Тақырып: Логикалық элементтер

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Негізгі логикалық элементтер.

2. «НЕМЕСЕ – ЕМЕC» және «ЖӘНЕ –ЕМЕС» логикалық элементтер.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Электронды есептеу машиналарының, цифрлы өлшеуіш аспаптарының, өндірістік автоматты қондырғылардың негізінде логикалық элементтер деп аталатын қарапайым тізбектер жатады. Бұл тізбектерде ескерілетін шама — олардың кірмесі мен шықпасындағы кернеулердің бары не жоғы немесе олардың потенциалдық деңгейлері. Кернеудің бары немесе жоғарғы деңгейі «I» деп, ал оның жоғы немесе төменгі деңгейі «0» деп алынады. Осы себепті де жоғарыда аталған құрылғыларда екілік санау жүйесі қолданылады. Екілік санау жүйесін қолдану «ЕМЕС», «ЖӘНЕ», «НЕМЕСЕ» деп аталатын қарапайым үш түрлі тізбекті барлық логикалық және цифрлық құрылғылардың негізіне алуға мүмкіндік береді.

«ЕМЕС» логикалық элементі пайымдалған тұжырымды теріске шығару операциясын орындайды. Мұны логикалық алгебрада А= деп жазады да, «А деген В емес» деп оқиды. Ендеше нөлді бірлік теріске шығарады ( ) да, ал бірлікті нөл теріске шығарады ( ). 11.1, а-суретте «ЕМЕС» логикалық элементін транзистордың көмегімен орындау сұлбасы келтірілген. Егер кірмеге кернеу берілсе (А=1), онда транзистор ашылады да қорек көзінің кернеуі түгел дерлік R_к резисторына түседі. Сондықтан шықпада кернеу нелге тең деп алуға болады, яғни . Кірмелік сигнал жоқ кезде (А=0) транзистордың кедергісі R_к резисторының кедергісінен әлдеқайда көп болатындықтан шықпаның кернеуі шамамен қорек көзінің кернеуіне тең болады, яғни . Былайша айтқанда «А бар болса В жоқ», «А жоқ болса В бар».

«ЖӘНЕ»элементі (11.2, а-сурет) С=А×В логикалық көбейту амалын орындайды. Бұл «С айтымы дұрыс, егер А және В айтымдары дұрыс болса» деген ұғымды білдіреді. Басқаша айтқанда «С бар, егер А да жене В да бар болса». Шықпалык кернеу R_к резисторынан алынатындықтан, ондағы кернеу VТ1 және VТ2 транзисторлары анық болғанда ғана пайда болады. Ал траңзисторлардың екеуі де ашық болуы үшін А және В кірмелерінің екеуіне де сигнал беру керек. Күй кестесінен көрініп тұрғандай, С=1, егер А=1 және В=1 болса. Басқа жағдайлардың барлығында да С=0.

«НЕМЕСЕ» элементі С=А+Влогикалық қосу амалын орындайды. Бұл «С айтымы дұрыс, егер А айтымы дұрыс болса немесе В айтымы дұрыс болса» деген ұғымды білдіреді. Басқаша айтқанда «С бар, егер А бар болса немесе В бар болса». «НЕМЕСЕ» элементін диодтардың көмегімен құрған тізбекте (11.3, а-сурет) шықпалық кернеу кірмелердің біреуіне кемесе екеуіне де кернеу берген жағдайда пайда болады.

Тізбектің күй кестесінен көрініп тұрғандай С=1, егер А=1 де В=1 немесе А=1 де В=0 немесе А=0 де В=1, ал С=0, егер А=0 және В=0 болса.

11.1-сурет. «ЕМЕС» логикалық элементінің сұлбасы (а) мен күй кестесі (б) және шартты белгісі (в).

11.2-сурет. «ЖӘНЕ» элементінің электрлік сұлбасы (а) мен күй кестесі (б) жәнешартты белгісі (в).

Қарастырылған логикалық элементтерден басқа екі немесе одан да көп амалдарды орындайтын «НЕМЕСЕ—ЕМЕС» һәм «ЖӘНЕ—ЕМЕС» деп аталатын элементтер де кеңінен қолданылады.

«НЕМЕСЕ—ЕМЕС» элементінің электрлік сұлбасы, күй кестесі және шартты белгісі 11.4-суретте келтірілген. Кірмелерінде сигнал жоқ кезде транзистор жабық болатындықтан оның шықпасындағы кернеу шамамен қорек көзінің кернеуіне жуық болады, яғни А=0 және В=0 болса ғана С=1. Егер кірменің біреуіне немесе екеуіне де кернеу берілсе, онда транзистор ашылады да шықпасында кернеу шамамен нөлге тең болады, яғни С=0, егер А=1, В=1 немесе А=0, В=0 немесе А=1, В=0 немесе А=0, В=1 болса.

«ЖӘНЕ—ЕМЕС» элементінің электрлік сұлбасы, күй кестесі және шартты белгісі 11.5-суретте келтірілген. Бұл тізбекте екі кірмеге де сигнал берілген жағдайда ғана шықпада кернеу болмайды, яғни С=0, егер А=1 және В=1 болса. Қалған күйлердің барлығында да транзисторлардың біреуі немесе екеуі де жабық болатындықтан шықпада қорек көзінің кернеуіне тең кернеу болады.

11.3-сурет. «НЕМЕСЕ» элементінің электрлік сұлбасы (а) мен күй кестесі (б) және шартты белгісі (в).

11.4-сурет. «НЕМЕСЕ-ЕМЕС» элементінің электірлік сұлбасы (а) мен күй кестесі (б) және шартты белгісі (в).

«НЕМЕСЕ-ЕМЕС» һәм «ЖӘНЕ—ЕМЕС» элементтерінен триггерлерді де құрастыруға болады (11.5-сурет). Бастапқыда триггердің Q шықпасы «1» деңгейде, ал шықпасы «0» деңгейде екен делік. Бүған R, S кірмелерінде «0» деңгей сәйкес келеді. Шынында да Э1 элементінің кірмелерінде «0» болғгандықтан шықпасында «1», ал Э2 элементінің R кірмесінде «1» те, S кірмесінде «0» болғандықтан шықпасында «0» болып тұр. Триггердің S кірмесінде «1» сигнал, ал R кірмесінде «0» сигнал бергеннен оның күйі өзгермейді.

Триггердің күйін өзгерту үшін S кірмесіне «0»сигнал, ал Rкірмесіне «1» сигнал беру керек. Бұл жағдайда оның Q шықпасында «0»сигнал да шықпасында «1» сигнал пайда болады.

«ЖӘНЕ—ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггер де осы секілді жұмыс істейді. Бірақ «НЕМЕСЕ—ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггердің кірмелеріне бір уақытта «1»сигнал, ал «ЖӘНЕ—ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггердің кірмелеріне бір уақытта «0»сигналын беруге болмайды. Өйткені мұндай сигналдардан тізбектің триггерлік жұмыс күйі бұзылады.

11.5-сурет. «ЖӘНЕ-ЕМЕС» элементінің электрлік сұлбасы (а) мен күй кестесі (б) және шартты белгісі (в).

Бақылау сұрақтары:

1. Логикалық элементтер қайда қолданылады?

2. «ЖӘНЕ—ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггер қалай жұмыс істейді?

3. Екілік сигналдарды түрлендіретін қарапайым логикалық операцияларды атаңыз.

4. «Логикалық қосу» операциясын жүзеге асырытын элементтің жұмыс принципін ашып айтыныз.

5. Электрондық элементпен жүзеге асырытын логикалық функцияны қалай көрсетуге болады?