2). Транзисторно-диодная логика
« 2 И НЕ»
A |
B |
Q |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
3). Транзисторно-транзисторная логика (ттл)
« 2 И НЕ»
A |
B |
Q |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Для
ТТЛ напряжение
питания
Для микросхем 155 серии:
Разница входных и выходных напряжений
Запас помехоустойчивости по единице:
Запас помехоустойчивости по нулю:
Мы видим, что 0,4 В не влияет на усиление сигнала (для ТТЛ микросхем)
К
Микросхема 555 серии:
Т.е. на данный выход
можно подключить 20 входов других
микросхем.
ТТЛ: 155, 555, 531, 1533, 1531
Корпус |
Серия |
Тип логического элемента |
K |
555 |
ЛА3 |
Сравнение с западной маркировкой:
K 155 ЛА3 |
|
74 00 |
|
К 531 ЛА3 |
Военная микросхема |
74 S 00 |
Медленная микросхема |
K 555 ЛА3 |
|
74 LS 00 |
Увеличение скорости работы |
К 1533 ЛАЗ |
|
74 ALS 00 |
|
К 1531 ЛАЗ |
|
74 F 00 |
(fast) Военная серия |
|
|
74 AS 00 |
|
Время запаздывания
(
задержки)
– сигнал на выход поступает через время
порядка наносекунд (десятки, сотни).
Недостатки ТТЛ:
Работает только при
.
Если микросхема не работает, она все
равно потребляет энергию (это происходит
за счет сквозного тока между транзисторами).
Для избегания этого «вешают» конденсатор
(рядом с микросхемой на 0,68 мкФ). Что
позволяет избежать скачка мощности
между
и землей.
Достоинства ТТЛ: Небольшое время запаздывания.
4). Кмоп логика (Комплиментарные металл-окисел-проводник)
Микросхемы КМОП используют n-канальные транзисторы наряду с p-канальными.
«НЕ»
-
Q
A
1
0
0
1
« 2 И НЕ»
-
A
B
Q
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
« 2 ИЛИ НЕ»
-
A
B
Q
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
Достоинства КМОП:
1). Переключаются быстрее и в статическом режиме ток не употребляют. В динамическом режиме потребление тока зависит от частоты микросхемы (на больших это сравнимо с мощностью ТТЛ ).
2). КМОП могут работать от различных значений напряжения питания. (От 1В до 15В)
Низкое для того, чтобы запас помехоустойчивости был 30%
При повышении работа микросхемы (скорость) будет уменьшаться.
Процессоры компьютеров делают на КМОП-технологии, память – на ТТЛ.
5). Эмитторно-связная логика (ЭМС)
Очень быстро переключается (быстрее ТТЛ), но не имеет широко распространиения.
Разновидности ТТЛ – микросхемы с открытым коллектором.
Д
Тогда выходные напряжения будут зависеть от (микросхемы нужны для коммутации). Выходы микросхем соединять нельзя, а у МС с открытым коллектором это возможно.
Схема –«Монтажное И». только на элементах с открытым коллектором
(МС с открытым током)
МС с тремя состояниями
Имеет состояния «0», «1», Высокоимпедансное (на выходе «0», «1», или выход отключен )
Должен быть дополнительный вход управления.
Только одно из этих устройств должно быть в рабочем состоянии, оставаясь в третьем режиме, иначе микросхема сгорит.
Комбинаторная логика – состояния выходов в любой момент времени полностью определяются состоянием входов.
Последовательная логика – состояние выходов в определенный момент времени определяются состоянием входов и предыдущим состоянием выходов.
Шифратор.
Переводит позиционный унарный код в двоичный. Е – вход разрешения (enabled).
Шифратор (n входов, m=2ⁿ)
D0 CD Q0
D1 Q1
.
.
.
Dn Qm
E
D0 CD Q0
D1 Q1
D2
D3 C
E
Таблица истинности
Е |
D0 |
D1 |
D2 |
D3 |
Q1 |
Q0 |
C |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
«C» показывает, есть ли сигнал на входе активный шифратор или нет. (Устройства: небольшие клавиатуры, какая клавиша нажата, такой и выдается код).
Приоритетный шифратор.
Таблица истинности приоритетного шифратора с приоритетом старшего разряда (D3 - приоритет).
Е |
D0 |
D1 |
D2 |
D3 |
Q1 |
Q0 |
C |
0 |
X |
X |
X |
X |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
X |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
X |
X |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
X |
X |
X |
1 |
1 |
1 |
0 |
Дешифратор переводит двоичный код в унарный позиционный.
A0 DC Q0
A1 Q1
.
.
.
