4.3.5. Схемные особенности логических элементов

Рассмотренные логические элементы могут иметь некоторые схемотехнические особенности построения выходных каскадов. Рассмотрим основные из них на примере ТТЛ элементов, учитывая при этом, что подобные решения применяются и для логических элементов, выполненных с использованием других технологий. Наряду с базовым элементом И-НЕ, рассмотренным ранее, там, где не требуется высокого быстродействия, широко используются элементы И-НЕ с «открытым коллектором». Упрощенное схемное изображение этого элемента представлено на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Упрощенная схема элемента 2И-НЕ с открытым коллектором

Этот элемент требует подключения внешней нагрузки, в качестве которой могут использоваться резистор, исполнительные устройства (реле, двигатели и т. п.), элементы индикации. Элементы с открытым коллектором допускают, в отличие от основной схемы параллельное соединение выходов с целью получения «монтажного ИЛИ».

Кроме элементов с открытым коллектором иногда используются логические элементы с «открытым эмиттером». Они обозначаются

знаком .

Вместе с элементами с двумя логическими состояниями используются элементы, имеющие третье (нейтральное) состояние. При переходе элемента в третье состояние, его выходное сопротивление становится очень большим и выход элемента не оказывает влияния на соединенные параллельно с ним входы и выходы других элементов. Такие элементы носят название тристабильных.

Упрощенная схема тристабильного элемента 2И-НЕ приведена на рис. 18.

Рис. 4.14. Упрощенная схема тристабильного элемента 2И-НЕ

Если сигнал ОЕ (Output Enable) низкого уровня, дополнительный транзистор закрыт и включенные встречно диоды не оказывают влияния на работу выходного каскада. Если сигнал ОЕ высокого уровня, дополнительный транзистор входит в состояние насыщения, закрывая транзисторы выходного каскада и логический элемент переходит в третье состояние.

Такие элементы используются там, где необходима передача информации по одной линии от нескольких источников к одному или нескольким приемникам (многоканальные системы уплотнения с временным уплотнением сигналов), а также при разработке микросхем сложных логических устройств, где один вывод микросхемы реализует несколько функций.

4.4. Сложные комбинационные цифровые автоматы

При разработке сложных логических устройств необходимо выполнять логические операции И, ИЛИ, НЕ над большим числом переменных. При этом использование простых логических элементов базовой логики, рассмотренных ранее ведет к значительному усложнению печатных плат, увеличению массогабаритных характеристик, снижению надежности. Поэтому для упрощения технической реализации, уменьшения числа внешних соединений были разработаны и производятся сложные комбинационные логические элементы. Некоторые из них, наиболее часто используемые, рассмотрены в этом разделе.

4.4.1. Сумматор по модулю два

Операция «сумма по модулю 2» (исключающее ИЛИ, логическая неравнозначность) обозначается символом и определяется соотношением:

= + =( + ) , (24)

Операция «сумма по модулю 2» коммутативна, ассоциативна и дистрибутивна относительно конъюнкции, т. е.

= , (25)

(26)

(27)

Для операции «сумма по модулю 2» справедливы тождества:

, , (28)

= , (29)

Операция называется операцией исключающее ИЛИ-НЕ.

Логические элементы, выполняющие операцию исключающее ИЛИ и исключающее ИЛИ-НЕ, всегда имеют только два входа, т. е. операция выполняется только для двух переменных.

Таблица истинности для элемента исключающее ИЛИ выглядит следующим образом:

0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Описание на языке VHDL имеет следующий вид:

Y<= (X1 xor X2)

На рис. 4.15 показано условное графическое изображение элемента исключающее ИЛИ.

Рис.4.15 Условное графическое изображение элемента исключающее ИЛИ