Логических элементов

Быстродействие одноразрядного комбинационного сумматора характеризуется временем установления выходных сигналов суммы и переноса после установки сигналов на входах сумматора. Наиболее важным является время распространения сигнала переноса в одноразрядном сумматоре, так как при образовании многоразрядного сумматора из одноразрядных схем сигнал переноса может распространяться от разряда к разряду. Это время определяется временами задержек в логических элементах и количеством последовательно включенных элементов в схеме распространения сигнала переноса.

Тонкие магнитные пленки (ТМП) могут быть использованы как в ЗУ, так и в логических элементах ЭВМ.

а — функциональная схема; б — переходная характеристика логического элемента и схеиа включения в режиме усиления; в — кварцевый генератор на логических элементах И *- НЕ; ? — эквивалентная схема кварцевого резонатора

В качестве примера такого использования можно назвать кварцевый или LC-генератор, выполненный на логических элементах ИЛИ—НЕ или И—НЕ ( 3.34, в). Выше отмечалось, что уровни логической единицы на входе и выходе логической ИМС так же, как и уровни логического нуля, примерно совпадают. Поэтому, если подать напряжение отрицательной обратной связи с выхода логической схемы на ее вход ( 3.34, б), рабочая точка логического элемента устанавливается вблизи середины переходной характеристики. Таким образом, если теперь подавать переменное напряжение на вход логического элемента, он станет работать в режиме усиления. Эти элементы могут быть использованы в качестве усилительной части генератора высокой частоты. Роль частотно-задающего элемента выполняет резонатор ( 3.34, в, г).

Структурная и функциональная схемы не дают представления о физических процессах в логических элементах. Эти представления для каждой серии ИМС дают принципиальные схемы их базовых логических элементов.

П р и м е ч а н-и я: 1. Метки К и С применяют в комбинационных логических элементах для обозначения входов, подготавливающих и разрешающих выполнение логической операции. 2. При необходимости к буквам добавляют цифры, например SI, S2, Cl, C2 и т. д. 3. Метки S, R, 3, К, Т, D, V и С — начальные буквы английских слов.

На логических элементах могут быть построены устройства с памятью. Простейшим из них является асинхронный RS-тркг-

В современной электронике триггеры выполняются, как правило, в виде микросхем, построенных на основе логических элементов. На 8.31, а, в приведены схемы триггеров на логических элементах ИЛИ — НЕ, И — НЕ, а на 8.31, б, г показаны их условные обозначения. Допустим, что на входах /? и S сигналы равны «О» (#=0, 5=0), а на прямом выходе Q сигнал равен «1» (Q=l). Тогда на инверсном выходе Q сигнал равен «О», так как на одном из вхо-

8.31. Схемы (а, в) и условные обозначения (б, г) асинхронных ^S-триггеров на логических элементах ИЛИ — НЕ, И —НЕ

Мультивибраторы и одновибраторы могут быть выполнены на логических элементах.

На 8.54 приведена схема мультивибратора на логических элементах НЕ (в качестве которых могут быть использованы элементы ИЛИ — НЕ или И — НЕ с объединенными входами). Схема отличается от схемы 8.53 включением конденсатора С в цепь обратной связи с выхода элемента Э2 на вход элемента 3j и добавлением цепи /?х — Д± на входе элемента Э1. Состояние квазиравновесия («1» на выходе одного элемента и «О» на выходе другого) удерживается в течение времени, требуемого для перезарядки конденсатора Cj (или С2) до уровня, соответствующего порогу срабатывания элемента 32 (или Эг). После этого состояния логических элементов изменяются на противоположные и процессы повторяются. На выходах 1 и 2 мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы противоположных полярностей. Если R^—R^—R, С1=С2=С, то импульсы симметричны и мультивибратор называют симметричным. Длительность импульса определяется выражением (8.1), а частота повторения импульсов

