Logic chips. Bahagi 2 - Mga Gate

Ang mga lohikal na elemento ay gumagana bilang mga independiyenteng elemento sa anyo ng mga microcircuits ng isang maliit na antas ng pagsasama, at sila ay kasama sa anyo ng mga sangkap sa mga microcircuits ng isang mas mataas na antas ng pagsasama. Ang ganitong mga elemento ay maaaring mabilang nang higit sa isang dosenang.

Ngunit una, tatalakayin lamang natin ang apat sa kanila - ito ang mga elemento AT, O, HINDI, AT HINDI. Ang mga pangunahing elemento ay ang unang tatlo, at ang elemento ng AND-HINDI ay isang kombinasyon ng mga elemento ng AT AT HINDI. Ang mga elementong ito ay maaaring tawaging "bricks" ng digital na teknolohiya. Una kailangan mong isaalang-alang kung ano ang lohika ng kanilang pagkilos?

Alalahanin ang unang bahagi ng artikulo sa mga digital na circuit. Sinabi na ang boltahe sa input (output) ng microcircuit sa loob ng 0 ... 0.4 V ay isang antas ng logic zero, o isang mababang antas ng boltahe. Kung ang boltahe ay nasa loob ng 2.4 ... 5.0 V, kung gayon ito ang antas ng isang lohikal na yunit o isang mataas na antas ng boltahe.

Ang katayuan ng pagpapatakbo ng K155 series microcircuits at iba pang mga microcircuits na may 5V supply boltahe ay nailalarawan sa pamamagitan ng tiyak na mga antas. Kung ang boltahe sa output ng microcircuit ay nasa hanay na 0.4 ... 2.4V (halimbawa, 1.5 o 2.0V), pagkatapos ay maaari mo nang isipin ang tungkol sa pagpapalit ng microcircuit na ito.

Praktikal na payo: upang matiyak na ang microcircuit na ito ay mali sa output, dapat mong idiskonekta mula dito ang pagpasok ng microcircuit na sumusunod dito (o maraming mga input na konektado sa output ng microcircuit na ito). Ang mga input na ito ay maaari lamang "upuan" (labis na labis) ang output chip.

Mga Kombensiyon ng Grapiko

Ang mga graphic na simbolo ay isang rektanggulo na naglalaman ng mga linya ng input at output. Ang mga linya ng pag-input ng mga elemento ay matatagpuan sa kaliwa, at ang mga linya ng output sa kanan. Ang parehong naaangkop sa buong mga sheet na may mga circuit: sa kaliwang bahagi, ang lahat ng mga signal ay input, sa kanan ay mga output. Ito ay tulad ng isang linya sa isang libro - mula kaliwa hanggang kanan, mas madaling maalala ito. Sa loob ng rektanggulo ay isang kondisyon na simbolo na nagsasaad ng pag-andar na isinagawa ng elemento.

Lohikal na elemento AT

Sinimulan namin ang pagsasaalang-alang ng mga lohikal na elemento na may elemento I.

Larawan 1. Ang lohikal na elemento AT

Ang graphic designation nito ay ipinapakita sa Figure 1a. Ang simbolo ng And function ay ang Ingles na simbolo "&", na sa Ingles ay pumapalit sa unyon "at", dahil pagkatapos ng lahat, lahat ng "pseudoscience" na ito ay naimbento sa sinumpaang burgesya.

Ang mga input ng elemento ay itinalaga bilang X na may mga indeks 1 at 2, at ang output, bilang isang function ng output, sa pamamagitan ng letrang Y. Ito ay simple, tulad ng sa matematika ng paaralan, halimbawa, Y = K * X o, sa pangkalahatang kaso, Y = f (x). Ang isang elemento ay maaaring magkaroon ng higit sa dalawang mga input, na kung saan ay limitado lamang sa pagiging kumplikado ng problema na nalutas, ngunit maaari lamang magkaroon ng isang output.

Ang lohika ng elemento ay ang mga sumusunod: ang isang mataas na antas ng boltahe sa output Y ay magiging lamang kapag At sa input X1 At sa input X2 magkakaroon ng isang mataas na antas ng boltahe. Kung ang elemento ay may 4 o 8 na pag-input, kung gayon ang ipinahiwatig na kondisyon (mataas na antas) ay dapat nasiyahan sa lahat ng mga pag-input: I-at input 1, I-at input 2, I-at input 3 ... .. At-sa input N. sa kasong ito, ang output ay magiging isang mataas na antas din.

Upang mas madaling maunawaan ang lohika ng pagpapatakbo ng And element, ang analog nito sa anyo ng isang contact circuit ay ipinakita sa Figure 1b. Dito, ang output ng elemento Y ay kinakatawan ng lampara HL1. Kung ang lampara ay naiilawan, pagkatapos ay tumutugma ito sa isang mataas na antas sa output ng elemento I. Kadalasan ang mga naturang elemento ay tinatawag na 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Ang unang numero ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga input.

Tulad ng mga senyas ng input ng X1 at X2, ang mga ordinaryong "kampanilya" na butones ay ginagamit nang hindi nag-aayos. Ang bukas na estado ng mga pindutan ay isang mababang antas ng estado, at ang saradong estado ay natural na mataas. Bilang isang mapagkukunan ng kuryente, ang diagram ay nagpapakita ng isang galvanic na baterya. Habang ang mga pindutan ay nasa bukas na estado, ang lampara, siyempre, ay hindi lumiwanag. Ang lampara ay i-on lamang kapag ang parehong mga pindutan ay pinindot nang sabay-sabay, i.e. I-SB1, I-SB2.Ganito ang lohikal na koneksyon sa pagitan ng input at output signal ng elemento I.

Ang isang visual na representasyon ng pagpapatakbo ng elemento ng AT ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtingin sa diagram ng oras na ipinapakita sa Figure 1c. Sa una, ang isang mataas na antas ng signal ay lilitaw sa input X1, ngunit walang nangyari sa output Y, mayroon pa ring isang mababang antas ng signal. Sa input X2, ang signal ay lilitaw na may ilang pagkaantala na nauugnay sa unang input, at isang mataas na antas ng signal ay lilitaw sa output Y.

Kapag ang signal sa input X1 ay mababa, ang output ay nakatakda rin sa mababa. O kaya, upang ilagay ito ng isa pang paraan, ang isang mataas na antas ng signal ay gaganapin sa output hangga't ang mga signal na may mataas na antas ay naroroon sa parehong mga input. Ang parehong maaaring masabi ng higit pang mga elemento ng multi-input ng I: kung ito ay 8-I, pagkatapos ay upang makakuha ng isang mataas na antas sa output, ang mataas na antas ay dapat gaganapin sa lahat ng walong mga pag-input nang sabay-sabay.

Kadalasan sa sanggunian ng sanggunian, ang estado ng output ng mga elemento ng logic depende sa mga signal ng input ay ibinibigay sa anyo ng mga talahanayan ng katotohanan. Para sa isinasaalang-alang na elemento 2-I, ang talahanayan ng katotohanan ay ipinapakita sa Figure 1d.

Ang talahanayan ay medyo katulad sa multipliko talahanayan, mas maliit lamang. Kung pinag-aralan mo ito nang mabuti, mapapansin mo na ang isang mataas na antas sa output ay magiging lamang kapag ang isang mataas na antas ng boltahe o, kung ano ang parehong bagay, isang lohikal na yunit ay naroroon sa parehong mga input. Sa pamamagitan ng paraan, ang paghahambing ng talahanayan ng katotohanan sa talahanayan ng pagpaparami ay malayo sa hindi sinasadya: alam ng lahat ng mga talahanayan ng katotohanan ng electronics, ayon sa sinasabi nila, sa pamamagitan ng puso.

Gayundin, ang pag-andar At maaaring inilarawan sa algebra ng lohika o boolean algebra. Para sa isang elemento ng dalawang input, ang formula ay magiging ganito: Y = X1 * X2 o ibang anyo ng pagsulat Y = X1 ^ X2.

Lohikal na elemento O

Susunod ay titingnan namin ang OR gate.

Larawan 2. Logic gate O

Ang graphic designation nito ay katulad ng AT elementong napagmasdan, maliban na sa halip ng & simbolo para sa AND function, ang numero 1 ay nakasulat sa loob ng parihaba, tulad ng ipinapakita sa Figure 2a. Sa kasong ito, nangangahulugan ito ng pag-andar O. Sa kaliwa ay ang mga input X1 at X2, na, tulad ng sa kaso ng And And function, ay maaaring maging higit pa, at sa kanan ang output, na ipinahiwatig ng letrang Y.

Sa anyo ng isang formula ng Boolean algebra, ang OR function ay nakasulat bilang Y = X1 + X2.

Ayon sa pormula na ito, ang Y ay magiging totoo kapag O sa input X1, O sa input X2, O sa parehong mga pag-input magkakaroon kaagad ng isang mataas na antas.

Ang diagram ng contact na ipinakita sa Figure 2b ay makakatulong upang maunawaan kung ano ang nasabi na: ang pagpindot sa alinman sa mga pindutan (mataas na antas) o parehong mga pindutan nang sabay-sabay ay magdulot ng glow (mataas na antas). Sa kasong ito, ang mga pindutan ay ang mga signal signal X1 at X2, at ang ilaw ay ang signal ng signal Y. Upang gawing mas madaling maalala, ipinapakita ng Mga figure 2c at 2d ang diagram ng tiyempo at ang talahanayan ng katotohanan, ayon sa pagkakabanggit: sapat na upang suriin ang pagpapatakbo ng ipinakita na circuit ng contact na may diagram at talahanayan, tulad ng lahat ng mga katanungan mawawala.

Logic element HINDI, inverter

Tulad ng sinabi ng isang guro, sa digital na teknolohiya walang mas kumplikado kaysa sa isang inverter. Marahil ito ay sa katunayan.

Sa algebra ng lohika, ang operasyon ay HINDI tinatawag na pag-iikot, na nangangahulugang negation sa Ingles, iyon ay, ang antas ng signal sa output ay tumutugma nang eksakto sa kabaligtaran sa signal signal, na mukhang Y = / X sa anyo ng isang pormula

(Ang slash bago X ay nagpapahiwatig ng aktwal na pagbabalik. Karaniwan, ang salungguhit ay ginagamit sa halip na ang slash, bagaman ang notasyong ito ay lubos na katanggap-tanggap.).

Ang graphic na simbolo ng elemento ay HINDI isang parisukat o parihaba sa loob kung saan nakasulat ang numero 1.

Larawan 3. Inverter

Sa kasong ito, nangangahulugan ito na ang elementong ito ay isang inverter. Mayroon lamang isang input X at output Y. Ang linya ng output ay nagsisimula sa isang maliit na bilog, na aktwal na nagpapahiwatig na ang sangkap na ito ay isang inverter.

Tulad ng sinabi, ang isang inverter ay ang pinaka kumplikadong digital circuitry.At ito ay nakumpirma sa pamamagitan ng kanyang scheme ng pakikipag-ugnay: kung bago ang mga pindutan lamang ay sapat na, ngayon isang relay ay naidagdag sa kanila. Habang ang pindutan ng SB1 ay hindi pinindot (lohikal na zero sa input), ang relay K1 ay de-energized at ang mga normal na sarado na contact ay nakabukas sa ilaw ng HL1, na tumutugma sa isang lohikal na yunit sa output.

Kung pinindot mo ang pindutan (mag-apply ng isang lohikal na yunit sa input), i-on ang relay, magbubukas ang mga contact ng K1.1, lalabas ang ilaw, na tumutugma sa isang lohikal na zero sa output. Ang nasa itaas ay nakumpirma ng diagram ng oras sa Larawan 3c at talahanayan ng katotohanan sa Figure 3d.

Lohikal na elemento AT HINDI

Ang AND gate ay HINDI isang kombinasyon ng AND gate at HINDI gate.

Larawan 4. Ang lohikal na elemento AT HINDI

Samakatuwid, ang simbolo at (lohikal AT) ay naroroon sa graphic na simbolo nito, at ang exit line ay nagsisimula sa isang bilog na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang inverter sa komposisyon.

