Контрольные вопросы и задания

1. Составьте таблицы истинности для функции трех переменных, приняв, что функция равна 1, когда два или три аргумента равны 1.

2. Запишите уравнение этой функции в СДНФ и СКНФ форме.

3. Минимизируйте полученное уравнение.

4. Переведите их в базис И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

5. Постройте структурные схемы.

3. Характеристики и параметры логических элементов, основы схемотехники

Схемотехника логических элементов достаточно многообразна и зависит от технологии изготовления, направленности на достижение максимального значения одного или нескольких качественных показателей. Электронная промышленность выпускает серии логических элементов, каждая из которых содержит более или менее широкий набор типовых цифровых устройств, выполняемых на основе некоторого базового логического элемента, изготовляемого по определенной технологии. Наиболее популярны технологии ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и КМОП (комплиментарная МОП логика).

Логические элементы характеризуются целой совокупностью характеристик и параметров, значения которых непосредственно зависят от технологии и схемотехники.

3.1. Логические уровни, нагрузочная способность

Как уже отмечалось ранее, наибольшее практическое применение находят логические элементы, содержащие выходные инверторы, которые наряду с выполнением логической операции НЕ являются формирователями логических уровней. Схема инвертора на обобщенном усилительном элементе УЭ приведена на рис. 3.1.

а б в

Рис. 3.1. Схема инвертора на обобщенном усилительном элементе:

а – схема простого инвертора; б – формирование высокого логического уровня;

в – формирование низкого логического уровня

В случае когда нагрузкой Н инвертора служат входные цепи однотипных логических элементов (направления токов нагрузки в режимах высокого и низкого уровней изображены на рис. 3.1 б,в), значение логических уровней, формируемых инвертором, определяется очевидными соотношениями

, ,

где r– сопротивление усилительного элемента в открытом состоянии.

Поскольку U(1) иU(0) зависят от тока нагрузки, то при больших значениях последнего может произойти деформация логических уровней, когда

U(1)U(0),U(0)U(1),

что недопустимо. Поэтому нагрузочная способность – допустимое число подсоединяемых входов однотипных логических элементов – является параметром, приводимым в сведениях о логическом элементе.

Сопротивление rоткрытого усилительного элемента минимизируется путем обеспечения достаточно высокого уровня управляющего сигнала (U_y, i_y) УЭ. Снижение же сопротивления балансного резистораRс целью уменьшения влияния тока нагрузки на высокий уровень приведет к большим потерям мощности за счет увеличения токаi_R. Поэтому инверторы с высокой нагрузочной способностью строятся по двухтактной схеме (рис. 3.2).

а б в

Рис. 3.2. Мощный инвертор:

а – схема; б – формирование высокого уровня; в – формирование низкого уровня

3.2. Логические элементы с тремя состояниями

Двухтактная схема инвертора позволяет реализовать третье состояние высокого выходного сопротивления – Z-состояния (см. рис. 3.3).

а б

Рис. 3.3. Z-состояние логического элемента:

а – схема; б – условное обозначение элемента с Z-состоянием (разрешением по входу ЕО)

Для приведения элемента в Z-состояние подается специальный сигнал ЕО (enable output). Логические элементы с Z-состоянием применяются в системах передачи цифровой информации, когда по одной информационной магистрали требуется обеспечить передачу сигналов от одного из нескольких источников информации – передатчиков к одному или нескольким приемникам. Не участвующие в обмене передатчики переводятся в Z-состояние (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Блокирование передатчика П2 переводом его в Z-состояние (ЕО=1). Передатчик П1 передает по магистрали значение логической единицы