Открытый урок по дисциплине «Промышленная электроника» на тему «Логические схемы И и ИЛИ»

Открытый урок по дисциплине «Промышленная электроника» на тему «Логические схемы И и ИЛИ»

Тип и вид занятия:комбинированное занятие (КЗ)

Цель занятия: изучение принципа действия логических схем И и ИЛИ на диодах и экспериментальное подтверждение их таблиц истинности.

Задачи:

образовательные: обеспечить в ходе занятия формирование и усвоение практических навыков сборки схем с логическими элементами в программе ElectronicsWorkbenchи заполнения таблиц истинности

развивающие: развивать логическое мышление, умение классифицировать, формулировать выводы; развивать познавательный интерес к предмету; продолжить формировать умения объяснять особенности схем

воспитательные: воспитывать информационную культуру, создавать условия для реализации студента, как специалиста в будущем

Межпредметные связи: физика, математика, операционные системы вычислительных комплексов

Материально-техническое обеспечение занятия:

интерактивнаядоска, ПК, дидактический материал, презентация

ХОД ЗАНЯТИЯ

1.   Организационный момент(проверка присутствующих, готовности к занятию, сообщение темы и цели).

2.   Проверка письменного домашнего задания.

3.   Актуализация и коррекция опорных знаний.

Работа с карточками

Даны таблицы функции Z₁, φ₁, найти СДНФ, построить схемы.

По схеме записать формулу и заполнить таблицу истинности.

4. Контроль и учет знаний.

Тестирование за компьютером:

  

  

Тестирование на карточках.

Установите соответствие УГО компонента и его название

  

5. Изложение нового материала.

Математической основой цифровых вычислительных устройств является двоичная арифметика, в которой используются всего два числа — 0 и 1. Выбор двоичной системы счисления основывается на простоте технической реализации самых сложных задач с использованием всего одного базового элемента — ключа, который имеет два состояния: включен (замкнут) или выключен (разомкнут). Если первое состояние ключа принять за условную (логическую) единицу, то второе будет отражать условный (логический) ноль или наоборот. Возможные комбинации показаны на рисунках 1, 2 и 3

  

Рисунок 1 – Схемы электромеханических имитаторов логической единицы (а) и нуля (б)

На рисунке 1 показаны ключи 1 и 0 и вспомогательные устройства в виде батареи 5 В с внутренним сопротивлением 100 Ом и лампа накаливания на 6 В с мощностью 30 мВт, которые позволяют судить о состоянии ключа: если он находится в положении 1, лампа горит (рисунок 1,а).

Рисунок 2 – Электромеханические имитаторы логической единицы (а) и нуля (б) в инверсном режиме

 

Возможно другое расположение ключей по отношению к вспомогательным устройствам, показанное на рисунок 2. В этих схемах состояние индикаторов нуля или единицы противоположно, показанному на рисунке 1.

Поскольку в цифровых системах содержится огромное количество ключей (только в одном микропроцессоре их несколько миллионов) и они не могут сообщать друг другу о своем состоянии миганием лампочек, то для взаимного обмена информацией используются электрические сигналы напряжения. При этом ключи, как правило, применяются в инверсном режиме в соответствии со схемами на рисунке 3.

Рисунок 3 — Электромеханические имитаторы логической единицы (а) и нуля (б) в инверсном режиме с индикаторами выходного напряжения

На рисунке 3 сопротивление 490 Ом имитирует внутреннее сопротивление нагрузки ключа (аналог коллекторного сопротивления в транзисторном ключе), сопротивление 10 Ом — сопротивление замкнутого электронного ключа, сопротивление 500 Ом — сопротивление разомкнутого ключа с учетом внешней нагрузки.

В цифровой технике практические аналоги рассмотренных схем принято называть логическими элементами. При этом в зависимости от выполняемых функций каждый элемент имеет свое название и соответствующее графическое обозначение. На рисунке 4 показаны обозначения базовых логических элементов, принятые в программе EWB.

Рисунок 4 – Графическое обозначение буферного логического элемента (а), элементов И (AND) (б), ИЛИ (OR) (в), исключающее ИЛИ (XOR) (г) и их инверсные варианты (NOT, NAND, NOR, XNORсоответственно)

6. Закрепление знаний.

Собрать схему логического элемента И, изображенную на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема для исследования логического элемента И

Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой.

Таблица 1

  

Включить схему. С помощью ключей (управляются клавишами [Q], [W], [E]) подать на вход схемы различные комбинации переменных А, В и С. Значения функции F занести в таблицу 1.

Собрать схему логического элемента ИЛИ, изображенную на рисунке 6.

 

Рисунок 6 – Схема для исследования логического элемента ИЛИ

Таблица 2

Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой. Включить схему. С помощью ключей (управляются клавишами [Q], [W], [E]) подать на вход схемы различные комбинации переменных А, В и С. Значения функции F занести в таблицу 2.

7. Подведение итогов занятия:

7.1 Обобщение и систематизация знаний

7.2 Оценивание знаний.

7.3 Домашнее задание.

Собрать схемы для исследования логических элементов И и ИЛИ с 4-мя входами A, B, C, Dи заполнить таблицы истинности, О2с 16-21

Логические схемы РЗА | Проект РЗА

С появлением микропроцессорных терминалов и контроллеров в жизнь энергетиков прочно вошли логические схемы. Это наиболее точный способ описать принципы работы современной релейной защиты, когда на принципиальной схеме множество элементов заменены одним “черным ящиком”.

Если вы хотите работать релейщиком, то вам необходимо уметь читать логические схемы также хорошо, как и принципиальные. Скажу больше – если вы имеете дело с микропроцессорной защитой и автоматикой, то принципиальная схема не имеет никакого смысла без логической. Одна является обязательным продолжением другой.

К счастью, научиться читать логические схемы достаточно просто, особенно если вы раньше работали с “электромеханикой”. Это так потому, что логические элементы можно заменить на небольшие релейно-контактные схемы, которые может прочесть любой релейщик.

Сегодня мы поговорим как раз о том, как это сделать.

Итак, рассматриваем пять наиболее распространенных логических элементов, создаем их схемы замещения на привычных контактах и катушках реле, а после рассматриваем пример перевода большой логической схемы в электромеханическую.

Статья будет полезна как начинающим релейщикам, так и тем, кто переходит с “электромеханики” на микропроцессорную релейную защиту. Поехали!

Наличие сигнала на определенном участке логической схемы обозначается как “1”, а отсутствие – как “0”. Для релейно-контактной схемы аналогия будет следующая: “1” – наличие оперативного напряжения на участке цепи (например, на катушке реле), а “0” – отсутствие напряжения.

В обычных схемах оперативное напряжение подается на участок цепи при помощи контакта (реле, ключа, блок-контакта и т.д.) Это означает, что логические элементы можно заменить контактами, соединенными определенным образом. Сделаем это.

Самые распространенные элементы, которые вы найдете в любой логической схеме – это “ИЛИ”, “И”, “НЕ”, “ТРИГГЕР” и “ТАЙМЕР”. Пороговые элементы (сравнение с уставкой) пока трогать не будем, для упрощения.

Логическое сложение «ИЛИ»

Правило работы «ИЛИ»: если на каком-либо одном или на обоих входах есть логическая «1», то на выходе тоже появится «1».

Для пояснения приведем Табл.1, где в первом и втором столбцах указаны значения входных сигналов, а в третьем — значение выходного. Как видно, при наличии хотя бы одного входного сигнала, мы получаем сигнал на выходе.

Какой релейно-контактной схеме это соответствует? Конечно параллельному соединению контактов (см. Рис.1) При этом контакты имитируют наличие/отсутствие входного сигнала, а катушка реле — выходной сигнал.

Вместо катушки может быть подключен следующий элемент, если наш элемент «ИЛИ» не является последним.

Стоит отметить, что входных сигналов у элемента «ИЛИ» может быть 2 и более (неограниченно).

Логическое умножение «И»

Правило работы «И»: на выходе появится «1», только если на обоих входах будут логические «1», в противном случае на выходе всегда будет «0».

Таблица 2 показывает зависимость между входными и выходными сигналами.

Элемент «И» соответствует последовательному соединению контактов — см. Рис.2

Логическая инверсия «НЕ»

Правило работы «НЕ»: если на входе присутствует «1», то на выходе будет «0», и наоборот. Инверсия меняет сигнал на противоположный.

Зависимости входного и выходного сигнала указаны в Табл. 3

Построить релейно-контактную схему для элемента «НЕ» сложнее, чем для первых двух. Здесь требуется применить промежуточное реле Х, с нормальнозамкнутым контактом — см. схему на Рис. 3.

Когда контакт А замыкается, контакт Х размыкается и обесточивает катушку С. И наоборот. Таким образом, мы получили релейно-контактную схему замещения инверсии.

RS-триггер

Триггер является элементарной ячейкой памяти, т.е. этот элемент запоминает значение выходного сигнала даже при исчезновении входного.

