Логические элементы
Логический элемент – это электронная схема, которая имеет один или больше входов X, реализующая на каждом выходе соответствующую логическую функцию Y от входных переменных. Логические элементы являются важнейшей составной частью устройств цифровой (дискретной) обработки информации – цифровых измерительных приборов, устройств автоматики и ЭВМ. Логические элементы, как правило, выполняют на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме. В связи с этим цифровая информация представляется в виде логической переменной, принимающей всего два различных значения: логическая 1 – истинно и логический 0 – ложно.
Логические преобразования включают в себя три основные элементарные операции. Тип операции и соответствующий ей логический элемент, а также правила выполнения логических операций над двоичными переменными представлены в таблице 16.1.
Таблица 16.1
Тип элемента | Логическая операция | Таблица истинности | Условное обозначение |
ИЛИ | Логическое сложение (дизъюнкция) | Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 | |
И | Логическое умножение (конъюнкция) | Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 | |
НЕ | Логическое отрицание (инверсия) | Х Y 0 1 1 0 |
Тип логических элементов определяется совокупностью схемных и технологических признаков, характеризующих интегральные микросхемы логических элементов. Простейшие логические элементы И и ИЛИ могут быть реализованы на основе диодных ключей. Элемент НЕ обычно представляет собой транзисторный ключ с инвертирующими свойствами. Кроме рассмотренных основных логических элементов, используют комбинированные логические элементы, реализующие две (или более) логические операции, например, элементы ИЛИ – НЕ, И – НЕ. Чтобы реализовать элемент И – НЕ, к диодному
Таблица 16.2
Тип логического элемента | Схема | Условное обозначение |
Диодная логика | ||
Резистивная транзисторная логика (РТЛ) | ||
Диодно- транзисторная логика (ДТЛ) | ||
Транзисторно- транзисторная логика (ТТЛ) | ||
Логика на МДП-транзисторах с p- или n-каналом (p-МДПТЛ) (n-МДПТЛ) | ||
Интегральная инжекционная логика (И2Л) |
ключу добавляют инвертор на транзисторе. Такая схема называется диодно-транзисторной логикой (ДТЛ), а логический элемент – ДТЛ – элементом И – НЕ. Использование различных элементов в схемах существенно расширяет ряд логических операций. Наиболее широко используемые схемы логических элементов представлены в таблице 16.2.
Наиболее сложные логические операции реализуют в виде комбинаторных или последовательных схем. Комбинаторные схемы (КС) собирают из отдельных ИМС логических элементов (малой степени интеграции) или изготавливают в виде ИМС среднего уровня интеграции. Они также могут входить в состав больших интегральных схем (БИС). На рис. 16.1 приведена комбина-
а) б)
Рис. 16.1
ционная схема, реализующая логическую операцию «Исключительное ИЛИ» (неравнозначность), и ее условное обозначение.
Последовательная схема (конечный автомат) состоит из комбинационных схем и запоминающего устройства (ЗУ). Значения выходных сигналов таких схем определяется не только значением входных сигналов, но и состоянием запоминающего устройства в каждый момент времени.
Простейший конечный автомат – триггер (рис. 16.2), имеет один основной выход Q и один или несколько управляющих входов (R, S) и может иметь дополнительный (инверсионный) выход .
Последовательная схема на основе триггеров, представляющая собой параллельный регистр (регистр памяти) и ее условные обозначения показаны на рис. 16.3.
Интегральные микросхемы, на которых выполняются логические элементы, должны удовлетворять ряду требований: по быстродействию (интервал времени между сменой состояний входного и выходного сигналов); нагрузочной способности (число однотипных микросхем, подключенных к одному выходу); помехоустойчивости (допустимый уровень напряжения помехи, не вызывающий ложного срабатывания); мощности рассеяния (мощность, потребляемая от источника питания).
Дата добавления: 2015-12-22; просмотров: 1737;