Тема 5.3 Логічні елементи

Елементною базою цифрової техніки є логічні елементи, які компонуються разом із запам'ятовуючими пристроями.

Логічні елементи – це електронні схеми, що відтворюють логічні функції й оперуютьлогічними величинами, які приймають тільки два значення: логічну одиницю та логічний нуль.

Найпоширенішими є елементи потенційного типу, в яких логічній одиниці відповідає рівень високого потенціалу (додатного чи від'ємного) або напруги, а логічному нулю – низький рівень (рис.5.4).

Рисунок 5.4 – Рівні напруг, що відповідають логічним величинам

 

Логічні елементи виконують логічні операції, внаслідок чого вхідна інформація перетворюється за відповідними логічними правилами у вихідну. Ці правила описуються таблицями істинності для кожної логічної операції, які формуються на основі алгебри логіки. Основними є такі функції:

  - НЕ – логічне заперечення (інверсія). Записується виразом у = х, тобто у дорівнює х;

- АБО – логічне додавання (диз'юнкція). Записується виразом  у = х₁ v х₂ , який вказує, що до логічної величини х₁ додається величина х₂ ;

- І - логічне множення (кон'юнкція). Запис цієї функції має вигляд  у = х₁ ^ х₂

Ці логічні фнкції реалізуються відповідними логічними елементами з аналогічними назвами. Елементною базою логічних пристроїв є напівпровідникові діоди чи біполярні транзистори, які утворюють схеми транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ). Найпростіші схемні реалізації вказаних логічних елементів зображено на рис.5.5.

Рисунок 5.5 – Схемна реалізація логічних елементів: а) – НЕ; б) – АБО; в) – І

 

Логічні операції, їх таблиці істинності та схемне позначення цих елементів подано в табл.5.1

На практиці рідко використовуються логічні елементи, що реалізують тільки одну операцію. В основному логічні елементи реалізують складні функції. Н а рис.5.6. подані приклади реалізації складних логічних операцій І-НЕ та АБО-НЕ на основі простих логічних елементів.

Рисунок 5.6 – Схемна реалізація складних логічних функцій: а) – І-НЕ; б) – АБО-НЕ

 

Таблиця 5.1

 

 

Тема 5.3 Тригери

 

Тригери – пристрої, які характеризуються двома стійкими станами рівноваги, а стрибкоподібний перехід із одного стану в інший здійснюється за наявності зовнішнього керуючого імпульсу (сигналу) (рис.5.7). Зазвичай, схеми тригерів реалізуються з використанням біполярних транзисторів, які працюють в ключових режимах. Перехід від закритого стану транзистора ( u _вих = U _КЕ ) до в і дкритого           ( u _вих = 0) здійснюється за допомогою керуючого імпульсу, що подається на бази транзисторів.

Рисунок 5.7 – Структурна схема тригера

 

В даний час тригери є базовими елементами цифрової техніки, тому їх схемна реалізація виконується з використанням логічних елементів АБО-НЕ чи І-НЕ. Тобото, тригерний ефект поєднується з логічними операціями, що значно розширює їх сферу використання. Такий пристрій містить тригер і логічний пристрій керування (ЛПК) (рис.5.7,б), який перетворює вхідну інформацію. Виділяють два входи: інформаційний вхід А і синхронізуючий вхід С.

За способом запису інформації тригери поділяються на асинхронні (використовується тільки вхід А) і синхронні (запис інформації відбувається тільки за наявності дозвільного імпульсу, що поступає на вхід С). Виходи тригера: прямий (Q), тобто вихідна інформація відповідає вхідній, і інверсний (Q) – вихідна інформація є протилежною до вхідної. За своїм інформаційним призначенням їх поділяють на RS , D , T , JK- тригери.

RS - тригери мають два інформаційні входи: одиничний S і нульовий R. На рис.5.8,б подано схему RS- тригера, реалізовану на логічних елементах АБО-НЕ.

Рисунок 5.8 – Умовне позначення RS - тригера (а) та його схема (б)

на логічних елементах АБО-НЕ

 

При поданні імпульсу напруги (логічної одиниці) на вхід S і відсутності імпульсу напруги (логічний нуль) на вході R, на виходах логічних елементів АБО-НЕ отримаємо логічну одиницю Q = 1 (вихід DD1) і логічний нуль Q = 0 (вихід DD2). Ця інформація (напруги) через зворотні зв'язки поступає на входи логічних елементів, внаслідок чого встановлюються стійкий стан рівноваги, який змінюється тільки при зміні інформації на вході S.

Якщо RS - тригер виконано на логічних елементах І-НЕ (рис.5.9), то в цьому випадку Q = 1 за умови відсутності імпульсу на одиничному вході  S = 0. Такі тригери відносяться до тригерів з інверсним входом, тобто на входи потрібно подавати сигнали, протилежні до вказаних (на одиничний вхід – нуль, а на нульовий вхід – одиницю).

Рисунок 5.9 – Схемна реалізація RS - тригера на логічних елементах І-НЕ

 

D - тригери (рис.5.10) мають один інформаційний вхід D і один синхронізуючий вхід С.

Рисунок 5.10 – Схемна реалізація (а) та схемне зображення (б) D- тригера

 

Вхідні сигнали  через логічний пристрій (DD1 і DD2) проходять на входи тригера  S i R тільки за умови наявності синхронізуючого сигналу на вході С = 1. При відсутності такого сигналу логічні елементи І-НЕ (DD1 і DD2) закриті й наявність сигналу на вході D не змінює стану тригера. За умови, що на входи D і С подається логічна одиниця D = 1 і С = 1, на виході DD1 встановлюється «0» і в тригері записується інформація, яка існувала на вході D, тобто Q = 1. Такі тригери відносять до класу тригерів із затримкою часу, коли запис інформації відбувається за наявності дозволяючого (синхронізуючого) імпульсу.

JK - тригери (рис.5.11,а) відносяться до класу універсальних. У такому тригері інформаційні входи J і K є аналогічними до входів R і S у RS- тригері, а С- синхронізуючий вхід. При поданні імпульсу (логічної одиниці) на вхід (J = 1) тригер встановлюється в один із станів з Q = 1 або Q = 0. При одночасному поданні логічної одиниці на оба входи (J = 1 і K = 1) тригер змінює попередній стан на протилежний.

Окремо виділяють Т-тригери (рис.5.10,б), які мають тільки один вхід (лічильний). Кожного разу при поданні вхідного сигналу такий тригер змінює свій стан на протилежний.

Рисунок 5.10 – Схема зображення JK- тригера (а) та Т- тригера (б)

 

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: