4.4. Дополнительные возможности логических преобразований на базе комбинационных микросхем ттл
В совокупность (вид) логических микросхем входят логические элементы "И" – на корпусе и в документации они кодируются буквами ЛИ, "И-НЕ" – ЛА, "ИЛИ" – ЛЛ, "ИЛИ-НЕ" – ЛЕ, "И-ИЛИ-НЕ" – ЛР, "НЕ" – ЛН, а также расширители по ИЛИ для тех ЛР и ЛЕ, у которых есть соответствующие входы, – ЛД, прочие логические элементы – ЛП. Стандартами предусмотрены и другие варианты логических МС (например, ЛС – И-ИЛИ), но в составе ТТЛ они не выпускаются.
Как и всюду, цифры после функциональной кодировки означают порядковый номер разработки, и чтобы определить количество входов и выходов микросхемы нужно использовать справочник. Как правило, во всех сериях ТТЛ одинаковый номер разработки означает одинаковое количество и расположение входов/выходов. Например, микросхема КМ155ЛР4 относится к серии КМ155 (широкого применения, в металлокерамическом корпусе) и выполняет функцию "4И-2ИЛИ-НЕ" с возможностью расширения по ИЛИ, как и в сериях К555 и К1533. Микросхема 533ЛП5 (специального назначения) относится к серии 533 и выполняет функцию, "неравнозначность" ("суммирование по модулю 2", "исключающее ИЛИ"). Ее символы на УГО "=1" или "М2". Обратите внимание: функционирование схемы однозначно определяется не описанием и не УГО, а таблицей истинности!
Способы анализа и синтеза функциональных узлов на базе логических элементов изучаются в лабораторной работе №2. Поэтому ниже приведены лишь некоторые рекомендации, позволяющие упростить этот процесс.
А. При анализе логических схем не следует забывать, что простейшим логическим элементом является электрическое соединение нескольких сигналов в одной точке. Большинство источников электрических сигналов не допускают такого соединения, поскольку их выходные каскады нагружают друг друга, вплоть до короткого замыкания, в таких случаях выходы развязывают с помощью диодов, например так, как на рис. 15,а ("монтажное ИЛИ" для логических единиц) или на рис. 15,б ("монтажное ИЛИ" для логических нулей, оно же "монтажное И" для логических единиц). по схеме "монтажное ИЛИ" без диодов можно соединять выходы элементов с ОЭ, по схеме "монтажное И" – схемы с ОК. Иногда, чтобы обратить внимание на логическое назначение такого соединения, его обозначают ромбом (рис. 15,в).
Рис.
15
Б. В принципиальных схемах сложно прослеживать прохождение сигналов из-за того, что основой их являются схемы с инверторами (И-НЕ, иногда И-ИЛИ-НЕ). Чтобы облегчить вывод логической формулы для данного узла, следует преобразовывать его схему, добиваясь парности инверсий на линиях связи (если инверсия есть на выходе передатчика, то она должна появиться и на входе приемника). Этого можно добиться с помощью закона двойственности, сформулированного Клодом Шенноном и представляющего собой обобщение теорем де Моргана. Парные инверсии при анализе мысленно отбрасываются.
В.
В случае разработки (синтеза) логической
схемы следует унифицировать
ее элементную
базу, т. е не вводить
дополнительно микросхем для выполнения
простых функций, если
в уже установленных микросхемах есть
неиспользуемые логические элементы
("клапаны"), выполняющие более
сложные функции. Так, неиспользуемый
клапан И-ИЛИ-НЕ (половина микросхем ЛР1,
ЛР11) можно использовать как элемент
И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ (инвертор), запараллеливая
часть входов, либо подавая на незадействованные
входы лог.0 и лог.1 (в соответствии
с логической функцией). В принципе
допустимо оставлять часть входов
незадействованными, поскольку так
называемые "висящие" входы
интерпретируются транзисторно-транзисторной
логикой как несущие константную лог.1.
Однако наличие
незадействованных входов уменьшает
быстродействие и снижает
помехоустойчивость.
Поэтому следует либо подключать "лишние"
входы параллельно задействованным (но
это дополнительная нагрузка на выходы
предыдущих каскадов), либо подключать
их к источнику питания. Если незадействованные
входы связаны с задействованными
по логике "И", то на них подается
потенциал "+5 В" через резистор R,
ограничивающий входной ток в моменты
включения или бросков питания. Значение
,
где n<10
(обычно R=10
кОм).
Если незадействованные входы связаны с задействованными по логике "ИЛИ", то на них подается 0 В (иначе при логике "ИЛИ-НЕ" на выходе будет константная единица).
Г. При анализе логических схем следует обращать внимание на наличие явных или скрытых обратных связей. Наличие таких связей обусловливает запоминание предшествующего состояния схемы.
Д. Нередко логический элемент используется в качестве элементарного ключа – на один его вход подается импульсная последовательность, а на другой – сигнал разрешения. В зависимости от вида логической функции разрешение может иметь форму лог.0 или лог.1, а его отсутствие – приводить к выдаче на выход константной 1 или константного 0. При анализе таких схем удобно приводить их к логике И, например, преобразуя элемент "ИЛИ-НЕ" в "НЕ-И". Более сложные – узлы управления передачей сигналов (коммутаторы, мультиплексоры) реализуются на элементах "И-ИЛИ-НЕ", например, элемент "2И-4ИЛИ-НЕ" может использоваться как четырехканальный коммутатор при условии формирования соответствующих сигналов разрешения (один из четырех).
Е. Логический элемент с функцией "неравнозначность" (см. выше) нередко используется в качестве управляемого инвертора: если на один из его входов подана лог.1, то сигнал с другого входа проходит на выход с инвертированием, если подан лог.0 – то без инвертирования.