4.15 Логические элементы с третьим состоянием
Один из наиболее широко используемых способов подключения логических элементов на общий выход основан на применении в их выходных цепях электронных буферных схем, способных под действием управляющих сигналов либо подключать к нагрузке выходной логический сигнал, принимающий значения (состояния) 0 или 1, либо отключать выход от нагрузки (переводить его в так называемое 3-е (высокоимпедансное, Z-состояние)).
Ниже показаны: обозначение логического элемента (повторителя) с тремя состояниями на электрических схемах (рисунок 4.18,а) и принципиальная схема его выходного каскада, обеспечивающего 3 состояния выходного сигнала: логический 0; логическую 1 и 3-е (Z) состояние (рисунок 4.18,б).
|
|
|
|
Рисунок 4.18 | |
В
поле функционального обозначения
логических элементов с тремя состояниями
имеется специальный символ
.
Помимо основных входов, на которые подаются входные логические переменные, подобные элементы содержат управляющий вход “Выбор кристалла” - CS, активным сигналом на котором, как правило, является логический 0 (рисунок 4.18,а).
Три состояния выходных сигналов обеспечиваются управляющими сигналами на базах транзисторов VT1 и VT2 (рисунок 4.18,б):
Единичное состояние – на базе VT1 - единица (транзистор - открыт); на базе VT2 - нуль (транзистор - закрыт) и с выхода снимается логическая 1;
Нулевое состояние – на базе VT1 - нуль (транзистор закрыт); на базе VT2 - единица (транзистор - открыт) и с выхода снимается логический 0;
Z - состояние – на базах VT1 и VT2 - логические нули (оба транзистора закрыты) и выход оборван от общей шины (находится в высокоимпедансном (Z) состоянии).
Элементы с тремя состояниями широко используются в микропроцессорной технике для подключения выходов различных устройств микропроцессорной системы к общей шине.
5 Реализация логических функциЙв разных базисах
5.1 Базисные наборы лэ и их взаимосвязь
Существует несколько базисных (функционально полных) наборов логических элементов, на которых можно реализовывать любую переключательную функцию:
1) И, ИЛИ, НЕ;
2) И – НЕ;
3) ИЛИ - НЕ.
Для реализации ПФ, представленной булевым выражением в ДНФ или КНФ, достаточно трех ЛЭ: И, ИЛИ, НЕ, поэтому этот набор считается функционально полным или базисным (базисом).
На практике более широко используются базисы И-НЕ или ИЛИ-НЕ. Это связано с тем, что уменьшение номенклатуры элементов до одного типа упрощает проектирование устройства и его ремонт. Кроме того, наличие в этих элементах инвертора (усилителя) повышает нагрузочную способность элемента (усиливает сигнал).
Используя тождества и теоремы булевой алгебры, можно преобразовать выражения ПФ, записанные в виде комбинации функций И, ИЛИ, НЕ, к виду, который может быть реализован элементами базиса И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Сказанное отражает таблица 5.1.
|
Таблица 5.1 | |||
|
Элемент |
Логические операции | ||
|
НЕ |
И |
ИЛИ | |
|
И-НЕ |
|
|
|
|
ИЛИ-НЕ |
|
|
|
Ниже показана схемная реализация функций НЕ, И, ИЛИ в базисах И-НЕ (рисунок 5.1, а, б, в) и ИЛИ-НЕ ( рисунок 5.1 ,г, д, е).
|
|
|
Рисунок 5.1 |
Функцию И-НЕ называют функцией Шеффера (штрихом Шеффера), обозначая её в виде F = A B, а функцию ИЛИ-НЕ - функцией Пирса (стрелкой Пирса), обозначая её в виде АВ. Базис И-НЕ называют базисом Шеффера, а базис ИЛИ-НЕ - базисом Пирса.