Система построения условных графических обозначений (уго) логических элементов

Как было объяснено выше, бесконтактный логический элемент – изделие неремонтоспособное. Его внутреннее устройство недоступно; доступны только выводы. Именно эти особенности изделий определили систему построения условных графических обозначений. В общих чертах она сводится к следующему. Условное графическое обозначение изделия любой сложности имеет форму прямоугольника. К нему слева и справа (или, при другой ориентации, сверху и снизу) подходят линии выводов. В прямоугольник вписывают необходимую в каждом конкретном случае информацию, составленную из прописных латинских букв, арабских цифр и специальных знаков.

Размеры УГО определяются количеством линий выводов, количеством и размерами надписей, одним словом, особенностями изображаемого изделия.

Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Основные и дополнительные поля УГО. На рис. 2.11.2, а сверху показан наиболее простой случай, когда УГО имеет только одно основное поле II, к которому слева подведена линия (линии) входа I, а справа линия (линии) выхода III. Ниже изображены УГО с левым дополнительным полем IV, с правым дополнительным полем V, с двумя дополнительными полями IV и V и основным полем II. Дополнительные поля могут быть разделены горизонтальными линиями на зоны. В нашем примере левое поле имеет три, а правое – две зоны VI.

Забегая немного вперед, сошлемся на рис. 2.11.4, где даны примеры УГО, состоящих только из основного поля (рис. 2.11.4, а – г), с правым дополнительным полем (рис. 2.11.4, д), с левым дополнительным полем (рис. 2.11.4, е), с двумя дополнительными полями, причем левое поле разделено на две зоны (рис. 2.11.4, и).

Свойства выводов. Выходы элементов подразделяют на статические и динамические, а их, в свою очередь, на прямые и инверсные.

На статическом входе (выходе) двоичная переменная воспринимается (вырабатывается) во все время, пока сигнал находится в одном определенном состоянии, а на динамическом только в промежутки времени, когда состояние сигнала изменяется.

На прямом входе (выходе) двоичная переменная имеет значение 1, когда сигнал на этом входе (выходе) находится в состоянии, принятом за «единичное». На инверсном входе (выходе) двоичная переменная имеет значение 1, когда сигнал на этом входе (выходе) находится в состоянии, принятом за «нулевое».

Рис. 2.11.2. Система построения УГО двоичных бесконтактных логических элементов. Обозначения полей и выводов

Графически свойства выводов обозначают указателями. Прямой статический вход показан на рис. 2.11.2, б, а прямой статический выход – на рис. 2.11.2, в.

Инверсный статический вход (рис. 2.11.2, г) и выход (рис. 2.11.2, д) изображают несколькими способами. Любой из них правилен, но в одной и той же схеме пользуются каким-нибудь одним из них.

Прямой динамический вход изображают любым из способов, которые показаны на рис. 2.11.2, е, а инверсный – на рис. 2.11.2, ж.

К элементам цифровой техники условно относят также элементы, не выполняющие логических функций, но применяемые в логических цепях. К таким нелогическим элементам относятся усилители, стабилизаторы, наборы конденсаторов, транзисторов и т.п. Если нужно подчеркнуть, что ввод не несет логической информации, то используют обозначения, приведенные на рис. 2.11.2, з. Любое из них правильное.

Предупреждения. 1. Если вывод явно не несет логической информации, например является выводом для электропитания, то крестик на нем не ставят, так как и без него все ясно. 2. Если в верхней строке основного поля УГО перед буквой, обозначающей функцию (подробнее см. ниже), есть звездочка, то крестики на выводах не ставят, ибо звездочка указывает на то, что элемент нелогический. Например, буква Т без звездочки – это обозначение логического элемента – триггера. Но та же буква, если перед ней есть звездочка *Т, элемент нелогический, в данном примере – набор транзисторов.

Обратите внимание: звездочка стоит перед буквой, т.е. слева. Если же звездочка расположена в верхнем правом углу УГО, то она имеет совсем другой смысл: подчеркивает, что изображен не просто логический элемент, а функциональная схема, состоящая из нескольких элементов.

