- ликбез о логических микросхемах." />

ZX Hard #01
06 мая 1999
  Железо  

"Железная"... логика! - ликбез о логических микросхемах.


Аппаратное обеспечениеОбучение и справочные материалыОписание логических микросхем и микропроцессоров

╔════════════════════════════════════════╗
║▒▒▒▒▒▒▒▒░ "Железная"... логика! ░▒▒▒▒▒▒▒║
╚════════════════════════════════════════╝
 
VTS'99

    Я  решил,  что  раздел "начинающим" не
будет содержать описаний как научиться па-
ять,  или  как травить печатные платы, или
что  такое резистор или микросхема. Подоб-
ной  информации существует предостаточно в
виде  полиграфических  книжек, и раз уж Вы
решили стать железячником, прийдется поко-
паться в подобной литературе.

(C) KLIM (MSK)
(r) VTS'99

    Важной  особенностью  цифровой техники
является  однотипность  элементов и узлов,
из   которых  собираются  самые  различные
устройства  современной  радиоэлектроники,
автоматики  и  вычислительной техники. По-
добный    принцип    построения    сложных
устройств  из  ограниченного числа простых
элементов широко используется в технике.
    В цифровой технике любую сложную схему
переработки  информации,  предназначенную,
например,  для вычисления или автоматичес-
кого  управления, можно составить всего из
трех  основных логических элементов И, ИЛИ
и  НЕ  и триггера. Более того, сам триггер
состоит  из логических элементов. Рассмот-
рим их назначение и работу.

           ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ.

    Логический элемент ИЛИ моделирует опе-
рацию  логического  сложения,  или, как ее
еще  называют, операцию дизъюнкции. Алгеб-
раически эта операция записывается следую-
щим образом:

                 C=A+B.

    Буквами  A и B обозначены простые выс-
казывания, или двоичные переменные, буквой
C-сложное   высказывание,  или  переключа-
тельная  функция. Последнее название пока-
зывает,  что функция зависит от переключе-
ний  переменных A и B. Переменная C должна
равняться  1,  если  A  и B равны 1 по от-
дельности  или  одновременно.  Зависимость
между двоичными переменными A и B и перек-
лючательной функцией C может быть задана в
виде  таблицы  истинности;  в ней написаны
условия истинности сложного высказывания в
зависимости от истинности простых высказы-
ваний.

    A B C
    -----       C=1, если
    0 0 0
    0 1 1      A  или  B =1
    1 0 1         ───
    1 1 1

    Электрическая  цепь,  реализующая  эту
функцию,  должна  иметь  сигнал на выходе,
если  имеется  сигнал  хотя бы на одном из
входов.

 ──────────────────┬─────────────────────
         A         │
   .─┬──./.──┬──┐  │ A ──┤>├──┬──> C
     │   B   │ C│  │          │
  U  └──./.──┘  @  │ B ──┤>├──┤
                │  │          ║ R
   .────────────┘  │          │
       Рис.1       │  Рис.2   ┴
 ──────────────────┴─────────────────────

                  ┌──┐
              A ──┤ 1├───> C
     Рис.3    B ──┤  │
                  └──┘
 ────────────────────────────────────────

    На  рисунках 1 и 2 показанны схемы ло-
гического  элемента ИЛИ с применением кно-
пок  (1)  и диодный логический элемент ИЛИ
(2).  На рисунке 3 показано условное обоз-
начение элемента ИЛИ.

    Логический  элемент И выполняет опера-
цию логического умножения, или конъюнкции.
Алгебраически  эта  операция  записывается
следующим образом:

                 C=A*B,

    при этом C=1 только в том случае, если
A  и  B  одновременно равны 1. Эти правила
можно записать в виде следующей таблицы:

    A B C
    -----       C=1, если
    0 0 0
    0 1 0       A  и  B =1
    1 0 0          1 1 1

    Электрическая   цепь,  соответствующая
логической операции И, должна иметь сигнал
на выходе только в том случае, если имеют-
ся  сигналы  одновременно  на всех входах.
Проще  всего эта логическая операция моде-
лируется  при  последовательном соединении
кнопок  рисунок  4.  Очевидно, что лампа C
загорится только в том случае, если однов-
ременно  нажаты  кнпки A и B. На рисунке 5
показан  диодный  логический элемент И. На
рисунке  6  показано  условное обозначение
логического элемента И.

─────────────────┬────────────────────────
      A    B     │        +5v│
  .──./.───./.─┐ │           ║ R
 U       C     │ │  A ──┤<├──┼────> C
  .──────@─────┘ │           │
   Рис.4         │  B ──┤<├──┘   Рис.5
─────────────────┴────────────────────────
                ┌──┐
            A ──┤ &├──> C
    Рис.6   B ──┤  │
                └──┘
──────────────────────────────────────────

    Особенностью элементов И и ИЛИ являет-
ся то, что для обратных уровней они выпол-
няют  противоположные  операции. Т.е. эле-
мент  ИЛИ  даст на выходе C=0, только если
оба  входа A _и_ B =0. А элемент И даст на
выходе C=0, если A _или_ B =0. Эта особен-
ность  часто находит применение в схемах с
активным   низким   уровнем,  например,  в
Speccy и других устройствах на Z80.

