ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Логические элементы
Логический элемент — это электронная схема, которая имеет один или больше входов X, реализующая на каждом выходе соответствующую логическую функцию Y от входных переменных. Логические элементы являются важнейшей составной частью устройств цифровой (дискретной) обработки информации — цифровых измерительных приборов, устройств автоматики и ЭВМ. Логические элементы, как правило, выполняют на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме. В связи с этим цифровая информация представляется в виде логической переменной, принимающей всего два различных значения: логическая 1 — истинно и логический 0 — ложно.
Логические преобразования включают в себя три основные элементарные операции. Тип операции и соответствующий ей логический элемент, а также правила выполнения логических операций над двоичными переменными представлены в таблице 16.1.
Таблица 16.1
| Тип элемента | Логическая операция | Таблица истинности | Условное |
| ИЛИ | Логическое сложение (дизъюнкция)
|
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 |
|
| И | Логическое умножение (конъюнкция)
|
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 |
|
| НЕ | Логическое отрицание (инверсия)
| Х Y 0 1 1 0 |
|
Y
Тип логических элементов определяется совокупностью схемных и технологических признаков, характеризующих интегральные микросхемы логических элементов. Простейшие логические элементы И и ИЛИ могут быть реализованы на основе диодных ключей. Элемент НЕ обычно представляет собой транзисторный ключ с инвертирующими свойствами. Кроме рассмотренных основных логических элементов, используют комбинированные логические элементы, реализующие две (или более) логические операции, например, элементы ИЛИ — НЕ, И — НЕ. Чтобы реализовать элемент И — НЕ, к диодному
Таблица 16.2
| Тип логического элемента | Схема | Условное обозначение |
| Диодная логика |
|
|
| Резистивная транзисторная логика (РТЛ) |
|
|
| Диодно- транзисторная логика (ДТЛ) |
|
|
| Транзисторно- транзисторная логика (ТТЛ) |
|
|
| Логика на (p-МДПТЛ) (n-МДПТЛ) |
|
|
| Интегральная инжекционная логика (И2Л) |
|
|
ключу добавляют инвертор на транзисторе. Такая схема называется диодно-транзисторной логикой (ДТЛ), а логический элемент — ДТЛ — элементом И — НЕ. Использование различных элементов в схемах существенно расширяет ряд логических операций. Наиболее широко используемые схемы логических элементов представлены в таблице 16.2.
 |
Наиболее сложные логические операции реализуют в виде комбинаторных или последовательных схем. Комбинаторные схемы (КС) собирают из отдельных ИМС логических элементов (малой степени интеграции) или изготавливают в виде ИМС среднего уровня интеграции. Они также могут входить в состав больших интегральных схем (БИС). На рис. 16.1 приведена комбина-
а) б)
Рис. 16.1
ционная схема, реализующая логическую операцию «Исключительное ИЛИ» (неравнозначность), и ее условное обозначение.
Последовательная схема (конечный автомат) состоит из комбинационных схем и запоминающего устройства (ЗУ). Значения выходных сигналов таких схем определяется не только значением входных сигналов, но и состоянием запоминающего устройства в каждый момент времени.
Простейший конечный
автомат — триггер (рис. 16.2), имеет один основной выход Q и один или несколько
управляющих входов (R, S) и может иметь дополнительный (инверсионный) выход 
.
Последовательная схема на основе триггеров, представляющая собой параллельный регистр (регистр памяти) и ее условные обозначения показаны на рис. 16.3.
 |
Интегральные микросхемы, на которых
выполняются логические элементы, должны удовлетворять ряду требований: по быстродействию
(интервал времени между сменой состояний входного и выходного сигналов); нагрузочной
способности (число однотипных микросхем, подключенных к одному выходу); помехоустойчивости
(допустимый уровень напряжения помехи, не вызывающий ложного срабатывания); мощности
рассеяния (мощность, потребляемая от источника питания).