Правила работы «RS-триггера»:

При появлении на входе S логической «1», на выходе Т появится «1», но только если на входе R будет логический «0» (нет сигнала). При исчезновении сигнала на входе S, сигнал на выходе Т останется равным «1», т.е. триггер запомнит свое состояние. Сигнал на выходе Т сбросится только тогда, когда мы подадим «1» на вход R.

Вход R обнуляет состояние триггера, т.е. когда на нем «1», то на выходе Т всегда «0», независимо от сигнала на входе S.

Можно еще сказать, что триггер «взводится» по S, а «сбрасывается» по R, причем приоритетным является именно вход R.

Таблица 4 показывает зависимости сигналов на входах и выходе триггера. Обратите внимание, на то, что если на обоих входах триггера «0», то состояние на выходе мы знать не будем. Для этого нужно провести анализ предыдущих воздействий.

Схема замещения триггера приведена на Рис. 4. Эффект запоминания достигается применением схемы самоподхвата промежуточного реле. Когда контакт А замыкается, промежуточное реле Y одним своим контактом воздействует на выходное реле С, а другим подхватывает свое срабатывание. При этом реле Y остается сработавшим даже при размыкании контакта А.

Приоритетный сброс триггера организуется при помощи размыкающего контакта В (R),который включается последовательно с катушкой реле Y.

Таймер

Таймер соответствует схеме с реле времени на Рис. 5. Думаю, здесь подробные пояснения не нужны.

Укрупненные схемы замещения

Если логическая схема состоит из нескольких элементов, то можно набирать релейно-контактную схему последовательно включая схемы замещения.

На Рис.6 показана схема замещения для последовательно включенных элементов «ИЛИ» и «НЕ»

Построение комплексной схемы замещения

Ниже приведен видеоролик, в котором показан пример построения схемы замещения относительно большой логической схемы.

Заключение

Если вы имели дело только с электромеханическими реле, а теперь переходите на микропроцессорные терминалы, то вам необходимо уметь читать схемы логики. Любую логическую схему релейной защиты и автоматики можно преобразовать в релейно-контактную принципиальную схему. Для этого нужно последовательно соединить все схемы замещения логических элементов.

После преобразования вы сможете быстро прочитать логику терминала или контроллера и разобраться в их работе. Через несколько примеров вы научитесь читать логические схемы без дополнительных преобразований, что позволит эффективно работать с современной релейной защитой.

Такой метод достаточно трудоемкий для повседневной работы, но полезен на период обучения работе с МП РЗА.

СиВер – СИСТЕМА СИНТЕЗА И ВЕРИФИКАЦИИ КОМБИНАЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ | Бибило

1. Быстродействующие матричные БИС и СБИС. Теория и проектирование / Б.Н. Файзулаев [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Файзулаева и И.И. Шагурина. – М., 1989. – 304 с.

2. Лукошко, Г.К. КМОП – базовые матричные кристаллы серии К1574 / Г.К. Лукошко, Е.В. Коннов // Радиолюбитель. – 1997. – № 9. – С. 39–40.

3. Бибило, П.Н. Основы языка VHDL / П.Н. Бибило. – М.: СОЛОН–Р, 2002. – 224 с.

4. Бибило, П.Н. Cистемы проектирования интегральных схем на основе языка VHDL. StateCAD, ModelSim, LeonardoSpectrum / П.Н. Бибило. – М.: СОЛОН–Пресс, 2005. – 384 с.

5. Система «Custom Logic» автоматизированного проектирования управляющей логики заказных цифровых СБИС / П.Н. Бибило [и др.] // Микроэлектроника. – 2004. – Т. 32. – № 5.

6. Система логического проектирования «Синтез БМК» / П.Н. Бибило [и др.] // УсиМ. – 2001. – № 3. – С. 28–35.

7. Бухтеев, А.В. Системы на кристалле. Новые тенденции / А.В. Бухтеев, В.В. Немудров // Электроника: наука, технологии, бизнес.– 2004. – № 3. – С. 52–56.

8. Кочанов, Д.А. Разработка лексического анализатора для транслятора VHDL-описаний логических схем / Д.А. Кочанов // Материалы Пятой Междунар. конф. «Computer-Aided Design of Discrete Devices» (CAD DD’04), Минск, 15–17 ноября 2004 г. – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2004. – Т. 2. – С. 179–186.

9. Cheremisinov, D. Schematic netlist converter / D. Cheremisinov // Proceedings of the Tourth Int. Conf. on Computer-Aided Design of Discrete Devices (CAD DD’2001), Minsk, Nov. 14–16, 2001. – Minsk, 2001. – Vol. 1 – P. 121–125.

10. Кириенко, Н.А. Компиляция функционально-структурных описаний логических схем / Н.А. Кириенко // Автоматизация проектирования дискретных систем: сб. науч. ст. – Минск: Ин-т техн. кибернетики АН Беларуси, 1995. – С. 92–101.

11. Торопов, Н.Р. Преобразование многоярусной комбинационной сети в двухъярус-ную / Н.Р. Торопов // Логическое проектирование: сб. науч. ст. – Минск: Ин-т техн. кибернетики АН Беларуси, 2000. – Вып. 5. – С. 4–14.

12. Черемисинова, Л.Д. К факторизационному методу синтеза многоуровневых схем на БИС / Л.Д. Черемисинова // Цифровая обработка информации и управление в чрезвычайных ситуациях: материалы Первой Междунар. конф. «Computer-Aided Design of Discrete Devices» (CAD DD’01), Минск, 14–17 ноября 1998 г. – Минск, 1998. – Т. 2. – С. 227–232.

13. Торопов, Н.Р. Минимизация систем булевых функций в классе ДНФ / Н.Р. Торопов // Логическое проектирование: сб. науч. ст. – Минск: Ин-т техн. кибернетики АН Беларуси, 1999. – Вып. 4. – С. 4–19.

14. Кардаш, С.Н. Синтез комбинационных схем из библиотечных элементов / С.Н. Кардаш // Методы логического проектирования: сб. науч. тр. – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2003. – Вып. 2. – С. 33–40.

15. Кардаш, С.Н. Синтез комбинационных схем, реализуемых в составе базовых матричных кристаллов / С.Н. Кардаш // Материалы Пятой Междунар. конф. «Computer-Aided Design of Discrete Devices» (CAD DD’2004), Минск, 15–17 ноября 2004 г. – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2004. – Т. 2. – С. 171–178.

16. Goldberg, E. BerkMin: A fast and robust SAT-solver / E. Goldberg, Ya. Novikov // Proceedings of Design, Automation and Test in Europe Conference. – Paris, 2002. – С. 142–149.

17. Романов, В.И. Использование механизма продукций для организации динамического меню в САПР функционально–логических схем / В.И. Романов // Актуальные проблемы радиоэлектроники: научные исследования, подготовка кадров: материалы конференции. – Минск: МГВРК, 2006. – C. 295–297.

Логические схемы. Переход от логического выражения к логической схеме и наоборот

Цели:

1. Образовательные

• Основные логические операции.
• Построение таблиц истинности сложных высказываний.
• Логические схемы и логические выражения.

2. Развивающие

• Развитие исследовательской и познавательной деятельности.
• Лаконично, полно и содержательно отвечать и делать обобщающие выводы.

3. Воспитательные

• Формирование аккуратности при работе с компьютером.
• Понимание связей между другими учащимися, культурой поведения.

Тип урока: комбинированный

Методы организации учебной деятельности:

• фронтальная
• индивидуальная
• ученик-компьютер

Программно-дидактическое обеспечение: ПК, презентация, задание для практической работы, раздаточный материал, Electronics Workbench (EWB512), PowerPoint.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент.

II. Актуализация ранее изученного материала и проверка домашнего задания.

Задания для выполнения в тетради и у доски.

№1. Составьте таблицы истинности для следующих логических выражений:

№3. Нарисовать на доске логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

III. Новый материал.

Над возможностями применения логики в технике ученые и инженеры задумывались уже давно. Например, голландский физик Пауль Эренфест (1880 - 1933), еще в 1910 году писал: «…Пусть имеется проект схемы проводов автоматической телефонной станции. Надо определить:

1) будет ли она правильно функционировать при любой комбинации, могущей встретиться в ходе деятельности станции;
2) не содержит ли она излишних усложнений.

Каждая такая комбинация является посылкой, каждый маленький коммутатор есть логическое «или-или», воплощенное в эбоните и латуни; все вместе — система чисто качественных… «посылок», ничего не оставляющая желать в отношении сложности и запутанности… правда ли, что, несмотря на существование алгебры логики, своего рода «алгебра распределительных схем» должна считаться утопией?».

Созданная позднее М.А. Гавриловым (1903 — 1979) теория релейно-контактных схем показала, что это вовсе не утопия.

Посмотрим на микросхему. На первый взгляд ничего того, что нас бы удивило, мы не видим!
Но если рассматривать ее при сильном увеличении, она поразит нас своей стройной архитектурой. Чтобы понять, как она работает, вспомним, что компьютер работает на электричестве, то есть любая информация представлена в компьютере в виде электрических импульсов.