    Логический элемент НЕ выполняет опера-
цию отрицания, или инверсии, алгебраически
она записывается следующим образом:
                   _
                 C=A,

    при этом на выходе будет сигнал 1, ес-
ли  на входе имеется сигнал 0 и, наоборот,
выходной сигнал равен 0 при входном сигна-
ле  1.  Работа  элемента НЕ записывается в
виде следующей таблицы:

    A C
    ---      C - это  не  A
    0 1               ──
    1 0

    Электрическая цепь, моделирующая логи-
ческую операцию НЕ, и условное обозначение
этого логического элемента показаны на ри-
сунках  7,  8.  В  электрических цепях эта
операция  реализуется только с помощью ак-
тивных элементов, усиливающих сигнал, нап-
ример транзисторов.
    Кроме  того,  существуют сложные логи-
ческие  элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. В этом слу-
чае  в их обозначение добавляется знак ин-
версии   (кружочек).  Аналогично  инверсию
обозначают и в других сложных элементах.
    Работу  трех  основных логических эле-
ментов  И,  ИЛИ,  и НЕ лучше всего понять,
изготовив наглядные пособия.

─────────────────────┬────────────────────
        +5v│         │
           ║ R       │       ┌──┐
   Rогр    │         │       │ 1│
       │/──┴───> C   │   A ──┤  o───> C
 A ─══─┤>─┐         │       └──┘
           ┴         │
    Рис.7            │  Рис.8
─────────────────────┴────────────────────

    А  теперь  мы  будем  разбирать работу
ТРИГГЕРА.
    Иногда триггер называют спусковой схе-
мой  или  бистабильной ячейкой, так как он
имеет  два  устойчивых состояния, в каждом
из  которых  может  находиться до тех пор,
пока под действием внешнего сигнала не бу-
дет  переведен  в другое устойчивое сотоя-
ние.  Механическим аналогом триггера явля-
ется обычный выключатель или тумблер.
    Простейший  триггер  состоит  из  двух
элементов  НЕ, входы и выходы которых сое-
динены кольцом . При таком включении полу-
чается схема с двумя устойчивыми состояни-
ями. Триггер является элементарной ячейкой
памяти,  "запоминающей" поступление на его
вход  единичного  сигнала.  С  его помощью
можно  моделировать  один разряд двоичного
числа. Очевидно , что для записи n-разряд-
ного  числа нужно n триггеров. Например, с
помощью четырех триггеров можно записывать
числа от 0 до 15.
    Рассмотрим  работу  двух типов тригге-
ров: RS-триггера и T-триггера, имеющих ши-
рокое применение.
    RS-триггер  имеет  два  информационных
входа, на которые поступают входные сигна-
лы.  Один  вход  обозначается  буквой S от
английского  set, означающего "установка",
а    другой-буквой    R   от   английского
reset-"сброс". Выходы триггера обозначают-
ся  буквами  Q  и /Q. Причем первый из них
называется  прямым , а второй - инверсным.
Условное  обозначение RS-триггера показано
на  рисунке  9.  Если  на вход S поступает
сигнал  1,  то на прямом выходе появляется
сигнал  1. Такое состояние триггера счита-
ется единичным.

─────────────────┬────────────────────────
   RS-триггер    │       T-триггер
     ┌─┬──┐      │         ┌─┬──┐
 S ──┤S│ T├── Q  │         │ │ T├── Q
     │ │  │   _  │ clock ──┤T│  │   _
 R ──┤R│  o── Q  │         │ │  o── Q
     └─┴──┘      │         └─┴──┘
    Рис.9        │    Рис.10
─────────────────┴────────────────────────

    Для перевода триггера в нулевое состо-
яние нужно подать единичный сигнал на вход
R,  тогда  на  прямом выходе будет нулевой
сигнал,  а  на выходе инверсном будет еди-
ничный  сигнал.  RS-триггеры  используются
для запоминания двоичных сигналов.
    T-триггер    получил    название    от
английского слова tumble "опрокидоваться",
или  "кувыркаться", от этого же слова про-
исходит  название "тумблер". T-триггер на-
зывают также счетным триггером, так как он
используется  для счета импульсов. Т-триг-
гер  имеет  один  счетный  вход и два, ин-
версный  и  прямой,  выхода. Под действием
сигналов,  поступающих  на  счетный  вход,
триггер  меняет  свое состояние с нулевого
на  единичное и наоборот. Число перебрасо-
ваний  точно соответствует числу поступив-
ших   сигналов.  T-триггер  образуется  из
RS-триггера  с  помощью  специальной схемы
управления. Если последовательно соединить
несколькo    Т-триггеров,   то   получится
электронный счетчик.
    T-триггер   является  также  делителем
частоты на два. Это иллюстрирует Рис.11.

───────────────────────┐ Т.е. первый вход-
        ┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐   ной  импульс фор-
 clock  ┘└┘└┘└┘└┘└┘└  мирует  фронт,  а
        ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐    второй - спад вы-
   Q    ┘ └─┘ └─┘ └─   выходного,  и  из
         Рис.11        двух    импульсов
───────────────────────┘ получается один.


    Ну пока хватит ;) В следующий раз гру-
зить прийдется уже мне...

    isdos/03-05-99/19:22msk




Другие статьи номера:

Вступление - о первом номере железячной газеты.

Мешо почты - письма от: Mongol/Delta Corporation, SANDER/MskZXNet, Mr.Brain, Чирцов Игорь.

Переписка - Nemo & VTS.

COM-port & timer - Последовательный порт для Spectruma!!!

"Железная"... логика! - ликбез о логических микросхемах.

Fast Memory Access (FMA) - схема ускорения работы с памятью.

C-bus - шина основаная на Centronics interface.

OSP v.0.1 - новая звуковая карта для Спектрума на замену General Sound.


Темы: Игры, Программное обеспечение, Пресса, Аппаратное обеспечение, Сеть, Демосцена, Люди, Программирование

Похожие статьи:
Others - Russian Rulez: ЭЛЬБРУС - описание нового процессора разработанного русскими инженерами.
Анатомия ZX - архитектура БИС параллельного интерфейса KP580BB55 (ЧАСТЬ II).
Процессоры - Хитрые процессоры или программы , которые стабильно , в одном и том же месте "зависают".

В этот день...   19 декабря