ГОСы - УИТС - Теория, шпоры, вопросы, ответы / ВМСС и МПУ СУ / МП / 3

3. Логические элементы. Параметры логических элементов. Типы выходных каскадов.

Логические операции и элементарные логические функции.

ДИЗЪЮНКЦИЯ (логическое сложение)

Таблица сложения:

Выполняет логическую операцию ИЛИ.

0 v 0 = 0 Обозначается X=AvB.

0 v 1 = 1

1 v 0 = 1 На выходе появится сигнал 1, когда

1 v 1 = 1 ИЛИ на первом ИЛИ на втором входе

Обозначение на схемах: есть сигнал 1.

ту схему в электронике называют

A 1 X=AvB схемой сборки.

B Технический пример:

сигнал о пожаре.

КОНЪЮНКЦИЯ (логическое умножение)

Таблица умножения:

Выполняет логическую операцию И.

0  0 = 0 Обозначается X=A^B.

0  1 = 0

1  0 = 0 На выходе появится сигнал 1,когда

1  1 = 1 И на первом И на втором входе

Обозначение на схемах: есть сигнал 1.

Эту схему в электронике называют

A & X=AB схемой совпадений.

B Технический пример:

сигнал "готовность".

ИНВЕРСИЯ (логическое отрицание)

Таблица сложения:

Выполняет логическую операцию НЕ.

1 = 0 Обозначается чертой сверху.

0 = 1

Обозначение на схемах:

Эту схему в электронике называют

A 1 X=A инвертором.

Технический пример:

сигнал о пожаре.

ОТРИЦАНИЕ ОТ КОНЪЮКЦИИ (И-НЕ)

0 & 0 = 1

0 & 1 = 1 ___

1 & 0 = 1 A & F=A&B

1 & 1 = 0 B

функция Шеффера

ОТРИЦАНИЕ ОТ ДИЗЪЮНКЦИИ (ИЛИ-НЕ)

0 0 1 __ Стрелка Пирса

0 1 0 F=Xn; F=1, если Xn=0

1 0 0 X2 F

1 1 0 X1 1

РАВНОЗНАЧНОСТЬ

X1	X2	F
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

__ __

X1 F=X1&X2 V X1&X2

X2 = F

Логические элементы строятся на базе ключа. Под логическими элементами понимаются схемы малой интеграции. Можно реализовать на следующих элементах: электромагнитные реле, диоды, транзисторные интегральные микросхемы.

Различают статические и динамические параметры логических элементов:

Статические параметры:

1. Помехоустойчивость. -

это максимальное напряжение, которое можно добавить к Umax без переключения инвертора из 1 в 0.

- это напряжение, которое можно отнять от Umin без переключения инвертора из 0 в 1.

2. Коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность) – это максимальное количество входов элементов той же серии на которую можно нагрузить выход логического элемента.

3. Коэффициент объединения по выходу – это наибольшее количество входов логического элемента.

4. Быстродействие.

5. Напряжение питания: 5В5%

6. Потребляемая мощность: Статическая и динамическая:

7. Работа переключателя – добротность.

Разновидности цифровых интегральных схем:

ДЛ- диодная логика; ДТЛ – диодно-транзисторная логика; ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика; ТТЛШ, ЭСЛ, МОП, КМОП. Самый быстродейственный – ТТЛШ.

Гонки:

Связаны с разновидностью срабатывания элементов схемы, при одновременной подаче на входы узла сигнала.

Если в схеме имеются элементы памяти, то гонки могут привести к неправильной работе схемы.

Методы борьбы – синхронизация.

Типы выходных каскадов:

1. Логический (стандартный). Выход выполняется по 2-хтактной схеме. R_вых малое. I_вых делают большим с целью быстрой перезарядки C_н. Стандартные выходы нельзя объединять. Если после объединения выходы ЛЭ будут находиться в разных сосотояниях, то выходной уровень напряжения при этом становится неопределен. При этом в выходной цепи протекает большой уравнительный ток, значение которого пропорционально U_вых. В таких каскадах возникает явление сквозного тока. Это явление состоит в том, что при переключении U_вых из 0 в 1 VT2 закрывается позже, чем открывается VT1. R_огр ограничивает амплитуду импульса I_скв.

