|
|
Краткие теоретические сведения
Известно, что математической основой цифровых вычислительных устройств является двоичная арифметика, в которой используются всего два числа — 0 и 1. Выбор двоичной системы счисления диктовался требованиями простоты технической реализации самых сложных задач с использованием всего одного базового элемента — ключа, который имеет два состояния: включен (замкнут) или выключен (разомкнут). Если первое состояние ключа принять за условную (логическую) единицу, то второе будет отражать условный (логический) ноль или наоборот. Возможные комбинации состояния ключей показаны на рис.1, 2 и 3. На рис. 1 показаны ключи 1 и 0, управляемые клавишами 1 и 0 соответственно, если он находится в положении 1, лампа горит (рис. 1а), или не горит, если он находится в положении 0 (рис. 1б).
а) б) Рис. 1. Схемы электромеханических имитаторов логической единицы (а) и нуля (б).
а) б)
Рис. 2. Электромеханические имитаторы логической единицы (а) и нуля (б) в инверсном режиме.
Возможно другое расположение ключей по отношению к вспомогательным устройствам, показанное на рис. 2. В этих схемах состояние индикаторов нуля или единицы противоположно показанному на рис. 1. При нажатии на клавишу 1 индикатор фиксирует состояние 0 (рис. 2а) и наоборот (рис. 2б). Следовательно, схемы на рис. 2 по выходному сигналу (состоянию индикаторных лампочек) обратны (инверсны) по отношению к схемам на рис. 1. Поэтому такие ключи называют инверторами. Поскольку в цифровых системах содержится огромное количество ключей (только в одном микропроцессоре их несколько миллионов), то для взаимного обмена информацией используются электрические сигналы напряжения. При этом ключи, как правило, применяются в инверсном режиме в соответствии со схемами на рис. 3. На рис. 3 сопротивление 490 Ом имитирует внутреннее сопротивление нагрузки ключа (аналог коллекторного сопротивления в транзисторном ключе), сопротивление 10 Ом — сопротивление замкнутого электронного ключа, сопротивление 500 Ом — сопротивление разомкнутого ключа с учетом внешней нагрузки. Как видно из рис. 3, наличие на выходе логического нуля (инверсия 1) индицируется напряжением 100 мВ (в практических конструкциях может быть и больше), а наличие логической единицы — напряжением 2,55 В (нормируется на уровне 2,4 В). Электронные ключи проектируются таким образом, чтобы при наихудших сочетаниях входных и выходных параметров ключи могли различать сигналы логической единицы и нуля.
а) б) Рис. 3. Электромеханические имитаторы логической "1" (а) и "О" (б) в инверсном режиме с индикаторами выходного напряжения.
В цифровой технике практические аналоги рассмотренных схем принято называть логическими элементами. При этом в зависимости от выполняемых функций каждый элемент имеет свое название и соответствующее графическое обозначение. На рис. 4 показаны обозначения базовых логических элементов, принятые в программе EWB 5.
а) б) в) г)
Рис. 4. Графические обозначения буферного логического элемента (а), элементов И (AND)(б), ИЛИ (OR) (в), Исключающее ИЛИ (XOR) (г)и их инверсные варианты во втором ряду (NOT, NAND, NOR, XNOR соответственно).
Электромеханическим аналогом буферного элемента являются имитаторы на рис. 3а логического элемента НЕ (NOT) — на рис. 2 и 3. Электромеханические аналоги двухвходовых элементов И, И-НЕ показаны на рис. 5.
а) б)
Рис. 5. Электромеханические имитаторы двухвходовых элементов.
Задание на подготовку к работе 1. Изучить принцип работы логических элементов. 2. Изучить порядок выполнения работы и подготовить необходимые схемы и таблицы.
Контрольные вопросы 1. Составьте таблицу истинности элемента И-НЕ 2. Составьте таблицу истинности элемента И 3. Изобразите схему реализации элемента ИЛИ 4. Изобразите схему реализации элемента НЕ 5. Изобразите схему реализации элемента И Порядок выполнения работы Изучите работу логического преобразователя. |
|
