti (kimeneti) feszültsége 0 ... 0,4 V között logikai nulla szint, vagy alacsony feszültség. Ha a feszültség 2,4 ... 5,0 V között van, akkor ez egy logikai egység szintje vagy egy magas szintű feszültség.
Pontosan ilyen szintek jellemzik a K155 sorozatú mikroáramkörök és más, 5 V tápfeszültséggel ellátott mikroáramkörök működési állapotát. Ha a mikroáramkör kimenetén a feszültség 0,4 ... 2,4 V (például 1,5 vagy 2,0 V) tartományban van, akkor már gondolkodhat a mikroáramkör kicserélésén.
Gyakorlati tanácsok: Annak ellenőrzése érdekében, hogy ez a mikroáramkör hibás-e a kimenetben, húzza ki az azt követő mikroáramkör bemenetét (vagy a bemenethez csatlakoztatott több bemenetet). Ezek a bemenetek egyszerűen „elhelyezhetik” (túlterhelhetik) a kimeneti chipet.
Grafikai egyezmények
A grafikus szimbólumok egy téglalap, amely bemeneti és kimeneti vonalakat tartalmaz. Az elemek bemeneti vonalai a bal oldalon, a kimeneti vonalak a jobb oldalon találhatók. Ugyanez vonatkozik az egész áramköri lapokra: a bal oldalon az összes jel bemenet, a jobb oldalon a kimenet. Olyan, mint egy sor a könyvben - balról jobbra, könnyebben megjegyezhető. A téglalap belsejében egy feltételes szimbólum jelöli az elem által végrehajtott funkciót.
Logikai elem ÉS
A logikai elemek megfontolását az I. elemmel kezdjük.
1. ábra. A logikai elem ÉS
Grafikus megnevezését az 1a. Ábra mutatja. Az And funkció szimbóluma az angol "&" szimbólum, amely angolul felváltja a "és" uniót, mert elvégre ezt az "álszerte tudományt" az átkozott burzsoázia fedezte fel.
Az elem bemeneteit X jelöli az 1 és 2 indexekkel, és a kimenetet kimeneti függvényként Y betűvel. Ez egyszerű, mint például az iskolai matematikában, Y = K * X vagy általános esetben Y = f (x). Egy elemnek több, mint két bemenete lehet, amelyet csak a megoldandó probléma összetettsége korlátoz, de csak egy kimenet lehet.
Az elem logikája a következő: az Y kimeneten magas szintű feszültség csak akkor lesz, ha És az X1 bemeneten, és az X2 bemeneten magas szintű feszültség lesz. Ha az elemnek 4 vagy 8 bemenete van, akkor a feltüntetett feltételnek (magas szintnek) minden bemenetnél teljesülnie kell: I-bemenet 1. bemenethez, I-bemenet 2. bemenethez, I-bemenetbe 3 ... .. és csak N bemenethez ebben az esetben a kimenet szintén magas lesz.
Az And elem működésének logikájának megértése megkönnyítése érdekében az 1b. Ábrán bemutatjuk annak analógát érintkező áramkör formájában. Az Y elem kimenetét a HL1 lámpa képviseli. Ha a lámpa világít, akkor ez megfelel az I. elem kimenetének magas szintjének. Ezeket az elemeket gyakran 2-I, 3-I, 4-I, 8-I-nek hívják. Az első számjegy a bemenetek számát jelzi.
Az X1 és X2 bemeneti jelként a szokásos „csengő” gombokat rögzítés nélkül használjuk. A gombok nyitott állapota alacsony szintű, a zárt állapot természetesen magas. Áramforrásként a diagram galván akkumulátort mutat. Amíg a gombok nyitva vannak, a lámpa természetesen nem világít. A lámpa csak akkor világít, ha mindkét gombot egyszerre nyomja meg, azaz I-SB1, I-SB2.Ilyen logikai kapcsolat az I elem bemeneti és kimeneti jele között.
Az AND elem működésének vizuális ábrázolása az 1c. Ábrán bemutatott idődiagram alapján történik. Először egy magas szintű jel jelenik meg az X1 bemeneten, de az Y kimeneten nem történt semmi, még mindig van egy alacsony szintű jel. Az X2 bemeneten a jel némi késéssel jelenik meg az első bemenethez képest, és egy magas szintű jel jelenik meg az Y kimeneten.