Ang contact analog ng elemento ng logic ay ipinapakita sa Figure 4b, at, kung titingnan mo nang malapit, halos kapareho ito sa analog ng inverter na ipinakita sa Figure 3b: ang bombilya ay naka-on din sa pamamagitan ng normal na saradong mga contact ng relay K1. Tunay na ito ang inverter. Ang relay ay kinokontrol ng mga pindutan ng SB1 at SB2, na tumutugma sa mga input ng X1 at X2 ng AND gate. Ipinapakita ng diagram na ang relay ay i-on lamang kapag ang parehong mga pindutan ay pinindot: sa kasong ito, ang mga pindutan ay gumanap ng & function (lohikal AT). Sa kasong ito, ang lampara sa output ay lumabas, na tumutugma sa estado ng lohikal na zero.

Kung ang parehong mga pindutan ay hindi pinindot, o hindi bababa sa isa sa kanila, kung gayon ang relay ay hindi pinagana, at ang ilaw sa output ng circuit ay nasa, na tumutugma sa antas ng isang lohikal na yunit.

Mula sa nabanggit, makakagawa tayo ng mga sumusunod na konklusyon:

Una, kung hindi bababa sa isang input ay may isang lohikal na zero, kung gayon ang output ay magiging isang lohikal na yunit. Ang parehong estado sa output ay nasa kaso kapag ang mga zero ay naroroon sa parehong mga pag-input nang sabay-sabay. Ito ay isang napakahalagang pag-aari ng mga elemento ng AT-HINDI: kung ikinonekta mo ang parehong mga pag-input, kung gayon ang elemento ng AND-HINDI ay nagiging isang inverter - ginagawa lamang nito ang pag-andar ng HINDI. Pinapayagan ka ng ari-arian na ito na hindi ka maglagay ng isang espesyal na chip na naglalaman ng anim na mga inverters nang sabay-sabay, kung kinakailangan lamang ng isa o dalawa.

Pangalawa, ang zero sa output ay maaaring makuha lamang kung "mangolekta" sa lahat ng mga input ng pagkakaisa. Sa kasong ito, angkop na pangalanan ang isinasaalang-alang na elemento ng lohikal na 2I-HINDI. Sinabi ng dalawa na ang elementong ito ay two-input. Sa halos lahat ng mga serye ng mga microcircuits, mayroon ding 3, 4 at walong input na elemento. Bukod dito, ang bawat isa sa kanila ay may isang paraan lamang. Gayunpaman, ang elementong 2I-HINDI ay itinuturing na isang pangunahing elemento sa maraming serye ng mga digital na microcircuits.

Sa iba't ibang mga pagpipilian para sa pagkonekta sa mga input, maaari kang makakuha ng isa pang kamangha-manghang pag-aari. Halimbawa, ang pagkonekta sa tatlong mga input ng elemento ng walong-input na 8I-HINDI magkasama, nakuha namin ang elementong 6I-HINDI. At kung ikinonekta mo ang lahat ng 8 mga pag-input nang magkasama, nakakakuha ka lamang ng isang inverter, tulad ng nabanggit sa itaas.

Natapos nito ang kakilala sa mga elemento ng lohikal. Sa susunod na bahagi ng artikulo, isasaalang-alang namin ang pinakasimpleng mga eksperimento na may mga microcircuits, ang panloob na istraktura ng mga microcircuits, mga simpleng aparato, tulad ng mga generator ng pulso.

Boris Aladyshkin

Pagpapatuloy ng artikulo: Logic chips. Bahagi 3

Comments

[#1 Maxim]

Noong nakaraan, kapag ang isang sistema na may lohikal na circuit ay idinisenyo, ang tanging paraan upang maging ganap na sigurado sa gawain nito kasama ang mga sangkap na tinukoy sa proyekto ay lumikha ng isang prototype sa laboratoryo. Ngayon, ang mga nasabing disenyo ay lipas na; Maaari kaming "bumuo" ng isang sistema sa isang simulator gamit ang dalubhasang mga programa na maaaring tumakbo sa isang desktop computer.