An Qm
A0 DC Q0
A1 Q1
Q2
Q3
E
\
\\\\\\\\\\\\\
Таблица истинности
Е |
A0 |
A1 |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
1 |
X |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Дешифратор нужен для того, чтобы выбирать адрес определенного устройства.
Семисегментный индикатор.
Рис.1
Это микросхема, состоящая из 7 диодов. Высвечивает десятичные цифры (например, в калькуляторе).
Сегментный индикатор с общим анодом.
|
A |
b |
c |
d |
e |
f |
g |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
6 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
P Рис.2
D0 a
b
D1 c
d
e
f
D2 g
D3
a
b
c
d
e
f
g
Сегментный индикатор с общим катодом.
Рис.3 как рис.2, только
заменяется на
.
Таблица истинности
|
a |
b |
c |
d |
e |
f |
g |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
6 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
7 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
2
дешифратора.
A
A0 DC Q0
Q1
A1 Q2
Q3
A2 Q4
Q5
Q6
Q7
0
Q0
A
1
Q1
Q2
A 2 Q3
A 3 Q4
Q5
Q6
Q7
A0 DC Q0
Q1
A1 Q2
Q3
A2 Q4
Q5
Q6
Q7
A0
Q8
A1 Q9
Q10
A2 Q11
Q12
A3
Q13
Q14
Мультиплексор.
Это цифровое устройство, которое по данному адресу выхода переключает один из входов на выход.
Преобразование параллельного кода в последовательный:
D0 MUX
D1 Q
D2
D3
A0
A1
А1 |
А0 |
Q |
|
0 |
0 |
D0 |
|
0 |
1 |
D1 |
|
1 |
0 |
D2 |
|
1 |
1 |
D3 |
|
-
A
B
C
D
Q
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
-
A
B
C
Q
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
D
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
D0 MUX
D1
D2
D3
D4 Q
D5
D6
D7
A0
A2
A3
A
B
C
Обратная операция – демультиплексер – переводит один вход данных на один из выходов в зависимости от состояния одного из адресов.
DMAX
D Q0
Q1
Q2
A0 Q3
A1
A1 |
A0 |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
0 |
0 |
D |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
D |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
D |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
D |
Мультиплексоры КМОП микросхем являются также демультиплексорами.
Последовательная логика.
Триггер.
Триггер – цифровое устройство, которое имеет несколько входов и 2 выхода, которые могут находиться только в двух устойчивых состояниях: 1 (прямой), 0 (инверсный). Q - прямой ⌐Q – инверсный.
Асинхронный RS-триггер на элементах «2-или-не».(RS-защелки)
1
R 0Q
1
S 1
R |
S |
Q |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Qn-1 |
|
1 |
1 |
|
|
Режим установки
Сброс
Хранение
Запрещенное состояние
«2-и-не»
1
Q
1
R |
S |
Q |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Qn-1 |
|
0 |
0 |
|
|
Режим установки
Сброс
Хранение
Запрещенное состояние
На схемах обозначается:
А
R
S
синхронный
триггер «2-или-не»
А
R Q
S
синхронный
триггер «2-и-не»
Синхронные триггеры.
Работают по высокому уровню.
Синхронный триггер меняет состояние тогда, когда на С подается 1.
C |
R |
S |
Q |
|
0 |
X |
X |
Qn-1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
Хранение
Установка
Сброс
Запрещенное состояние
R Q
С
S
D – триггер.
C |
D |
Q |
|
0 |
X |
Qn-1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Установка
Сброс
Запрещающего состояния нет
Триггеры, работающие по уровню, называются статическими.
D T Q
C
Свойство прозрачности триггеров – это свойство хранения информации входа триггера (сразу со входа D идет на выход). Статические триггеры являются прозрачными.
Триггеры, переключающиеся по перепаду напряжения, называются динамическими. Перепад из 0 в 1 – фронт, из 1 в 0 – срез.
1 1
Ф
ронт
– 0 (0,1)
Cрез
– 0 (1,0)
Они реализованы в структуре MS (master-slave)
Обозначение:
TT
D Q
C
-
C
D
Q
X
Qn-1
D
D
⌐D
Динамический RS – триггер
Обозначение:
TT
R Q
C
S
T-триггер. Работает по фронту
TT
Q
T
Временная диаграмма
Увеличивает период сигнала в 2 раза – делитель частоты на 2.
T-триггер = счетный триггер.
Т-триггер можно получить из D-триггера:
TT
D Q
C
JK-триггер
Обозначение:
C |
J |
K |
Q |
|
|
X |
X |
Qn-1 |
|
|
0 |
0 |
Qn-1 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
Qn-1 |
Хранение
Хранение
Счетный режим
Из JK-триггера можно сделать Т-триггер:
TT
J Q
C
K
Из JK-триггера можно сделать и D-триггер. JK-триггер универсальный.
