Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

Например, с помощью схемы «И-НЕ» реализуются практически все рассмотренные выше схемы – табл.13.17:

13.3.3. Логический элемент «исключающее ИЛИ»

Логический элемент исключающее «ИЛИ» иногда называют элементом типа «что-нибудь, но не все». При этом часто используют английское сокращение «XOR» - от английского словосочетания «Exclusive OR» : «один и только один».

Условные обозначения показаны на рис.13.20:

По ГОСТу и по стандарту МЭК:

По стандарту milspec:

рис.13.20

Булево выражение для логического элемента исключающее «ИЛИ»:

чающее «ИЛИ» - табл.13.8:

Особенностью таблицы истинности является то, что сигнал высокого уровня на выходе появляется только при нечетном числе сигналов высокого уровня на входах. При четном числе сигналов высокого уровня на выходе будет сигнал низкого уровня.

Лекция 14

Тема: современные базовые элементы Цифровой техники (введение в цифровую технику)

Цифровые сигналы и цифровые схемы (продолжение лекции 13)

14.1. Свойства и сравнительные характеристики современных базовых элементов

Для цифрового представления информации характерно полное абстрагирование от особенностей электрических процессов в электронной схеме, выполняющей обработку сигналов.

В устройствах цифровой электроники в большинстве случаев используются сигналы двух уровней — высокого и низкого. При этом обычно имеются в виду уровни напряжения, а не тока. Цифровые схемы конструируют таким образом, чтобы воздействие некоторого сигнала определялось не конкретным значением его напряжения, а тем, к какой из двух разновидностей сигналов (высокого или низкого уровня) этот сигнал относится. Предполагается, что каждый сигнал характеризуется «разумным» уровнем напряжения. При конструировании цифровых схем предпринимаются все меры к тому, чтобы, например, сигнал высокого уровня был не очень малым и не очень большим по напряжению. Если напряжение сигнала находится в установленных пределах, то конкретное значение напряжения практически никак не влияет на реакцию того устройства цифровой электроники, на которое этот сигнал подан. Такие сигналы принято называть цифровы-

ми /1/.

14.2. Способы представления информации

Вспомним, что два возможных состояния выходного параметра логического элемента можно задать двумя уровнями выходного напряжения или появлением или не появлением импульсов в определённые промежутки времени. В первом случае имеет место потенциальный способ задания логических переменных, во втором – импульсный.

При потенциальном способе различают положительную или отрицательную логику. При положительной логике высокий уровень выходного сигнала соответствует единице (1), низкий – нулю (0). При отрицательной логике высокий уровень соответствует нулю (0), а низкий – единице

(1). Эти определения справедливы для любой полярности используемых напряжений:

Положительная логика – рис.14.1:

рис.14.1

Отрицательная логика – рис.14.2:

рис.14.2

При потенциальном способе представления значение логической переменной может быть определено в любой произвольной промежуток времени.

При импульсном способе это можно сделать в строго определённые промежутки времени – строго синхронно с моментом появления импульсов. Т.о., при импульсном способе представления возможен только синхронный способ счёта информации.

При потенциальном способе представления логических переменных возможен и синхронный и асинхронный способы счёта информации.

14.3. Основные требования к базовым логическим элементам

Функциональная сложность реальных логических устройств, множество сочетаний входных сигналов и нагру-

зок, использование при их изготовлении гибридной и полупроводниковой технологий не позволяет рассчитывать на индивидуальную регулировку и настройку каждого блока.

Поэтому для надёжной работы реального цифрового устройства необходимо, чтобы все входящие в него элементарные узлы обладали рядом фундаментальных свойств:

- совместимость уровней входных и выходных сиг-

налов;

-нагрузочная способность;

-формирующее свойство (свойство квантования

сигнала);

-помехоустойчивость.

14.3.1.Совместимость уровней входных и выходных сигналов

Совместимость уровней входных и выходных сигналов должна обеспечивать их согласование при покаскадном включении логических элементов.

При этом установившееся отклонения выходного напряжения логического элемента, вызванные действием внешних дестабилизирующих факторов и собственным разбросом параметров не должно превышать некоторые ранее заданные значения – рис.14.3.

а) должно быть выполнено условие:

Umin/ U t Umax/

Umin0 U t Umax0

где U t – действующее значение входного или выходного параметра; формирование сигналов со значением Umax0 U t Umin/ недопустимо.

рис.14.3

Б) для повышения надёжности работы допустимая область изменений выходного сигнала (по 1 или 0) должна быть уже допустимой области изменений входного сигнала

(рис. 3.3):

Uвых0,1.max Uвх0,1.max

Uвых0,1.min Uвх0,1.min

14.3.2. Нагрузочная способность логического элемента

Нагрузочная способность логического элемента характеризует его способность получать сигнал от нескольких источников информации и одновременно быть источником информации для нескольких других элементов.

При этом должны быть выполнены ранее рассмотренные условия по совместимости.

Для численной характеристики используют два коэффициента:

коэффициент объединения по входу KОБ численно

равен максимальному числу выходов однотипных логических элементов, которые могут быть одновременно подключены ко входу данного логического элемента, не вызывая при этом искажения формы и амплитуды его сигнала;

коэффициент разветвления по выходу К раз числен-

но равен максимальному числу входов однотипных логических элементов, одновременно подключаемых к выходу данного логического элемента без искажения формы и амплитуды его сигнала.

Типовые значения КОБ 2...8; Краз 4...10. Существуют серии интегральных схем с повышенной нагрузочной способностью, для которых Краз 20...30

14.3.3. Формирующие свойство логического элемента (квантование сигнала)

При прохождении сигнала по цепочке последовательного соединённых логических элементов (см., например, схемы И на рис.14.4 а) его амплитуда и форма не должны изменяться.

Для этого каждый логический элемент должен обладать формирующими свойствами.

Формирующие свойство логического элемента определяется его амплитудной передаточной характеристикой

Uвых f Uвх (АПХ) – рис.14.4 б):

а)

б)

рис.14.4

Точка 0 соответствует пересечению характеристики логического элемента с прямой Uвых Uвх . Точки А и В – асимптотические (см. прохождение сигнала от U0 до U4 ,

причём U4 U0 ). Выходное напряжение стремится либо к т.UA , либо к т.UB . Напряжение в т.0 АПХ называют на-

пряжением порога квантования Uкв . Строго говоря, если