|
ZX Hard
#01
06 мая 1999 |
|
"Железная"... логика! - ликбез о логических микросхемах.
- ликбез о логических микросхемах." alt=""Железная"... логика! - ликбез о логических микросхемах.">╔════════════════════════════════════════╗ ║▒▒▒▒▒▒▒▒░ "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:
Похожие статьи:
В этот день... 20 апреля