JK-триггер с асинхронными RS-входами.
R |
S |
C |
J |
K |
Q |
|
0 |
1 |
X |
X |
X |
1 |
0 |
1 |
0 |
X |
X |
X |
0 |
1 |
1 |
1 |
X |
X |
X |
Запрещен. |
состояние |
0 |
0 |
1,0 |
X |
X |
Qn-1 |
|
0 |
0 |
0,1 |
0 |
0 |
Qn-1 |
|
0 |
0 |
0,1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0,1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0,1 |
1 |
1 |
|
Qn-1 |
Триггеры:
- асинхронные (RS-защелки)
- синхронные:
- статические (RS, D)
- динамические (RS, D, T, JK)
На основе триггеров строятся:
Счетчики – увеличивают свое значение на выходе при получении импульса.
Суммирующий – увеличивает значение до переполнения (потом обнуляется).
Вычитающий – уменьшает до нуля (потом показывает максимальное значение).
Реверсивный счетчик
С Q0
Q1
Dr Q2
R Q3
Е сли Dr=1, то счетчик суммирует
Если Dr=0, то вычитающий
С
D0 CT2
D1 Q0
D2
D3 Q1
C
L Q2
Dr Q3
R
четчик
с параллельной загрузкой
L – low. Если L=0, данные сD1 - D3 записываются
в счетчик. L=0 – продолжение записи.
Считает в двоичном коде от 0 до 15.
Коэффициент пересчета Кпсч=16 – максимальное
количество устойчивых состояний, которое
принимает счетчик.
Если Кпсч кратен степени 2, то он называется двоичным. Он может быть и другим.
Пример – двоично-десятичный счетчик (Кпсч=10)
CT10
С Q0
Q1
Dr Q2
R Q3
Реализация на примере асинхронных счетчиков – у них построение на основе Т-триггеров, и выход предыдущего идет на вход следующего.
Трехразрядный асинхронный счетчик Кпсч=8.
Временная диаграмма
Счетчик получился вычитающий.
Чтобы сделать суммирующий, можно подать на следующий триггер инверсный выход предыдущего. Но лучше фронт поменять на срез. Тогда
Как изменить коэффициент пересчета? Добавить триггер.
Синхронные счетчики.
Выходы переключаются одновременно. Счетный вход подается сразу на все входы разрешения.
Регистр.
Служит для хранения информации. Регистры бывают:
- последовательные;
- параллельные;
- универсальное;
Последовательный регистр на D.
Четырех разрядный последовательный регистр.
В последовательном регистре выходов столько, сколько триггеров.
Данные сдвигаются при записи (1 вошел – 1 вышел).
Параллельный регистр
З
а
один такт записывается все слово.
В параллельном – выходов сколько входов.
Универсальный регистр
Обозначение:
Регистры – счетчики в микропроцессорных
устройствах для хранения информации.
Арифметические логические устройства (АЛУ).
Сумматор
A
B
Pn
Pn-1
В ыход переполнения
-
A
B
Pn-1
Pn
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
-
AB
B
A
Pn-1
1
1
1
1
= Pn-1AB + B + Pn-1 + A = ( B + A ) + Pn-1(AB + )
-
Pn
AB
B
A
Pn-1
1
1
1
1
Pn = Pn-1B + Pn-1A + AB = Pn-1(A + B) + AB
Чтобы реализовать суммирование большего число элементов, надо организовать последовательное сложение.
Скорость небольшая, сдвиг идет последовательно.
Еще один способ – сделать больше входов в сумматоре, но это материально более невыгодно. Третий способ – комбинированный.
Отрицание.
Через добавленный код – старший бит делается единицей.
"
4"
– 0100 1011 – "-4"
" 3" – 0011 1100 – "-3"
0000 - 0 1111 - -0
0001 - 1 1110 - -1
0010 - 2 1101 - -2
0011 - 3 1100 - -3
0100 - 4 1011 - -4
0101 - 5 1010 - -5
0110 - 6 1001 - -6
0111 - 7 1000 - -7
Добавленный код – "+1":
1111 - -1
1110 - -2
1101 - -3
1100 - -4
1011 - -5
1010 - -6
1001 - -7
1000 - -8
Если "-" числа представлять в виде добавленного кода, их можно просто складывать.
Если подаем 0, вход В не инвертируется, выполняется сложение. Если подаем 1 – имеем инвертированный вход В+1 => добавленный код
Помимо сумматора необходим регистр сдвига.
A0 ALU Q0
A1
A2 Q1
A3
Q2
B0 Q3
B1
B2 Q4
B3
Q5
L0 Q6
L1 Q7
L2
L3 P