С помощью логических элементов можно осуществлять большое число разнообразных логических операций. Например, у логических элементов, выполняющих логическую функцию ИЛИ, при подаче сигнала на любой из входов появляется сигнал на выходе. У логических элементов, выполняющих логическую функцию И, сигнал на выходе появляется лишь в том случае, если поданы сигналы на все входы. У логического элемента НЕ (НЕТ) сигнал на выходе исчезает при появлении сигнала на входе. В качестве примера использования логических элементов рассмотрим схему включения контактора К двигателя посредством электромагнитных реле и логического элемента И. Обмотка контактора К в релейном варианте ( 12.13,6) получает питание в том случае, если замкнуты все контакты реле РЛь РП2, РП3. Обмотки этих реле получают питание, если будут замкнуты входные контакты а, Ь, с. При использовании логического элемента И ( 12.13, в) обмотка контактора К получает питание, если будут замкнуты контакты в, t>, с на выходе логического элемента. Условное обозначение логических элементов И и ИЛИ приведено в табл. 12.2.

решения можно осуществить при помощи цифровых устройств на основе логических элементов. Такие устройства реализуют логическое преобразование совокупности сигналов об условиях работы в совокупность сигналов управления технологическим процессом.

В зависимости от схемотехнической реализации логических элементов сигналы на их входах и выходах имеют либо отличное от нуля напряжение (положительное или отрицательное), либо напряжение, близкое к нулю, которые принято условно отождествлять с логической единицей и нулем. При этом работу логического элемента можно описать зависимостью логического значения выходного сигнала F от совокупности логических значений входных сигналов х. Такую зависимость принято представлять таблицей истинности.

На практике часто используется расширенный набор логических элементов. К ним относятся элементы: ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), показанный на 10. 102, в и реализующий функцию

Рабочие свойства логических элементов определяет ряд параметров:

В табл. 10.4 приведено ранжирование параметров логических элементов; ранг 1 соответствует наилучшему, ранг 10 - наихудшему значению параметра. Элементы ТТЛ имеют время задержки 10-30 не, коэффициент разветвления по входу 2—8.

Таблица 10.4. Ранг параметров логических элементов

Различают несколько типов триггеров: RS-, D-, JK-триггеры и др., названия которых отражают принятые обозначения для их управляющих входов. В современной схемотехнике триггеры обычно реализуются на основе логических элементов и выпускаются промышленностью в виде микросхем. Поэтому в дальнейшем ограничимся главным образом рассмотрением функциональных возможностей различных типов триггеров, пользуясь их условными изображениями. Наибольшее практическое применение имеют асинхронные (RS-) и синхронные (D-и JK-) триггеры.

RS-трцггер (Reset—Set, т. е. сброс—установка) реализуется на основе логических элементов ИЛИ—НЕ на два входа ( 10.110, а), где обозначены прямой О и инверсный Q информационные выходы. Работу /?5-триггера иллюстрирует таблица истинности на 10.110, б, где указаны значения сигналов на управляющих входах R и S в некоторый момент времени / и соответствующие им значения на выходе Q в момент времени / + 1 после окончания переходного процесса ( 10.110, в).

Л5-триггер с инверсными значениями сигналов на входах Л и S реализуется на основе логических элементов И—НЕ. Его схема, таблица истинности и временная диаграмма приведены на 10.111, а—в. Состояние триггера сохраняется при _значениях сигналов на его входах R = 1 и л = 1 и не определено при R =0 и S =0. Последнее состояние запрещено.

на выходах всех компараторов имеют отрицательные значения (см. 10.97) и цифровой код на выходе преобразователя равен 00. При увеличении напряжения преобразуемого сигнала сначала в интервале 0,5 В < е < 1,5 В изменится значение напряжения с отрицательного на положительное на выходе только компаратора /, затем при 1,5 < < е < 2,5 В"- компараторов 1 и 2 и, наконец, при 2,5 В <ес - всех компараторов. Устройство на основе логических элементов НЕ, И и ИЛИ, показайное на 10.121, а внутри штриховой линии, преобразует совокупность сигналов с выходов компараторов в цифровой код.