1.4. Логические элементы
Electronics Workbench содержит набор логических элементов и позволяет задавать их основные характеристики, в том числе тип элемента (ТТЛ или КМОП), число входов логических элементов (в пределах от 2 до 8), при этом выход элемента может быть только один.
НЕ
Элемент логическое НЕ или инвертор изменяет состояние входного сигнала на противоположное. Уровень логической 1 появляется на его выходе, когда на входе не 1, и наоборот.
И
Элемент И реализует функцию логического умножения или конъюнкции. Уровень логической 1 на его выходе появляется в случае, когда на один и на другой вход подается уровень логической единицы.
ИЛИ
Элемент ИЛИ реализует функцию логического сложения или дизъюнкции. Уровень логической 1 на его выходе появляется в случае, когда хотя бы на один вход подается уровень логической единицы.
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ
Двоичное число на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является младшим разрядом суммы двоичных чисел на его входах. Этот элемент называют также элементом М2, так как он реализует функцию СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ 2.
И–НЕ
Элемент И–НЕ реализует функцию логического умножения с последующей инверсией результата (штрих Шеффера). Он представляется моделью из последовательно включенных элементов И и НЕ.
ИЛИ–НЕ
Элемент ИЛИ–НЕ реализует функцию логического сложения с последующей инверсией результата (стрелка Пирса). Он представляется моделью из последовательно включенных элементов ИЛИ и НЕ.
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ–НЕ
Данный элемент реализует функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из двух последовательно соединенных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и НЕ.
Этот элемент реализует функцию РАВНОЗНАЧНОСТЬ.
Буфер
Буфер сложит для подачи больших токов в нагрузку, т.е. для увеличения нагрузочной способности источника сигнала. Данный буфер является не инвертирующим.
Установку типа буфера можно произвести с помощью команды Model в окне свойств компонента, открываемого двойным щелчком по компоненту. При использовании ТТЛ элемента в качестве буфера необходимо выбрать модель буфера LS–BUF или LS–OC–BUF (Open Collector–открытый коллектор). Если в качестве буфера применяется КМОП элемент, следует выбрать модель HC–BUF, либо HC–OD–BUF (Open Drain – открытый сток). Если тип буфера не выбран, то буфер ведет себя как обычный цифровой элемент с малой нагрузочной способностью.
Буфер
с тремя состояниями
Буфер с тремя состояниями имеет дополнительный разрешающий вход (enable input). Если на разрешающем входе высокий потенциал, то элемент функционирует по таблице истинности обыкновенного буфера, если низкий, то независимо от сигнала на входе выход перейдет в состояние с высоким импедансом. В этом состоянии буфер не пропускает сигналы, поступающие на вход.
Выбор модели здесь производится так, как и для обычного буфера.
1.5. Узлы комбинационного типа
Полусумматор
Полусумматор производит сложение двух одноразрядных двоичных чисел. Он имеет два входа: слагаемых А, В и два выхода – суммы ∑` (Sum) и переноса C (Carry). Суммирование производится элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а перенос формируется элементом И.
Полный
двоичный сумматор
Полный двоичный сумматор производит сложение трех одноразрядных двоичных чисел. Результатом является двухразрядное двоичное число, младший разряд которого назван суммой, старший разряд – переносом. Устройство имеет три входа и два выхода. Входы: слагаемых – А, В и переноса – Ci (Carryin). Выходы: суммы – ∑ (Sum) и переноса – Co (Carryout).
Полный двоичный сумматор можно реализовать на двух полусумматорах и одном элементе ИЛИ.
Дешифратор
Дешифратор – логическое устройство, имеющее n адресных входов и 2n выходов. Каждой комбинации входного адресного кода соответствует активный уровень на одном из 2n выходов. Кроме адресных входов дешифраторы обычно имеют несколько управляющих входов, разрешающих или запрещающих их работу. Микросхема дешифратора, показанная на рис. 3, имеет три входа адреса А, В, С, три разрешающих входа G1, G2A’, G2B’ и 8 выходов Y0…Y7. Номер выхода, имеющего активное состояние, равен числу N, определяемому состоянием адресных входов N = 22 C+21 B+20 A.
Активным уровнем выходов является уровень логического нуля, входов – уровень логической единицы. Дешифратор работает, если на входе G1 высокий потенциал, а на входах G2A’ и G2B’ – низкий. В других случаях все выходы пассивны, т. е. имеют уровень логической единицы.
Шифратор
Шифратор выполняет операцию, обратную дешифратору. Обычный шифратор должен иметь активный уровень только на одном из входов. Приоритетный шифратор при наличии на нескольких входах активного состояния активным считает вход со старшим номером. Часто выходы шифратора являются инверсными, то есть разряды двоичного числа на выходах инвертированы. Если хотя бы один из входов микросхемы шифратора на рис. 4 в активном состоянии, выход GS также будет в активном состоянии, а выход Е0 – в пассивном и наоборот. При пассивном состоянии разрешающего входа Е1 выходы GS и Е0 также будут пассивными. Активным уровнем входов и выходов здесь является уровень логического нуля.
Дешифратор семисегментного индикатора
Данное устройство (рис. 5) предназначено для управления семисегментным индикатором. Четырехразрядное двоичное число на входах A, B, C, D определяет комбинацию логических уровней на выходах OA…OG дешифратора таким образом, что при подключении к нему семисегментного индикатора на дисплее отображается шестнадцатеричный символ, соответствующий двоичному числу на входах. Для тестирования выходов дешифратора используется вывод LT’ (lamp testing). Когда на этот вход подан уровень логического 0, на всех выходах – логическая 1. При подаче на вход ВI’ логического 0 все выходы шифратора устанавливаются в 0.
Д
екодирующий
семисегментный индикатор из набора
Electronics Workbench
уже имеет встроенное декодирующее
устройство, поэтому при работе с ним не
требуется использовать микросхемы
дешифратора рис. 5.
Рис. 3 Рис. 4 Рис.5
Мультиплексор
Мультиплексор (селектор данных) осуществляет операцию передачи сигнала с выбранного входа данных на выход. Номер входа данных равен адресу – двоичному числу, определяемому состоянием адресных входов. Микросхема мультиплексора, показанная на рис. 6, имеет 14 выводов, восемь из которых – входы данных D0…D7, три – входы адреса А, В, С, один – разрешающий вход G’ и ещё два – прямой Y и инверсный W выходы. Мультиплексор работает при подаче на вход разрешения G’ низкого уровня.
Р
ис.
6 Рис. 7
Демультиплексор
Демультиплексор выполняет операцию, обратную мультиплексору. Он передает данные с одного входа данных на тот вывод данных, номер которого равен адресу. Устройство, показанное на рис. 7, имеет 4 входа и 8 выходов: входы адреса А, В, С, вход данных G’ и выходы 0’ …7’. Если на входе G’ логическая единица, то на всех выходах – также логическая единица.