Для указания соответствия между логическими уровнями и логическими состояниями иногда вместо указателя инверсии (кружок) используют указатели полярности (рис. 2.11.2, и). На этом рисунке сверху показан вход, а снизу выход, для случая, когда состоянию 1 соответствует менее положительный уровень.

Функциональное назначение выводов обозначают при помощи меток, проставляемых в дополнительных полях УГО. Метку образуют из прописных латинских букв, арабских цифр и специальных знаков. В качестве меток применяют также обозначения функций, порядковые номера, весовые коэффициенты разрядов. Рассмотрим несколько примеров, обратившись к рис. 2.11.3, а – в. На них показаны группы из четырех равнозначных выводов, но с разными метками. Общая метка & на рис. 2.11.3, а указывает на то, что выводы объединены по И. Общая метка R на рис. 2.11.3, б обозначает, что каждый из выводов сбрасывает элемент, т.е возвращает его в исходное положение. Более сложная метка &R на рис. 2.11.3, в обозначает, что выводы объединены по И (&) и выполняют функцию сброса элемента (R).

Рис. 2.11.3 Метки выводов (а – д). Сокращенные обозначения выводов (е, ж)

Заметьте: а) логически равнозначные выводы взаимозаменяемы, так как функция элемента при их замене не изменяется; б) при изображении равнозначных выводов расстояние между ними одинаково; в) если элемент имеет несколько групп выводов, то группу от группы отделяют либо большим интервалом, либо горизонтальными линиями, разделяющими поле на зоны; г) общую метку проставляют на уровне первого в группе вывода.

На рис. 2.11.3, г слева показаны три вывода с метками АВ, АС и АD. Они содержат общую часть А, которая отражает общую функцию всех трех выводов. Эта общая метка – групповая метка А – на рисунке справа расположена над группой меток, к которым она относится.

На рис. 2.11.3, д слева показан вывод, имеющий несколько функциональных назначений, обозначенных метками СА1 – СА4. Метки, относящиеся к данному выводу, расположены в последующих строках.

Более сложный случай иллюстрирует рис. 2.11.3, д (справа). Здесь каждой метке поставлен в соответствие указатель, определяющий условия выполнения функции, обозначенной меткой. Так, на рисунке изображен вывод, на котором сигнал состоянием 1 выполняет функцию СА1, состоянием 0 – функцию СА2, переходом из состояния 0 в состояние 1 – функцию СА3, переходом из состояния 1 в состояние 0 – функцию СА4. Если возвратиться к рис. 2.11.2, то нетрудно видеть, что этот вывод выступает в роли входов статических прямого (СА1) и инверсного (СА2), а также динамических прямого (СА3) и инверсного (СА4).

Сокращенное обозначение групп УГО иллюстрирует рис. 2.11.3, е и ж. На рис. 2.11.3, е слева совмещенно изображены четыре УГО, причем два верхних содержат одну, одинаковую информацию, условно обозначенную одним крестиком; нижние УГО содержат другую, но тоже одинаковую информацию, условно обозначенную двумя крестиками. В таких случаях количество надписей можно уменьшить так, как показано на рисунке справа.

Обратите внимание: УГО с одинаковой информацией разделены штриховой, а УГО с различной информацией – сплошной линией.

Пакетный способ сжатия информации поясняет рис. 2.11.3, ж. Слева на нем совмещенно изображены три однотипных элемента, каждый из которых в нашем примере реализует функцию &. Особенность этих элементов состоит в том, что входные сигналы (1 – 2), (4 – 5), (7 – 8) и выходные сигналы (3), (6), (9) соответственно однотипны. Кроме того, в каждом элементе они повторяются в одном и том же порядке. Именно эти особенности дают возможность все элементы сжать в пакет, как показано на рисунке справа. В нем один, верхний, вывод объединяет три статических входа 1, 4 и 7 трех элементов; вывод под ним входы 2, 5 и 8. Выводы 3, 6 и 9 – это инверсные статические выходы. Знак & обозначает функцию, а надпись 3 указывает, что в пакет сжаты три элемента.

Примеры обозначений логических элементов даны на рис. 2.11.4. Здесь двоичные переменные условно обозначены буквами х (входы) и у (выходы), а действие элементов поясняют либо таблицы истинности (рис. 2.11.4, а – г), либо временные диаграммы (рис. 2.11.4, д – з). В основных полях помещены обозначения функций 1, &, , , G1, , DС.

Докажем, что на рис. 2.11.4, а показан повторитель. Для этого обратимся к таблице истинности, из которой следует, что состояния х и у при любых условиях одинаковы. Действительно, если х0, то и у0; если х1, то и у1. Таким образом, у всегда повторяет состояние х. Отсюда и название – повторитель.

На рис. 2.11.4, б показан инвертор, так как состояние у всегда обратно состоянию х. Иными словами, если х0, то у1; если х1 то у0. Иногда инвертор называют обратным повторителем, но этот термин устарел.

На рис. 2.11.4, в показан логический элемент с двумя входами х₁ и х₂ и с одним выходом у. Как следует из таблицы истинности, значение 1 двоичная переменная принимает, если: 1 или на входе х₂ (вторая строка таблицы), или на входе х₁ (третья строка таблицы), или на обоих входах. Следовательно, это логический элемент ИЛИ, называемый также дизъюнктором.

Рис. 2.11.4.

Примеры УГО

Логический элемент И (конъюнктор) изображен на рис. 2.11.4, г. Состояние 1 на выходе у возникает только при условии, что состояние 1 имеет место и на входе х₁ и на входе х₂ одновременно (см. четвертую строку таблицы).

Элемент задержки с одним входом х и двумя выходами у₁ и у₂ иллюстрирует рис. 2.11.4, д. Действие элемента поясняет временная диаграмма. Из нее следует, что сигнал на выходе у₁ возникает спустя время t₁, после появления сигнала на входе х, а сигнал на выходе у₂ – спустя время t₂. Обратите внимание: в правом дополнительном поле написаны числовые значения задержки 2 и 5 с. Но вместо числовых значений могут быть указаны относительные коэффициенты (в нашем примере 1 и 2,5) или же произвольные метки.

Два моностабильных элемента – генераторы одиночного импульса (одновибраторы) показаны на рис. 2.11.4, е и ж, но они неодинаковы. На рис. 2.11.4, е вход х статический и задержка осуществляется на нем, на что указывает знак задержки в левом дополнительном поле. Кроме того, функция в основном поле обозначена знаком, а не буквой. Продолжительности задержки t₃ и импульса t показаны на временной диаграмме.

У элемента на рис. 2.11.4, ж вход х динамический, о чем свидетельствует указатель в виде наклонной черточки. Функция обозначена не знаком, а буквой с цифрой (G1). Продолжительность импульса t. Заметьте: функции на рис. 2.11.4, е и ж обозначены различно, но оба обозначения правильны.

Пороговый элемент показан на рис. 2.11.4, з. Изменение двоичной переменной х представлены графиком. На нем отмечены два значения (два порога), между которыми существует сигнал у.

Рассмотрим еще одно обозначение, содержащее основное и два дополнительных поля, причем одно из них разделено на зоны (рис. 2.11.4, и).

Рис. 2.11.5. УГО усилителей

Это дешифратор (DС) с управлением [нижняя зона левого поля с меткой (&Е)], преобразующий два разряда двоичного кода (метки 1 и 2 в верхней зоне левого поля) в четыре разряда позиционного кода (метки 0 – 3 в правом поле).

Усилители в общем случае обозначают так, как показано на рис. 2.11.5, а, а усилители с повышенной нагрузочной способностью – усилители мощности, как на рис. 2.11.5, б. Число выводов определяется конкретными условиями. Обозначения функций и > равнозначны и общеприняты.

Однако обозначений, приведенных на рис. 2.11.5, а и б, не всегда достаточно. Например, в аналоговых аналого-цифровых вычислительных машинах необходима конкретизация. В этих случаях применяют обозначения: усилитель суммирующий – рис. 2.11.5, в; интегрирующий – рис. 2.11.5, г; дифференцирующий – рис. 2.11.5, д; операционный – рис. 2.11.5, е. Обозначения рис. 2.11.5, в – е в ЕСКД не входят.