Ha az X1 bemeneten a jel alacsony, a kimenetet szintén alacsonyra állítja. Vagy másként fogalmazva: a kimeneten magas szintű jelet tartunk, mindaddig, amíg mindkét bemenetnél magas szintû jelek vannak. Ugyanez mondható el az I több bemenettel rendelkező eleméről: ha 8-I, akkor a kimeneten magas szint elérése érdekében a magas szintet mind a nyolc bemenetnél egyszerre kell tartani.
Leggyakrabban a referencia irodalomban a logikai elemek kimeneti állapotát a bemeneti jelektől függően igazságtáblák formájában adják meg. A vizsgált 2-I elem esetében az igazságtáblázatot az 1d ábra mutatja.
A táblázat kissé hasonló a szorzótáblához, csak kisebb. Ha alaposan megvizsgálja, akkor észreveszi, hogy a kimeneten a magas szint csak akkor jelentkezik, ha mindkét bemeneten magas szintű feszültség vagy ugyanaz a logikai egység van. Mellesleg, az igazságtáblázat és a szorzótábla összehasonlítása messze nem véletlen: az összes elektronikai igazságtábla, mint mondják, szívből ismeri.
Ezenkívül az And funkció is leírható a logikai algebra vagy logikai algebra. Két bemeneti elem esetén a képlet így néz ki: Y = X1 * X2 vagy az Y = X1 ^ X2 írás más formája.
Logikai elem VAGY
Ezután a VAGY kaput nézzük.
2. ábra. Logikai kapu VAGY
Grafikus megnevezése hasonló az éppen vizsgált AND elemhez, azzal a különbséggel, hogy az AND funkció & szimbóluma helyett az 1-es szám szerepel a téglalap belsejében, ahogy a 2a. Ábra mutatja. Ebben az esetben az OR funkciót jelöli. Bal oldalon az X1 és X2 bemenetek vannak, amelyek, mint az And funkció esetén, többek is lehetnek, jobb oldalon pedig a kimenet, Y betűvel jelölve.
Boolean algebrai képlet formájában az OR függvény Y = X1 + X2 formátumú.
E képlet szerint Y igaz, ha VAGY az X1 bemeneten, VAGY az X2 bemeneten, VAGY mindkét bemeneten azonnal magas szint lesz.
A 2b. Ábrán látható érintkező ábra segítséget nyújt az elmondottak megértésében: Ha valamelyik gombot (magas szint) vagy mindkét gombot egyszerre megnyomja, a lámpa világít (magas szint). Ebben az esetben a gombok az X1 és az X2 bemeneti jelek, és a fény az Y kimeneti jel. A megkönnyítés érdekében a 2c. És a 2d. Ábra mutatja az időzítési diagramot és az igazságtáblát: elegendő a bemutatott érintkezőáramkör működését a diagrammal és a táblával elemezni, mivel minden kérdés eltűnik.
NEM logikai elem, inverter
Mint egy tanár mondta, a digitális technológiában nincs semmi bonyolultabb, mint egy inverter. Talán valójában ez.
A logika algebrájában a műveletet NEM hívják inverziónak, ami angolul tagadást jelent, azaz a kimenetnél a jelszint pontosan megegyezik a bemeneti jel ellenkezőjével, amely Y = / X képlet formájában néz ki.
(Az X előtti perjel jelzi a tényleges inverziót. Általában aláhúzást használnak perjel helyett, bár egy ilyen jelölés nagyon elfogadható.)
Az elem grafikus szimbóluma NEM egy négyzet vagy téglalap, amelyen belül az 1-es szám szerepel.
3. ábra. Inverter
Ebben az esetben ez azt jelenti, hogy ez az elem inverter. Csak egy X bemenettel és Y kimenettel rendelkezik. A kimeneti sor egy kis körrel kezdődik, ami valójában azt jelzi, hogy ez az elem inverter.