2. Выход с открытым коллектором или с открытым стоком. Это выход с плавающей 1. Выходы с ОК можно объединять. Это один из способов организации общих линий связи. Если n выходов с ОК объединены и (n-1) из них находятся в 1, т.е. выходные VT закрыты, то выходной уровень будет определяться состоянием оставшегося ЛЭ. Выходы с ОК потенциально менее быстродействующие, чем логические. Для повышения быстродействия надо повышать I_вых. Поэтому надо понижать R_н, но при этом растет мощность потерь, что является ограничителем снизу. Выходы с ОК используют для организации информационных магистралей, в схемах согласования с линиями связи, для согласования с ИС других серий. В различных схемах формирования сигналов(ОВ, схемах задержки).

Выход с тремя состояниями (с уровнем слабой логической 1). Кроме 0 и 1 имеют состояние “выключено” – высокоимпедансное состояние. В этом состоянии оба VT выходного каскада закрыты и состояние U_вых не определено. ТС – третье состояние. В этих ЛЭ существует специальный вход управления выходом. EO – enable output. Выходы можно объединять, но при этом надо выполнить следующее условие. Из n объединенных выходов n-1 в ТС и только один в активном состоянии 0 или 1. Выходы используются для организации информационных шин, согласования с линиями связи.

VT1	VT2	Uвых
О	З	1
З	О	0
З	З	ТС

3. Выход с открытым эммитером (ОЭ) или с открытым истоком (ОИ). Эти выходы имеются у интегр. Схем выполненных по технологии Эммитерно-связанной логики. Эти элементы используют внутри серии и не имеют широкого применения.

Серии ИС ЛЭ.

В зависимости от технологии изготовления ИЛЭ делятся на серии, отличающиеся потреблением питания и т.д. Наибольшее распространение получили ТТЛ (ТТЛШ), ЭСЛ, КМОП. Каждая из технологий совершенствовалась, поэтому каждая из них представлена разными сериями.

ТТЛ. Texas Instruments – первая ТТЛ микросхема SN74. Отечественный аналог 155. Дальнейшее усовершенствование этой серии направлено на повашение быстродействия и снижения мощности потребления.

Серия ИС	Заруб. аналог	tз, нс	fmax, МГц	Коэф. развлетвления	Pпотр. мВт
155	SN74	10	35	10	10
158	SN74L	33	3	10	1
131	SN74H	6	50	10	22
555	SN74LS	9,5	45	20	2
531	SN74S	3	125	10	19
1533	SNALS	4	50	40	1
1531	SN74F	2	130	33	4

ЭСЛ. Первым разработчиком была Motorola. MC10000 – 500 cерия, MC100000 – 1500 cерия. Базовый ЛЭ на основе дифференциального усилителя – это самая быстрая технология. Ключ не находится в насыщении, снижен порог переключения, снижается помехоустойчивость.

КМОП. В ИС в качестве базового элемента используют ключи на комплементарных МОП VT. Первые серии в 1968 RCA. Использование полевых VT обеспечивает высокое R_вх=10¹² Ом, С_вх малое. Они чувствительны к статическому электричеству. Пробой изоляции происходит от 30 до 300 В. Для защиты от статического электричества включают защитные диоды или стабилитроны. Достоинства: мощность потребления мала в определенном частотном диапазоне, высокое R_вх, широкий диапазон U_пит от 3 до 15 В, большая нагрузочная способность, высокая помехоустойчивость при больших U_пит. Недостатки: низкое быстродействие, R_вых большое. Лучшие серии КМОП приближаются к ТТЛ по быстродействию..