Почему необходимо уметь строить логические схемы?

Дело в том, что из вентилей составляют более сложные схемы, которые позволяют выполнять арифметические операции и хранить информацию. Причем схему, выполняющую определенные функции, можно построить из различных по сочетанию и количеству вентилей. Поэтому значение формального представления логической схемы чрезвычайно велико. Оно необходимо для того, чтобы разработчик имел возможность выбрать наиболее подходящий ему вариант построения схемы из вентилей. Процесс разработки общей логической схемы устройства (в том числе и компьютера в целом), становится иерархическим, причем на каждом следующем уровне в качестве «кирпичиков» используются логические схемы, созданные на предыдущем этапе.
Алгебра логики дала в руки конструкторам мощное средство разработки, анализа и совершенствования логических схем. В самом деле, гораздо проще, быстрее и дешевле изучать свойства и доказывать правильность работы схемы с помощью выражающей ее формулы, чем создавать реальное техническое устройство. Именно в этом состоит смысл любого математического моделирования.

Логические схемы необходимо строить из минимально возможного количества элементов, что в свою очередь, обеспечивает большую скорость работы и увеличивает надежность устройства.

Правило построения логических схем:

1) Определить число логических переменных.
2) Определить количество базовых логических операций и их порядок.
3) Изобразить для каждой логической операции соответствующий ей вентиль и соединить вентили в порядке выполнения логических операций.

Рассмотрение двух примеров перехода от выражения к схеме. (Презентация)

Рассмотрение двух примеров перехода от схемы к выражению. (Презентация)

Чаще в жизни возникает ситуация, когда известен результат и для его реализации необходимо построить устройство.

Рассмотрим следующую задачу: (Презентация)

Задача 1. В двухэтажном доме лестница освещается одной лампой Х. На первом этаже установлен один выключатель А, на втором этаже - выключатель В. Если включают А, то лампа загорается. При поднятии на второй этаж и включении В лампа гаснет. Если кто-то выходит и нажмет В, то лампа включается, при спуске на первый этаж и нажатии А лампа должна погаснуть.

Алгоритм решения:

• Составить таблицу истинности.
• Определить логическую функцию.
• Построить логическую схему.

 

A	B	X
0	0	0
1	0	1
1	1	0
0	1	1
0	0	0

Чтобы создать логическую функцию по таблице истинности, надо записывать значения выходной переменной.

Между строками таблицы будет стоять знак логического сложения, а между столбцами — знак логического умножения .

Задача 2. (Презентация)

IV. Закрепление изученного материала.

Работа у доски и в тетради по карточкам.

№1. По логическому выражению построить логическую схему:

№2. По логической схеме составьте логическое выражение:

V. Компьютерный практикум.

Практическая работа с использованием электронной лаборатории Electronics Workbench (EWB512).

Вариант 1

1. Упростите логическое выражение

2. Проверьте свою работу, используя программу Electronics Workbench:

— Запишите исходное выражение в Logic Converter;
— Составьте таблицу истинности
— Упростите выражение используя
— Постройте упрощенную логическую схему .

3. Проверьте правильность выполненных упрощений.

VI. Домашнее задание:

а) упростите логическое выражение, постройте логическую схему и таблицу истинности
б) по таблице истинности (00001011) составьте выражение, упростите его, нарисуйте схему.

Что такое логическая диаграмма и таблица истинности?

Логические вентили — это сердце цифровой электроники. Логические схемы предназначены для выполнения определенной функции, для понимания природы этой функции требуется таблица истинности логической схемы. Когда логические вентили подключены, они образуют цепь. Гейт — это электронное устройство, которое используется для вычисления функции двузначного сигнала. Логические вентили являются основным строительным блоком цифровых схем.

Символы схемы ворот

Логическая диаграмма состоит из элементов и символов, которые могут напрямую заменять выражение в логической арифметике.Логический вентиль — это устройство, которое может выполнять одну или все логические операции AND, NAND, NOR, NOT, OR, XNOR и XOR. Все типы логических элементов, кроме НЕ, принимают на вход две двоичные цифры и выдают одну двоичную цифру на выходе. Элементы НЕ принимают только одну входную цифру.

Каждый из них имеет разную форму, чтобы показать свою особую функцию. Входные данные (логические переменные) вводятся слева от символа, а выходные данные — справа. При объединении несколько ворот могут образовать сложную логическую систему оценки, имеющую множество входов и выходов.Цифровые компьютеры созданы путем соединения тысяч или миллионов этих ворот.

НЕ ворота

Элемент НЕ представляет собой стрелку вперед с маленьким кружком на выходе. Круглая часть символа означает, что выход отрицает вход.

OR ворота

Логический элемент ИЛИ имеет изогнутую входную сторону и заостренную выходную часть.

А	В	Выход
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

И ворота

Логический элемент И имеет плоскую входную сторону и круглую выходную сторону.

А	В	Выход
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Исключительное OR (XOR) вентиль

Символ исключающего элемента или логического элемента аналогичен логическому элементу ИЛИ, но имеет дополнительную изогнутую линию, пересекающую входы.

А	В	Выход
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Сводка символов логического элемента

Создавайте логические диаграммы быстрее и лучше

Нужно нарисовать схемы логических вентилей? Ищете инструмент для логической схемы? Инструмент логических диаграмм Visual Paradigm имеет удобный редактор диаграмм, который позволяет быстро рисовать логические диаграммы.В программном обеспечении логических вентилей есть все.

Редактировать эту логическую схему, пример

Редактировать эту логическую схему

Редактировать этот шаблон логической схемы

Редактировать эту логическую схему, пример

Учебное пособие

Logic OR Gate с таблицей истинности Logic OR Gate

Выход Q логического элемента «ИЛИ» снова возвращает «НИЗКИЙ» только тогда, когда ВСЕ его входов находятся на логическом уровне «0». Другими словами, для логического элемента ИЛИ любой вход «ВЫСОКИЙ» даст выход «ВЫСОКИЙ» с логическим уровнем «1».

Логическое или логическое выражение, данное для логического элемента ИЛИ, представляет собой выражение для логического сложения , которое обозначено знаком плюс, (+) дает нам логическое выражение: A + B = Q.

Таким образом, логический элемент ИЛИ может быть правильно описан как «вентиль включающего ИЛИ», потому что выход является истинным, когда оба его входа истинны (ВЫСОКИЙ). Тогда мы можем определить операцию логического элемента ИЛИ с 2 входами как:

«Если A или B истинно, то Q истинно»

Транзистор с 2 входами ИЛИ Затвор

Простой логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен с использованием резистивно-транзисторных переключателей RTL, соединенных вместе, как показано ниже, с входами, подключенными непосредственно к базам транзисторов.Любой транзистор должен быть насыщен в состоянии «ВКЛ» для выхода Q

.

Логическое ИЛИ Шлюзы доступны с использованием цифровых схем для создания желаемой логической функции и имеют символ, форма которого представляет логическую операцию логического элемента ИЛИ.

Типы шлюзов цифровой логики «ИЛИ»

Логический вентиль ИЛИ с 2 входами

Символ	Таблица истинности
2 входа OR Gate	B	А	Q
	0	0	0
	0	1	1
	1	0	1
	1	1	1
Логическое выражение Q = A + B	Читается как A ИЛИ B дает Q

Логический вентиль ИЛИ с 3 входами

Символ	Таблица истинности
3 входа OR Gate	С	B	А	Q
	0	0	0	0
	0	0	1	1
	0	1	0	1
	0	1	1	1
	1	0	0	1
	1	0	1	1
	1	1	0	1
	1	1	1	1
Логическое выражение Q = A + B + C	Читается как A OR B OR C дает Q

Подобно логическому элементу И, функция ИЛИ может иметь любое количество отдельных входов.Однако коммерчески доступные логические элементы ИЛИ доступны с 2, 3 или 4 типами входов. Дополнительные входы потребуют, например, каскадирования вентилей.

Многоступенчатый вентиль ИЛИ

Следовательно, логическое выражение для этого логического элемента ИЛИ с 6 входами будет:

Q = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Другими словами:

A OR B OR C OR D OR E OR F дает

Q

Если количество требуемых входов нечетное, любые «неиспользуемые» входы можно удерживать в НИЗКОМ состоянии, подключив их напрямую к земле с помощью подходящих «понижающих» резисторов.

Обычно доступные ИС с цифровой логикой ИЛИ включают:

CMOS Logic ИЛИ Gates

• CD4071 Quad 2 входа
• CD4075 Тройной 3 входа
• CD4072 Двойной 4 входа

7432 Счетверенный логический вентиль ИЛИ с 2 входами

В следующем уроке о Digital Logic Gates мы рассмотрим функцию цифровой логики NOT Gate, которая используется в логических схемах TTL и CMOS, а также ее определение логической алгебры и таблицу истинности.