Ahogy az imént mondtam, az inverter a legösszetettebb digitális áramkör.És ezt megerősíti az ő kapcsolatfelvételi rendszere: ha korábban csak gombra volt elegendő, most relét adtak hozzájuk. Amíg az SB1 gombot nem nyomja meg (logikai nulla a bemenetnél), a K1 relé nem kap energiát, és normál módon zárt érintkezői kigyulladnak a HL1 lámpához, amely megfelel a kimeneti logikai egységnek.
Ha megnyomja a gombot (logikai egységet alkalmaz a bemenetre), a relé bekapcsol, a K1.1 érintkezők kinyílnak, a lámpa kialszik, ami a kimenetnél logikai nullának felel meg. A fentieket megerősíti a 3c. Ábra idődiagramja és a 3d. Ábra igazságtáblája.
Logikai elem ÉS NEM
Az ÉS kapu NEM a AND kapu és a NEM kapu kombinációja.
4. ábra. A logikai elem ÉS NEM
Ezért a & (logikai ÉS) szimbólum jelenik meg a grafikus szimbólumán, és a kilépési sor körrel kezdődik, amely jelzi az inverter jelenlétét a kompozícióban.
A logikai elem kontaktanalógját a 4b. Ábra szemlélteti, és ha alaposan megnézzük, akkor nagyon hasonlít a 3b. Ábrán bemutatott inverter analógjához: az izzót a K1 relé normál zárt érintkezőin keresztül is bekapcsoljuk. Valójában ez az inverter. A relét az SB1 és SB2 gombok vezérlik, amelyek megfelelnek az ÉS kapu X1 és X2 bemeneteinek. Az ábra azt mutatja, hogy a relé csak akkor lesz bekapcsolva, ha mindkét gombot megnyomja: ebben az esetben a gombok végrehajtják a & funkciót (logikai ÉS). Ebben az esetben a kimenetnél a lámpa kialszik, amely megfelel a logikai nulla állapotnak.
Ha nem nyomja meg mindkét gombot, vagy legalább egyiküket, akkor a relé le van tiltva, és az áramkör kimenetén világít, amely megfelel a logikai egység szintjének.
A fentiekből az alábbi következtetéseket vonhatjuk le:
Először: ha legalább egy bemenetnek logikai nulla van, akkor a kimenet logikai egység lesz. Ugyanaz az állapot a kimeneten akkor van, ha nullák vannak jelen mindkét bemeneten egyszerre. Ez az AND-NOT elemek nagyon értékes tulajdonsága: ha mindkét bemenetet összekapcsolja, akkor az AND-NOT elem inverterté válik - egyszerűen végrehajtja a NOT funkciót. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy ne tegyen egy speciális chipet, amely egyszerre hat invertert tartalmaz, amikor csak egy vagy kettő szükséges.
Másodszor, a kimenetnél nulla csak akkor érhető el, ha az egység összes bemenetén "összegyűjt". Ebben az esetben helyénvaló lenne megnevezni a figyelembe vett logikai elemet 2I-NOT. A kettő azt mondja, hogy ez az elem kétbemenetű. Szinte az összes mikroáramkör-sorozatban vannak 3, 4 és 8 bemeneti elem. Sőt, mindegyiknek csak egy kiútja van. A 2I-NOT elem azonban a digitális mikroáramkör sok sorozatában alapvető elemnek tekinthető.
A bemenetek csatlakoztatására szolgáló különféle lehetőségekkel kaphat még egy csodálatos tulajdonságot. Például, ha összekapcsoljuk a 8I-NOT nyolc bemeneti elem három bemenetét, akkor a 6I-NOT elemet kapjuk. És ha mind a 8 bemenetet összekapcsolja, akkor csak egy invertert kap, ahogy fentebb említettük.
Ez befejezi a logikai elemek megismerését. A cikk következő részében megvizsgáljuk a legegyszerűbb kísérleteket a mikroáramkörökkel, a mikroáramkörök belső felépítésével, az egyszerű eszközökkel, például az impulzusgenerátorokkal.
Boris Aladyshkin
A cikk folytatása: Logikai chipek. 3. rész
Lásd még az electro-hu.tomathouse.com oldalon
: