Раздел 5. Основы цифровой схемотехники
Лекция 13. Логические элементы и комбинационные схемы
13.1. Цифровые сигналы
Цифровой (логический) сигнал – специально образом кодированный сигнал, которому приданы значения «0» или «1».
В зависимости от принятого способа кодирования различают несколько типов логических сигналов.
Таблица 13.1
Типы логических сигналов
Форма сигнала |
Название и описание |
Требования |
|
Положительная потенциальная логика: нулю соответствует низкий, а единице – высокий положительный уровень напряжения |
Требуют больших энергетических затрат |
|
Отрицательная потенциальная логика: нулю соответствует высокий положительный уровень напряжения, а единице – низкий |
|
|
Импульсная логика: единице соответствует наличие импульса, нулю его отсутствие |
Требуют синхронизации, т.е. введения в систему меток времени |
|
Динамическая логика: единице соответствует последовательность коротких импульсов, а нулю их отсутствие |
13.2. Классификация и параметры имс
Серия ИМС – группа ИМС различного назначения, выполненная
с одинаковыми конструктивно-технологическими и схемотехническими решениями (корпус, Uпит, уровни сигналов, базовый схемный элемент).
Степень интеграции – N, число элементов на кристалле – 10N
Различают ИМС малой степени интеграции, содержащие от 10 до 100 элементов, ИМС средней степени интеграции – число элементов от 1000 до 10000, БИС (большие интегральные схемы) содержат около 105 элементов (контроллеры, АЛУ, ОЗУ), СБИС (сверхбольшие интегральные схемы) имеют свыше 106 элементов на кристалле (микропроцессоры, программируемые логические матрицы, ПЗУ большой емкости).
Основные параметры логических ИМС:
– потребляемая (от источника питания) мощность P = 0,5(P0+P1);
– предельные входные токи сигнала «0» I0вх и сигнала «1» I1вх;;
– минимальное выходное напряжение «1»;
– максимальное выходное напряжение «0»;
– коэффициент разветвления и коэффициент объединения;
– время задержки переключения.
13.3. Функции логических элементов
Логическим элементом называется электронная схема, выполняющая одну из логических операций над двоично-кодированными электрическими сигналами.
Таблица 13.2.
Элемент |
Обозначение |
Схема |
Выполняемая функция |
Таблица состояний |
||
НЕ |
ЛН |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х |
Y |
|||||
0 |
1 |
|||||
1 |
0 |
|||||
И |
ЛИ |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х1 |
Х2 |
Y |
||||
0 |
0 |
0 |
||||
0 |
1 |
0 |
||||
1 |
0 |
0 |
||||
1 |
1 |
1 |
||||
И НЕ |
ЛА |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х1 |
Х2 |
Y |
||||
0 |
0 |
1 |
||||
0 |
1 |
1 |
||||
1 |
0 |
1 |
||||
1 |
1 |
0 |
||||
ИЛИ |
ЛЛ |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х1 |
Х2 |
Y |
||||
0 |
0 |
0 |
||||
0 |
1 |
1 |
||||
1 |
0 |
1 |
||||
1 |
1 |
1 |
||||
ИЛИ-НЕ |
ЛЕ |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х1 |
Х2 |
Y |
||||
0 |
0 |
1 |
||||
0 |
1 |
0 |
||||
1 |
0 |
0 |
||||
1 |
1 |
0 |
||||
Исключающее ИЛИ ( М2) |
ЛП |
|
|
Вход |
Выход |
|
Х1 |
Х2 |
Y |
||||
0 |
0 |
0 |
||||
0 |
1 |
1 |
||||
1 |
0 |
1 |
||||
1 |
1 |
0 |
||||
Набор логических элементов называется базовым, если на его основе можно реализовать любое комбинационное устройство.