Учебное пособие

Exclusive-OR Gate с таблицей истинности Ex-OR Gate

В предыдущих уроках мы видели, что с помощью трех основных вентилей, логических вентилей И, ИЛИ и НЕ, мы можем построить многие другие типы функций логических вентилей, такие как вентиль И-НЕ и вентиль ИЛИ или любые другие другой тип цифровой логической функции, который мы можем вообразить.

Но есть два других типа цифровых логических вентилей, которые, хотя сами по себе не являются базовыми вентилями, поскольку они построены путем объединения вместе других логических вентилей, их логическая функция вывода достаточно важна, чтобы их можно было рассматривать как полные логические вентили. Эти два «гибридных» логических элемента называются шлюзом Exclusive-OR (Ex-OR) и его дополнением Exclusive-NOR (Ex-NOR) Gate .

Ранее мы видели, что для логического элемента ИЛИ с 2 входами, если A = «1», ИЛИ B = «1», ИЛИ ОБА A + B = «1», то выход цифрового логического элемента также должен быть на логическом уровне «1», и поэтому этот тип логического элемента известен как функция включающего ИЛИ.Логический вентиль получил свое название от того факта, что он включает случай Q = «1», когда и A, и B = «1».

Если, однако, логический выход «1» получается, когда ТОЛЬКО A = «1» или когда ТОЛЬКО B = «1», но НЕ оба вместе одновременно, давая двоичные входы «01» или «10», тогда на выходе будет «1». Этот тип ворот известен как функция исключающего ИЛИ или, для краткости, функция исключающего ИЛИ. Это связано с тем, что его логическое выражение исключает случай « ИЛИ ОБА », когда Q = «1», когда и A, и B = «1».

Другими словами, выход логического элемента ТОЛЬКО ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ переходит в ВЫСОКИЙ, когда два его входных терминала находятся на логических уровнях « РАЗНЫХ, » относительно друг друга.

Нечетное количество логической «1» на его входах дает логическую «1» на выходе. Эти два входа могут быть на логическом уровне «1» или на логическом уровне «0», что дает нам логическое выражение: Q = (A ⊕ B) = A.B + A.B

Функция Exclusive-OR Gate , или Ex-OR для краткости, достигается путем объединения стандартных логических вентилей вместе для формирования более сложных вентильных функций, которые широко используются при построении арифметических логических схем, вычислительных логических компараторов и схем обнаружения ошибок. .

Логический элемент «Исключающее ИЛИ» с двумя входами в основном представляет собой сумматор по модулю два, так как он дает сумму двух двоичных чисел и, как следствие, более сложен по конструкции, чем другие базовые типы логических элементов. Таблица истинности, логический символ и реализация логического элемента «Исключающее ИЛИ» с 2 входами показаны ниже.

Цифровой логический вентиль «исключающее ИЛИ»

Ворота Ex-OR с 2 входами

Символ	Таблица истинности
Ворота Ex-OR с 2 входами	B	А	Q
	0	0	0
	0	1	1
	1	0	1
	1	1	0
Логическое выражение Q = A ⊕ B	A ИЛИ B, но НЕ ОБА дает Q

Получение логического выражения: Q = AB + AB

Приведенная выше таблица истинности показывает, что выход логического элемента «Исключающее ИЛИ» становится «ВЫСОКИМ» ТОЛЬКО, когда оба его двух входных терминала находятся на «РАЗНЫХ» логических уровнях по отношению друг к другу.Если эти два входа, A и B, оба находятся на логическом уровне «1» или оба на логическом уровне «0», выход имеет значение «0», что делает вентиль «нечетным, но не четным вентилем». Другими словами, выход равен «1», когда на входах нечетное количество единиц.

Эта способность логического элемента исключающее ИЛИ сравнивать два логических уровня и выдавать выходное значение, зависящее от входных условий, очень полезна в схемах вычислительной логики, поскольку дает нам следующее логическое выражение:

Q = (A ⊕ B) = A.B + A.B

Логическая функция, реализованная с помощью 2-входного Ex-OR, задается как: «A OR B, но НЕ оба» даст выход на Q. Как правило, вентиль Ex-OR дает выходное значение логической «1». ТОЛЬКО при наличии числа единиц ODD на входах логического элемента, если эти два числа равны, на выходе будет «0».

Тогда функция Ex-OR с более чем двумя входами называется «нечетной функцией» или суммой по модулю 2 (Mod-2-SUM), а не Ex-OR. Это описание может быть расширено для применения к любому количеству отдельных входов, как показано ниже для трехвходового клапана Ex-OR.

Ворота Ex-OR с 3 входами

Символ	Таблица истинности
Ворота Ex-OR с 3 входами	С	B	А	Q
	0	0	0	0
	0	0	1	1
	0	1	0	1
	0	1	1	0
	1	0	0	1
	1	0	1	0
	1	1	0	0
	1	1	1	1
Логическое выражение Q = A ⊕ B ⊕ C	«Любое количество входов ODD » дает Q

Получение логического выражения: Q = ABC + ABC + ABC + ABC

Символ, используемый для обозначения нечетной функции «Исключающее ИЛИ», немного отличается от символа для стандартного шлюза «включающее ИЛИ».Логическое или логическое выражение, данное для логического элемента ИЛИ, является выражением логического сложения, которое обозначается стандартным знаком плюс.

Символ, используемый для описания логического выражения для функции Исключающее ИЛИ , — это знак плюса (+) в кружке (Ο). Этот символ исключающего ИЛИ также представляет собой математическое выражение «прямой суммы подобъектов», при этом результирующий символ для функции Исключающее ИЛИ задается как: (⊕).

Ранее мы говорили, что функция Ex-OR — это не базовый логический элемент, а комбинация различных логических элементов, соединенных вместе.Используя приведенную выше таблицу истинности с двумя входами, мы можем расширить функцию Ex-OR до: (A + B). (A.B), что означает, что мы можем реализовать это новое выражение, используя следующие отдельные ворота.

Эквивалентная схема затвора Ex-OR

Одним из основных недостатков реализации функции Ex-OR, описанной выше, является то, что она содержит логические вентили трех различных типов OR, NAND и, наконец, AND в своей конструкции. Один из более простых способов создания функции Ex-OR из одного логического элемента — использовать наш старый любимый вентиль NAND, как показано ниже.

Реализация функции Ex-OR с использованием логических элементов NAND

Логические элементы «Исключающее ИЛИ» используются в основном для построения схем, которые выполняют арифметические операции и вычисления, особенно сумматоры и полусумматоры , поскольку они могут обеспечивать функцию «бит переноса» или как управляемый инвертор, когда проходит один вход. двоичные данные, а на другой вход подается управляющий сигнал.

Обычно доступные ИС с цифровой логикой «исключающее ИЛИ» включают:

7486 Квадратный вентиль с 2 входами эксклюзивного ИЛИ

Логическая функция Исключающее ИЛИ — очень полезная схема, которую можно использовать во многих различных типах вычислительных схем.Хотя он и не является сам по себе базовым логическим вентилем, его полезность и универсальность превратили его в стандартную логическую функцию, укомплектованную собственным логическим выражением, оператором и символом. Exclusive-OR Gate широко доступен в виде стандартного четырехвходового TTL-затвора 74LS86 с двумя входами или пакета КМОП 4030B.

Одно из наиболее часто используемых приложений — это базовый логический компаратор, который выдает на выходе логическую «1», когда два его входных бита не равны. Из-за этого вентиль «исключающее ИЛИ» имеет статус неравенства, известный как нечетная функция.Для сравнения чисел, содержащих два или более бита, требуются дополнительные вентили «исключающее ИЛИ», при этом логический компаратор 74LS85 имеет ширину 4 бита.

В следующем руководстве о цифровых логических схемах мы рассмотрим цифровой логический элемент Exclusive-NOR , известный обычно как функция Ex-NOR Gate, который используется в логических схемах TTL и CMOS, а также определение его логической алгебры. и таблицы истинности.

Логическая диаграмма

— обзор

8.3 Анализ тактовой последовательной схемы

Логическая схема, показанная на рисунке 8.2, представляет собой тактовую последовательную схему, имеющую два входа, X и часы, и один выход Z . В качестве элементов памяти используются два запускаемых фронтом D-триггера, которые определяют четыре возможных внутренних состояния схемы: AB = 00, 01, 10 и 11.

Рисунок 8.2. (a) Анализируемая последовательная цепь (b) Блок-схема для схемы (c) Таблица состояний для анализируемой схемы (d) Диаграмма состояний схемы (e) Генерация выходных сигналов (f) Временная диаграмма для схемы

Альтернативный способ представления этой схемы — блок-схема, показанная на рисунке 8.2 (б). На этой схеме изображен логический блок, который содержит комбинационную логику, а также два триггера, A и B , чьи выходные комбинации определяют четыре внутренних состояния схемы. Входные уравнения для триггеров A и B могут быть получены непосредственно из рисунка 8.2 (a).

DA = A¯B DB = A¯B¯ + XA¯

В главе 6 было показано, что выход следующего состояния для запускаемого фронтом D-триггера задается уравнением:

Qt + δt = Dt

Подставив в это уравнение D _A и D _B , получаем следующие выходные состояния двух триггеров A, и B :

At + δt = (A ¯B) t

и

Bt + δt = (A¯B¯ + XA¯) t

С помощью этих уравнений теперь возможно для данных текущих значений состояния A и B и для заданного значения входного сигнала X , чтобы определить следующие значения состояния A, и B .Например, если A = 0, B = 0 и X = 0, то A ^{t + δt} = 0 и B ^{t + δt} = 1.

Сейчас Можно определить выход Z схемы для всех возможных комбинаций X, A и B . Это требует знания выходного уравнения, которое получается непосредственно из рисунка 8.2 (a):

Интерпретация этого уравнения такова, что выход Z = 1, когда текущее состояние схемы — A = 1, B = 1, и если X = 0, на входе принимается 1 вместе с тактовым сигналом.Для всех других комбинаций A и B вывод Z = 0, независимо от значения X или наличия часов. Кроме того, уравнение показывает, что длительность Z = 1 на выходе никогда не может быть больше длительности тактового импульса.

Теперь можно построить таблицу, показывающую текущее состояние, следующее состояние и выходные данные. Эта таблица, показанная на рисунке 8.2 (c), может рассматриваться как таблица состояний схемы, где различные состояния обозначены как S ₀ , S ₁ , S ₂ и S ₃ .С помощью этой таблицы состояний теперь можно построить внутреннюю диаграмму состояний, которая показана на рис. 8.2 (d), где каждый из четырех прямоугольников представляет одно из четырех состояний. Переход от одного состояния к другому представлен прямой линией со стрелкой, указывающей направление перехода. Сигнал перехода находится сбоку от стрелки. Чтобы выполнить переход с S ₁ на S ₃ , схема должна получить X = 1 и часы ( X ).Поскольку используемые триггеры представляют собой D-триггеры, запускаемые отрицательным фронтом, переход между состояниями всегда будет происходить по заднему фронту тактового импульса. Отсюда следует, что переход от S ₁ к S ₃ будет происходить по заднему фронту тактового импульса, который составляет часть сигнала перехода X .

Выход Z = 1 был введен в прямоугольник с пометкой S ₃ . Это распределение выходных данных следует интерпретировать следующим образом. Z = 1, если схема находится во внутреннем состоянии AB = 11, и принят тактовый импульс. Формирование выходного сигнала Z показано на рисунке 8.2 (e). Схема входит в состояние S ₃ , когда X = 1, и на заднем фронте синхроимпульса, отмеченном 1. Схема остается в состоянии S ₃ , пока задний фронт синхроимпульса, обозначенный 2, инициирует переход с S ₃ на S ₀ . Выход Z = AB формируется операцией AND AB и тактовым импульсом, обозначенным 2.Оба этих сигнала представляют собой логическую единицу в заштрихованной области, показанной на диаграмме, и в этой области выходной сигнал Z = 1. Следует отметить, что Z = 1 во время продолжительности заштрихованной области, независимо от того, X = 0 или 1.

Что можно сделать вывод о функции этой схемы из диаграммы состояний? Первоначальное наблюдение показывает, что есть два различных пути через диаграмму состояний, начиная с S ₀ . Первая ветвь проходит через S ₃ и обратно к S ₀ , а вторая ветвь проходит через S ₂ , а затем обратно к S ₀ .Во-вторых, ясно, что независимо от того, какой из этих двух путей выбран от S0, всегда есть три перехода перед возвратом к S0. Это означает, что цепочка из трех двоичных цифр, поступающих на линию X , проверяется схемой.

Определенные комбинации из трех цифр приведут к выходу на длительность третьего тактового импульса. Это произойдет только в том случае, если путь, пройденный через диаграмму состояний, пролегает через S ₃ . Другие комбинации трех цифр приводят к выбору пути через S ₂ , и в этом случае нет выхода на линии Z во время третьего тактового импульса.

Первый переход в последовательности от S ₀ к S ₁ инициируется тактовым импульсом и происходит независимо от того, X = 0 или 1. Для перехода с S ₁ к S ₃ , чтобы иметь место X = 1, и, наконец, переход от S ₃ обратно к S ₁ на третьем последовательном тактовом импульсе будет иметь место независимо от того, X = 0 или 1. Ясно есть четыре комбинации из трех двоичных цифр, которые дадут результат Z = 1.Это 010, 011, 110 и 111. Остальные четыре комбинации 000, 001, 100 и 101 будут связаны с альтернативным путем через диаграмму состояний, и для этого пути выход Z = 0.

Время Диаграмма для трех различных строк из трех двоичных цифр 011, 001 и 110 показана на рисунке 8.2 (f). Сигнал X синхронизируется с часами, и предполагается, что изменения в этом сигнале всегда происходят между тактовыми импульсами. Для комбинаций 011 и 110 имеется выход Z = 1, который длится в течение тактовых импульсов, обозначенных 3, в то время как для комбинации 001 выход Z = 0.

Последний сигнал на временной диаграмме соответствует Z = AB , тактовый сигнал был удален из выходного уравнения, и, как следствие, выходной сигнал становится Z = 1 на заднем фронте тактового импульса 2 и завершается. на заднем фронте тактового импульса 3. Интересно отметить, что в случае, когда Z = AB , выход становится высоким до того, как появится третья цифра. В данном случае это удовлетворительно, поскольку после того, как вы однажды узнали, что такое вторая цифра, войдя в состояние S3, теперь не имеет значения, является ли третья цифра 0 или 1, и ее не нужно распознавать.Однако в случае, когда Z = AB , выходной сигнал не становится высоким до переднего фронта третьего тактового импульса. Схема должна распознать этот тактовый импульс, прежде чем может появиться выход.

Инженерные логические схемы — Инструментальные средства

Логические диаграммы имеют множество применений. В твердотельной промышленности они используются в качестве принципиальной схемы для проектирования твердотельных компонентов, таких как компьютерные микросхемы.

Они используются математиками для решения логических задач (называемых булевой алгеброй).

Тем не менее, их основное применение на промышленных объектах — это способность предоставлять информацию о компонентах и ​​системе.

Использование логических символов приводит к диаграмме, которая позволяет пользователю определять работу данного компонента или системы при изменении различных входных сигналов.

Чтобы читать и интерпретировать логические схемы, читатель должен понимать, что представляет каждый из специальных символов.

В этой статье обсуждаются общие символы, используемые на логических схемах.Освоение этих знаний должно позволить читателю понять большинство логических схем.

Операторы оборудования и технический персонал обычно видят логические символы на схемах оборудования.

Логические символы, называемые воротами, изображают схемы работы / пуска / останова компонентов и систем.

Инженерные логические схемы

Следующие два рисунка, на которых в качестве примера используется обычная схема запуска / остановки насоса, ясно демонстрируют причины, по которым нужно научиться читать логические схемы.

На рисунке 1 представлена ​​схема большого насоса, а на рисунке 2 показана та же схема насоса, использующая только логические вентили.

Очевидно, что когда понятны основные логические символы, выяснить, как насос работает и как он будет реагировать на различные комбинации входов с помощью логической схемы, будет быстро и легко, по сравнению с трудоемким отслеживанием реле и контактов схематическая диаграмма для той же информации.

Рисунок 1 Пример принципиальной схемы цепи запуска насоса

Рисунок 2 Пример рисунка 1 Схема запуска насоса в виде логической схемы

Символика

Есть три основных типа логических вентилей.Это ворота И, ИЛИ, а не ворота. Каждый вентиль — это очень простое устройство, которое имеет только два состояния: включено и выключено.

Состояния логического элемента также обычно называют высоким или низким, 1 или 0, или Истинным или Ложным, где on = high = 1 = True, а off = low = 0 = False.

Состояние логического элемента, также называемого его выходом, определяется состоянием входов элемента, при этом каждый тип элемента по-разному реагирует на различные возможные комбинации входов.

В частности, эти комбинации следующие.

• Логический элемент И — обеспечивает выход (включен), когда все его входы включены. Когда любой из входов выключен, выход гейта выключен.
• Логический элемент ИЛИ — обеспечивает выход (включен), когда один или несколько его входов включены. Гейт выключен только тогда, когда все его входы выключены.
• вентиль НЕ — обеспечивает разворот входа. Если вход включен, выход будет выключен. Если вход выключен, выход будет включен.

Поскольку вентиль НЕ часто используется в сочетании с логическими элементами И и ИЛИ, для представления этих комбинаций были разработаны специальные символы.

Комбинация логического элемента И и элемента НЕ называется логическим элементом И-НЕ. Комбинация ворот ИЛИ с воротами НЕ называется воротами ИЛИ.

• вентиль И-НЕ — является противоположностью (НЕ) выходу логического элемента И. Он обеспечивает выход (включен), за исключением случаев, когда включены все входы.
• вентиль ИЛИ — противоположен (НЕ) выходу логического элемента ИЛИ. Он обеспечивает выход только тогда, когда все входы выключены.

На рис. 3 показаны символы, обозначающие три основных логических элемента, а также элементы И-НЕ и ИЛИ-ИЛИ.Чаще всего используются символы IEEE / ANSI; однако для информации на Рисунке 3 представлены другие условные обозначения.

Рисунок 3 Основные логические символы

Элемент AND имеет обычную разновидность, называемую вентилем COINCIDENCE. Логические ворота не ограничены двумя входами.

Теоретически нет ограничений на количество входов, которые может иметь вентиль. Но по мере того, как количество входов увеличивается, символ должен быть изменен, чтобы соответствовать увеличенным входам.

Есть два основных способа показать несколько входов.На рисунке 4 показаны оба метода на примере логического элемента ИЛИ.

Символы, представленные на рисунке 4, широко используются в компьютерных логических схемах. В логических схемах управления технологическим процессом обычно используются символы, показанные на рисунке 2.

Рисунок 4 Условные обозначения для изображения нескольких входов

Элемент COINCIDENCE ведет себя как логический элемент И, за исключением того, что только определенное число из общего числа входов должно быть включено, чтобы выход элемента был включен. Символ ворот СОВПАДАНИЯ показан на рисунке 5.

Дробь в логическом символе указывает, что вентиль И является вентилем СОВПАДАНИЯ.

Числитель дроби указывает количество входов, которые должны быть включены, чтобы вентиль был включен. В знаменателе указано общее количество входов в вентиль.

Рисунок 5 COINCIDENCE Gate

Двумя вариациями логического элемента ИЛИ являются ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ и его противоположность, ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ. ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ обозначаются добавлением линии на обратной стороне символа стандартного логического элемента ИЛИ или ИЛИ-ИЛИ, как показано на рисунке 6.

• ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ — обеспечивает выход (включен), когда включен только один из входов. Любая другая комбинация не приводит к выходу (выключено).
• ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ — является противоположностью (НЕ) выходу логического элемента ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ. Он обеспечивает выход только тогда, когда все входы включены или когда все входы выключены.

Рисунок 6 ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ NOR Gates

Время задержки

Когда логические схемы используются для представления цепей пуска / останова / работы, диаграммы также должны иметь возможность отображать различные устройства синхронизации, присутствующие в реальных цепях.Есть три основных типа таймеров.

Их

1. Устройство задержки первого типа,
2. Устройство задержки второго типа и
3. Устройство задержки времени третьего типа.

После получения входного сигнала устройство временной задержки первого типа задерживает выход (включение) на указанный период времени, но выход останавливается (выключается), как только входной сигнал будет удален, как показано на рисунке 7. Символ этого типа таймера показан на рисунке 7.

Рисунок 7 Устройство одноразовой задержки типа

Устройство задержки времени второго типа выдает выходной сигнал (включен) сразу после получения входного сигнала, но выходной сигнал сохраняется только в течение определенного периода времени после того, как входной сигнал (выключен) был удален. На рисунке 8 показан ответ сигнала, а на рисунке 8 — символ, используемый для обозначения этого типа таймера.

Рисунок 8 Устройство задержки второго типа

При получении входного сигнала устройства с задержкой времени типа 3 выдают выходной сигнал в течение определенного периода времени, независимо от продолжительности входного сигнала.На рисунке 9 показан ответ сигнала и показан символ, используемый для обозначения таймера.

Рисунок 9 Устройство задержки времени третьего типа

Комплексные логические устройства

Помимо семи основных логических вентилей, есть несколько сложных логических устройств, которые могут встретиться при использовании логических отпечатков.

Устройства памяти — Во многих схемах для функционирования схемы требуется устройство, которое может «запомнить» последнюю команду или последнюю позицию.

Подобно логическим элементам И и ИЛИ, устройства памяти предназначены для работы с сигналами включения / выключения.

Два входных сигнала для устройства памяти называются установкой и сбросом. На рисунке 10 показаны общие символы, используемые для устройств памяти.

Рисунок 10 Символы для сложных логических устройств

Flop-flop — Как следует из названия, триггер — это устройство, в котором при изменении одного или нескольких входов изменяется и выходной сигнал.

Триггер — это сложная схема, построенная из логических элементов ИЛИ и НЕ, но она так часто используется в сложных схемах, что имеет свой собственный символ.На рисунке 10 показан общий символ, используемый для триггера.

Это устройство, хотя иногда используется в логических схемах компонентов и систем, в основном используется в твердотельных логических схемах (компьютеры).

Двоичный счетчик — Существует несколько типов двоичных счетчиков, все из которых состоят из триггеров. Назначение счетчика — позволить компьютеру считать больше 1, что является наибольшим числом, которое может представить один триггер. Комбинируя триггеры, можно построить более высокие двоичные числа.На рисунке 10 показан общий символ, используемый для двоичного счетчика.

Регистр сдвига — Это запоминающее устройство, состоящее из триггеров, которое используется в компьютерах для временного хранения двоичного слова. На рисунке 10 показан общий символ, используемый для регистра сдвига.

Полусумматор — Это логическая схема, которая используется в компьютерных схемах, чтобы позволить компьютеру «переносить» числа, когда он выполняет математические операции (например, для выполнения сложения 9 + 2, одна единица 10 должна быть « перенесено »из столбца единиц в столбец десятков).На рисунке 10 показан символ полусумматора.

От логических вентилей к регистрам: изучение 74HC173

В связи с ситуацией с Covid-19 и влиянием брексита, поставки в настоящее время ограничены только клиентами из Великобритании и США.

От логических вентилей к регистрам: изучение 74HC173

Логические вентили — это строительные блоки цифровой электроники. В этой заметке исследуется, что это такое и как они используются для построения 4-битного регистра.

Введение в логические вентили

Логические вентили — это фундаментальные строительные блоки цифровой электроники.Концептуально вы можете думать о них как о компоненте, который реализует логическую функцию (т. Е. Вывод равен 0 или 1). Их цель — выполнить логическую операцию над двумя или более двоичными входами, чтобы создать один двоичный выход. Они бывают разных видов и выполняют такие логические операции, как AND, OR, XOR, NOT, NOR, XNOR и NAND.

Пожалуй, два наиболее наглядных примера этого — логические элементы И и ИЛИ. С вентилем И выход его функции равен 1, когда оба входа равны 1 (или, другими словами, когда A AND B равны 1).С вентилем ИЛИ выход его функции равен 1, когда любой из входов равен 1 (или, другими словами, когда A OR B равно 1).

На рисунке 1 показана простая диаграмма логических вентилей И и ИЛИ, а также связанных с ними таблиц истинности, которые показывают, каков выход логического элемента для каждого возможного входа:

Рисунок 1. Диаграмма и таблица истинности для логических вентилей И / ИЛИ

Конечно, И и ИЛИ — это всего лишь два примера основных логических вентилей. Но любопытным логическим элементом для дальнейшего изучения является вентиль И-НЕ (НЕ И), потому что он обладает довольно особым свойством: «функциональной полнотой».

Универсальный логический элемент NAND

Вентиль И-НЕ (НЕ И) является особенным, потому что любая логическая функция может быть реализована с помощью комбинации элементов И-НЕ (это бит «функциональной полноты»). Или, другими словами, вы можете использовать комбинацию вентилей И-НЕ для представления любых других логических вентилей.

Он похож на логический элемент И, за исключением того, что его выход инвертирован (это НЕ часть!). На рисунке 2 показаны символы и таблица истинности ворот.

Фигура 2.Схема и таблица истинности для логического элемента И-НЕ

Поскольку вентиль И-НЕ может использоваться для представления любого другого логического элемента, его можно рассматривать как «универсальный» логический элемент. Вы можете построить любой компонент на основе цифровой логики из логического элемента NAND — если вы так хотите, вы можете даже построить свой собственный компьютер полностью из них! На самом деле, у некоторых есть!

Для любопытных, логические элементы NAND могут быть использованы или реализованы в практическом смысле с использованием классической интегральной схемы 74HC00. Этот чип представляет собой четырехканальный логический элемент NAND с двумя входами и основан на технологии CMOS.Вы можете просмотреть технические данные здесь.

Рис. 3. Функциональная схема TI CD74HC00E

Но прежде чем вы приступите к созданию собственного компьютера с логическим элементом NAND, давайте посмотрим, как с помощью шлюза NAND можно создать очень важный компонент в мире вычислительного оборудования: переворот D-типа. -Флоп.

Вспоминая вещи: шлепанцы D-типа

Логические вентили — мощные компоненты, но их назначение не ограничивается тривиальными логическими функциями. Логические вентили также могут использоваться для выполнения «последовательной логики» — это означает, что они также могут использоваться для запоминания информации (что довольно удобно).

Чтобы сделать это возможным, необходимо организовать логические вентили для создания «защелкивающегося» механизма для хранения определенного фрагмента данных. Часто этот механизм представляет собой « тактовый » сигнал, который может запускаться по фронту или по уровню (события, запускаемые по фронту, происходят, когда тактовый сигнал переходит с низкого на высокий, события, запускаемые по уровню, происходят, когда тактовый сигнал высокий) .

Хорошим примером этого конкретного механизма или схемы является триггер D-типа (да, странное название) — изображенный на рисунке 4.

Эта схема состоит из пяти вентилей И-НЕ (да, всеобщий любимый новый вентиль), с двумя входами и двумя выходами: вход данных (Data), тактовый сигнал (Clk), фиксированные данные (Q) и их инверсия (Q ‘ ), соответственно. Те, кто уже знаком с последовательной логикой, также заметят расположение триггеров SR справа от рисунка.

Триггер D-типа работает очень просто: когда Clk высокий (1), выход Q устанавливается в значение Data (0 или 1) в этот момент времени.Когда Clk низкий (0), Q сохраняет свое значение / состояние независимо от значения данных. Q ‘всегда является обратным Q.

Рис. 4. Тактовый триггер D-типа

Конечно, это может показаться несколько тривиальным примером, но давайте посмотрим на 74HC173 — интегральную схему, которая объединяет несколько триггеров D-типа в одном корпусе.

4-битный регистр из триггеров D-типа

74HC173 — это четырехканальная флип-флип микросхема D-типа. Однако эта ИС не просто содержит четыре изолированных триггера D-типа — она ​​использует общие часы между ними, позволяя синхронно хранить 4 бита информации в одном тактовом импульсе! И это, по сути, позволяет вам использовать IC как 4-битный регистр.

Рисунок 5. Логическая схема 74HC173 IC

74HC173 содержит более сложный массив триггеров D-типа, чем базовая конфигурация, рассмотренная на рисунке 4, поскольку схемы включают некоторые дополнительные функции:

1. Обычный синхронизирующий механизм (вывод CP) — работает как положительный фронт.
2. Контакты разрешения данных (E1 и E2) — это позволяет триггерам «игнорировать» тактовый сигнал, что полезно в более сложных схемах цифровых схем.
3. Выходы режима с тремя состояниями (OE1 и OE2) — это полезно при подключении выходных контактов в конфигурации шины.
4. Вывод «общего сброса» (MR) — сбрасывает все выходные значения Q на 0.

Чтобы понять это на практическом уровне, на рисунке 6 показана распиновка 74HC173, где D _x — выводы данных, а Q _x — выводы вывода. Также показаны общие контакты (CP, E1 и E2, OE1 и OE2 и MR).

Рисунок 6. Распиновка микросхемы 74HC173.

74HC173 — отличный чип для изучения и используется в широком спектре приложений. Его работа и особенности делают его идеальным для использования в качестве 4-битного регистра.Дальнейшее изучение может быть выполнено с помощью таблицы данных 74HC173. Или, чтобы попробовать, почему бы не проверить наш склад 74HC173s и запасных частей для исследования IC.

Для любопытных, наша следующая заметка: ROM & RAM: An Introduction to Computer Memory исследует, как концепция регистров может быть использована для создания компьютерной памяти.

Вам также могут понравиться:

Примечание № 2

Примечание № 9

Примечание № 4

Ознакомьтесь с нашими электронными наборами DIY:

СХЕМА И ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

---

---

Изучив этот раздел, вы сможете:

— Используйте символы в принципиальных схемах.

— Перечислите качества хорошей схемы и нарисуйте схему.

— Работа по инженерному эскизу.

— Ссылка на компонент на схеме.

— Нарисуйте логическую схему и интерпретируйте логические символы.

— Знать функции логических элементов AND, OR, NAND, NOR и INVERTER.

В этом разделе вы будете изучать два похожих рисунка: схематический и логические схемы. Эти рисунки обычно приходят после предварительного чертежи, блочная и однолинейная схема.

СХЕМА

Схематический чертеж является символическим представлением данных и компонентов. используется в электронной схеме. Вы узнаете, как в схеме используются символы из электронного языка. Сервис, продажа, производство, и инженеры не могут адекватно общаться по электронике устройство без помощи схематического или логического рисунка. Путь подключенные компоненты информируют читателя об их функциях.В функция будет дополнительно объяснена, когда вы добавите значения, рейтинги, допуски, и каталожные номера компонентов, фиг. 1.

Инженеры и руководители проекта предоставят вам эскизы схемы. с которого работать. Эскизы, данные вам как начинающему рисовальщику будут официально выложены. Затем по мере роста ваших навыков и знаний, эскизы будут только приблизительными схемами схемы, РИС. 2. Схема рисунок можно выложить разными способами.Никакие два составителя не будут организовывать рисунок точно так же. Однако они должны следовать некоторым основным принципы. Эти принципы будут обсуждаться позже в этом разделе.

РИС. 1. A — Схема транзисторного усилителя. B — добавить дополнительную информацию. главным образом, чтобы помочь техническому специалисту найти неисправность в цепи.

РИС. 2. A — Формальный инженерный вклад разработчику. B — Инженерное дело ввод представлен в виде чернового наброска.

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ

При составлении схемы ваши обязанности:

1. Организовать схему в соответствии с указанным форматом бумаги. Часто схемы должны вписываться в книги. Это требует, чтобы вы набросали свои рисунки до размера, который поместится в книге, или может быть уменьшен соответствующим образом, чтобы соответствовать размеру книги. книга.

2. Нанести соответствующие символы и справочные данные для каждого компонента. Этот будет достигнуто за счет понимания американского национального Стандарт института стандартов (ANSI) Y32.1 6 Условные обозначения для электрических и электроника, Y32.2 Графические символы для электротехники и электроники Диаграммы и логические схемы Y32.14, графические символы (AIEE / IEEE91).

3. Для создания общих заметок, легенд или подробных заметок, объясняющих особенности схемы.

4. Соблюдать общие правила при составлении схемы.

ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ СХЕМАТИКИ

Все чертежи имеют общие правила создания.Схема следует рисовать по следующим правилам:

1. Нормальный поток сигналов должен идти слева направо, сверху вниз. An Примером может служить радиосхема, фиг. 3. Антенна (вход) должна быть в верхнем левом углу бумаги. Динамик (выход) должен быть включен правая сторона.

2. Линии должны располагаться на расстоянии не менее 10 мм (3/8 дюйма) друг от друга.

3. Высота надписи должна составлять 5/32 дюйма (4 мм). Это требование необходимо для микрофильмирования и

фото-редукции рисунков.

4. Линии между компонентами должны проходить по кратчайшему пути.

5. Соединительные линии должны иметь минимум пересечений и изгибов, ИНЖИР. 4 А и Б.

6. Длинные параллельные линии следует располагать группами, желательно по три группе, фиг. 4 B и C.

7. Избегайте четырехсторонних связующих точек или четырехсторонних соединений, РИС. 5.

8. Источники питания должны подниматься вверх, а линии заземления должны опускаться, как показано на рисунке. на фиг.6.

9. Все линии будут проходить горизонтально или вертикально и соединяться под углом 90 градусов. углы, фиг. 7. Единственное исключение — триггер или кроссовер. к этому правилу.

РИС. 3. Схема, показывающая поток сигналов слева направо. Сигнал путешествует от антенны к динамику справа.

РИС. 4. Пример того, как справиться с бегом трусцой, кроссовером и параллелью. линий. A — Глаз не может легко следить за линией. B — перегруппировка и периодическая интервал помогает.C — Периодические толстые линии — один из распространенных методов улучшения читаемость.

РИС. 5. Соединения и методы кроссовера, используемые на схемах. A — устаревший метод. B — Метод без точки делает только одно соединение в заданном месте. C — Наиболее предпочтительным является метод, использующий одиночное соединение с точкой. Это помогает путешествовать взгляд читателя, когда он сканирует строку. D — Избегайте четырехсторонних связующих точек на случай вы забываете точку.

РИС. 6. A — Пример источников питания вверху и линий заземления вниз.Некоторые инженеры предпочитают тяжелые автобусные линии для заземления и силовых линий. B — Когда многие линии будут пересечены, используйте общий символ заземления и символ питания. Примечание: + 5В нижней цепи не идет на верхнюю часть листа. Он просто идет вверх. Это сохраняет пересекающиеся линии и упрощает рисование. читать.

РИС. 7. A — Пример нормальных линий. Все рисуются горизонтально или вертикально с соединениями, выполненными под прямым углом.B — схема триггера это исключение. Для отображения функции кроссовера используются диагональные линии.

СПРАВОЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условные обозначения представляют собой комбинации букв и цифр. ИНЖИР. 8. Они используются для идентификации компонентов, показанных на схеме. Ссылка обозначение должно располагаться как можно ближе к графическому обозначению.

РИС. 8. A — Пример компонентов и их условные обозначения.B — Как правильно пронумеровать компоненты.

Нумерация компонентов должна быть последовательной, начиная с вверху слева и слева направо, сверху вниз. Когда предметы исключены из-за изменений чертежей, остальные элементы не перенумерован. Но вы создаете таблицу, чтобы показать недостающие или иногда забытые десять чисел, фиг. 9.

Размещение ссылок будет продиктовано разработкой каждой компании. стандарт.Большинство компаний будут следовать методам, показанным на фиг. 10. К сэкономить место на переполненной схеме, некоторые компании предпочитают метод1. Когда схема переполнена, и линии должны располагаться на минимальном расстоянии кроме того, метод (B) является предпочтительным способом ссылки на компоненты.

РИС. 12. Последовательные и параллельные схемы. Потенциал изменится на каждый перекресток. Обратите внимание на цифры в примерах. Каждое число представляет новый или другой потенциал.

ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Логические чертежи — это схемы, представляющие логические элементы и их взаимосвязи. Чаще всего они не отображают элементы компонента. или внутренние детали. Они будут использовать символы и дополнительные данные для описать функцию каждого элемента. Символы для логических схем: описаны в графических символах для логических диаграмм (устройства с двумя состояниями) ANSI Y32.14.

ВИДЫ ДИАГРАММ

Есть два основных типа логических схем, основная и подробная схема, ИНЖИР.15. На базовой схеме показаны логические функции и их взаимосвязь. отправляется без привязки к физическим отношениям. Он использует логические символы показать основную концепцию схемы. Подробные схемы берут базовые информацию и добавить специфические или нелогические данные. Эти данные могут включать номера контактов, контрольные точки и другие необходимые физические элементы.

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В логических схемах используется несколько элементов. Это: AND, NAND, ИЛИ, ИЛИ и ИНВЕРТОРНЫЕ ВОРОТА, а также операционные усилители, триггеры, Триггеры Шмитта, декодеры, счетчики, регистры сдвига и генераторы.Это одни из наиболее часто используемых элементов.

РИС. 13. Влияние последовательной цепи и параллельной цепи. A — Лампы в ряд. B — При последовательном включении все лампы погасли. C — Лампы в параллели. D — горит гирлянда ламп, за исключением параллельной перегоревшей лампы. схема.

РИС. 14. Параллельно-последовательная схема, показанная до А и после составителя. переставил. В примере B компоненты выровнены так, чтобы надписи могли делаться на общей линии, что упрощает чтение схемы.

РИС. 15. Две наиболее часто используемые логические схемы. A — Базовая логика диаграмма. B — Подробная логическая схема.

РИС. 16. Символ логического элемента И, его схема и таблица истинности.

УСЛОВИЯ ЛОГИКИ

Логический элемент И — схема затвора с более чем одним входным выводом, фиг. 16. Выходной сигнал не будет производиться, если на все входы не будет подан импульс. одновременно. В двоичных схемах все входы должны быть равны «1», чтобы получить выход. «1».Если какой-либо из входов равен нулю, выход будет равен нулю.

вентиль ИНВЕРТОРА — схема, которая принимает положительный входной сигнал и помещает выводит отрицательный сигнал или наоборот, фиг. 17. Имеет один вход и один выход. Его часто называют схемой НЕ, поскольку она производит обратное входа.

вентили И-НЕ — комбинация функций НЕ и И, фиг. 18. Имеет два или более входа и один выход. На выходе будет логический «0», если все входы равны «1».Если какой-либо вход переходит в «0», выход переходит в «1». С логика противоположной полярности, вентиль этого типа становится вентилем ИЛИ-НЕ.

вентиль ИЛИ. Схема ИЛИ выполняет функцию создания выходного сигнала. всякий раз, когда на какой-либо один (или несколько) его входов подается питание, фиг. 19.

вентиль ИЛИ-НЕ — комбинация функций ИЛИ и НЕ, фиг. 20. Будет выход «0», если какой-либо вход является логической «1» и логической «1», только если все входы — логический «0». С противоположной логической полярностью этот вентиль может стать воротами NAND.

Операционный усилитель

(операционный усилитель) — усилитель, выполняющий различные математические функции. операции. Их можно использовать для сложения, вычитания, усреднения, интегрирования и дифференцировать. Он может иметь один вход и выход, фиг. 21.

РИС. 17. Символ ИНВЕРТОРА (НЕ), его схема и таблица истинности.

РИС. 18. Логический элемент И-НЕ, его схема и таблица истинности.

РИС. 19. Логический элемент ИЛИ со схемой и таблицей истинности.

РИС. 21. Операционный усилитель с двумя входами (ОУ) с внешними резисторами. добавлен к символу.

РИС. 20. Символ NOR, его схема и таблица истинности.

РИС. 22. A — Символ триггера и схема функции триггера. B — Другой тип триггера.

Триггер — триггер, фиг. 22, это устройство, устойчивое в любом двух государств. При срабатывании входного или тактового импульса триггер переходит из одного стабильного состояния в другое.Например, если один из его выходы, называемые Q, начинаются с 1, после входного импульса он будет равен 0.

Самым распространенным триггером является тип JK. Другой тип — установка-сброс (RS) триггер. Для некоторых типов требуется как входной импульс, так и «разрешение». пульс.

Триггер Шмитта — бистабильный генератор импульсов, в котором выходной импульс постоянного уровня существует только до тех пор, пока вход постоянен, фиг. 23.

Фиг.23

Декодер — устройство для преобразования комбинации сигналов в один сигнал. Часто используется для извлечения информации из сложного сигнала или закодированного сигнала. сигнал, фиг. 24.

РИС. 24. Декодер с четырьмя входами и десятью выходами.

РИС. 25. Обозначение схемы счетчика. Устройство может считать вверх или вниз Счетчик — логическое устройство, которое подсчитывает входные импульсы, фиг. 25. Это может считаться входящие импульсы, а затем выходящие после получения заранее определенного количества.Счетчик может считать в большую или меньшую сторону. Регистр сдвига — схема, которая может переносить информацию с одного триггера в цепочку на соседний триггер. провал при приеме тактового импульса, фиг. 26.

Генератор — электронное устройство, вырабатывающее переменный ток заданные частоты,

РИС. 26. A — Символ регистра сдвига. Устройство используется для передачи данных. B — Четыре триггера, используемые в качестве четырехступенчатого регистра сдвига.

РИС.27. Схема генератора предназначена для приема импульсов напряжения. и производят ток, который периодически меняет направление на противоположное. Как правильно рисовать осцилляторы и другие элементы правильно в логической схеме, вы должны следовать некоторым основные правила.

Правила построения логических схем

1. Нарисуйте каждое устройство так, чтобы вход находился слева или сверху элемента.

2. Выходы логических элементов должны идти вправо или вниз.

3.Основные правила для схем применимы также к логическим схемам.

4. Нумерация логических элементов будет по физическим позициям в оборудование. Это правило будет отличаться от пронумерованной схемы. слева направо и сверху вниз без учета физического положения.

ВОПРОСЫ НА ОБЗОР

1. Длинные параллельные линии должны быть расположены группами по _____ (сколько).

2. Перечислите обязанности составителя чертежа при рисовании схемы.

3. В каком направлении должен течь сигнал схемы?

4. Почему нам следует избегать четырехсторонних связующих точек?

5. Что такое условные обозначения?

6. В каком символе можно использовать диагональные линии разводки?

а. И

г. Операционный усилитель.

г. NOR

г. Резкий поворот.

7. Что такое параллельная цепь? Набросайте один.

8. Какой стандартный источник символов для логических схем?

9.Каковы два основных типа логических схем?

10. Перечислите основные логические элементы.

ПРОБЛЕМЫ

PROB. 1. Нарисуйте формальную схему установленных на панели компонентов для радиоприемник AM-FM, показанный на фиг. 28. Нарисуйте пергамент размера «А». Добавить ссылку обозначения и внесите соответствующие изменения в символы.

PROB. 2. Подготовьте схему передатчика AM, показанного на фиг. 2 9. Сделайте набросок схемы перед тем, как перейти к окончательному чертежу.

PROB. 3. Нарисуйте схему транзисторного усилителя, показанного на фиг. 30. Добавьте правильные ссылочные обозначения для всех компонентов.

РИС. 27. Регулятор частоты генератора устанавливает его частоту.

PROB. 4. Создайте формальную схему двухтактного усилителя, показанного на фиг. 31.

PROB. 5. Нарисуйте схему генератора, показанного на фиг. 32. ПРОБ. 6. Создайте логический чертеж частичной схемы, показанной на фиг.33.

PROB. 7. На листе размером «А» нарисуйте логическую схему. показанный на фиг. 34.

РИС. 28. Нарисуйте схему компонентов радиоприемника AM-FM, монтируемых на панели.

РИС. 29. Нарисуйте схему передатчика AM.

РИС. 30. Нарисуйте схему транзисторного усилителя.

РИС. 31. Нарисуйте схему двухтактного усилителя.