1.3. Базовые логические элементы "и", "или", "не"
Основой цифровой электроники являются логические элементы. На их основе состоят различные триггеры, дешифраторы, счётчики и т.д. Процессор содержит миллионы транзисторов. Из транзисторов собраны логические элементы, из логических элементов собраны различные счётчики, дешифраторы, триггеры, а из триггеров озу память и т.д. , а всё вместе в сборе получается , процессор. Компоненты процессора собраны в одном кристалле, но когда-то были громоздкие платы, выполняющие такую же функцию. Зная, как работают логические элементы, можно понять, как работают и все остальные цифровые микросхемы и научиться составлять самому схемы.
1.3.1. Элемент и
Смысл элемента в том (Рис.1.3 а,б), чтобы получить на выходе логический уровень нужно подать на все входы логические единицы (в данном примере их только два, но бывает и больше), то есть на 1 вход И на 2 вход. Если подать единицу только на один вход, из выхода не будет напряжение идти, будет логический ноль.
Рис.1.3. Элемент И
(а) условное графическое обозначение; б )Электрическая схема
1.3.2. Элемент или
В элементе ИЛИ реализуется логическая функция ИЛИ, чтобы на выходе появился логический уровень, нужно чтобы на любом входе ИЛИ на все входы подать логическую единицу. У элемента бывает более чем 2 входа, так же как и на элементе И (рис.1.4). Элементы ИЛИ это микросхемы серии ЛЛ, например К155ЛЛ1
Рис.1.4. Элемент ИЛИ
а) условное графическое обозначение; б )Электрическая схема.
1.3.3. Элемент не
Напомним алгоритм работы электромагнитного реле с нормально замкнутыми контактами: при отсутствии электрического тока через обмотку реле контакты реле замкнуты, а при протекании достаточного тока через обмотку реле контакты реле разомкнуты. Контактно релейная схема элемента НЕ приведена на (рис. 1.4)
Рис.1.4. Элемент НЕ
а)Релейно - контакторная схема, б) условное графическое обозначение , в)таблица истинности.
Проанализируем работу контактно-релейной схемы логического элемента НЕ (рис. 1.3а). Если контакты ключа Sa1 разомкнуты, то через обмотку К электромагнитного реле ток протекать не будет. Контакты К1.1 (цифра слева от точки указывает номер реле на принципиальной схеме, а цифра справа – номер контактной группы данного реле) будут замкнуты (электромагнитное реле с нормально замкнутыми контактами). Электрическая лампочка HL1 в этом случае будет гореть, что для режима положительной логики будет означать логическую единицу. При замкнутых контактах ключа Sa1 (на входе элемента логическая единица) через обмотку реле протекает ток, достаточный для размыкания контактов К1.1, поэтому лампочка перестает гореть (логический нуль). В результате анализа мы получили, что сигнал на выходе элемента противоположен сигналу на входе, т.е. если на входе элемента сигнал логической единицы, то на выходе элемента сигнал логического нуля и наоборот (рис. 1.3,в).
На рис.1.5. представлена техническая реализация элемента НЕ.
Рис 1.5. Техническая реализация операции НЕ: а - контактная схема, б - диодная схема, в - условное обозначение. Если на вход элемента НЕ (т. е. на базу транзистора) подать положительный сигнал, то транзистор VT открыт и на выходе будет низкое напряжение, близкое потенциалу эмиттера, эквивалентное "логическому 0".
Если же на вход подать сигнал низкого уровня, то транзистор закрыт и на выходе схемы будет сигнал, примерно равный потенциалу источника питания (т. е. соответствующий "логической 1"). (Изображение логического элемента НЕ на схеме показано на рис. 3, в). Кружок на изображении элемента, называемый индикатором уровня сигнала, располагается там, где, как правилo, сигнал имеет низкий уровень.
Элемент НЕ выполняет роль инвертора. На выходе всегда логическая единица, пока на входе логический нуль и наоборот. Наши микросхемы это серии ЛН: К155ЛН1, К561ЛН2 и т.д.