Електроний посібник з
дисципліни "Мікропроцесорні системи"
 
Дипломный проект
                                                            1.2.3.Реалізація логічних елементів (ЛЕ)

   Релейно-контактні логічні елементи
  Логічну функцію, яка визначає залежність стану вихідних сигналів обладнання керування від вхідних, можна реалізувати на релейно-контактних логічних (РКЛ) елементах, що являють собою електромагнітні реле. Вхід такого елемента - обмотка, а вихід - стан контактів. Звичайно на схемах зображуються не обмотки, а тільки  контакти реле. Логічна змінна x може бути зумовлена станом контакту, а також ухвалювати одне із двох значень. Значенню «істина» відповідає  замкнений  стан  контакту,  значенню  «неправда»  -   розімкнений (рис. 1.7). Часто «істинний» і «хибний» стани відповідають термінам «високий» і «низький» рівень, «так» - «ні», «увімкнено» - «вимкнено», «одиниця (1)» - «нуль (0)».

Рис. 1.7. Релейно-контактні логічні елементи
  Реалізація функцій диз'юнкції, кон’юнкції, інверсії на релейно- контактних елементах показана на рис. 1.8. Функцію інверсії НІ можна реалізувати, використовуючи розмикальний контакт реле x (рис. 1.8, а). Функція кон’юнкції припускає послідовне увімкнення контактів і вона буде дорівнювати 1, якщо всі змінні одночасно на вході дорівнюють 1 (рис. 1.8, б). Оскільки функція диз'юнкції дорівнює 1, якщо хоча б одна змінна на вході дорівнює 1, то це рівносильно паралельному увімкненню  контактів  реле (рис. 1.8, в).
  Приклад реалізації складної логічної функції на релейно-контактних елементах наведено на рис. 1.8, г.
Рис. 1.8. Реалізація логічних функцій на РКЛ елементах




  Діодні логічні елементи
  Реалізувати основні логічні операції «І», «АБО», «НІ» можна на напівпровідникових діодах. У схемі «АБО»  (рис. 1.9, а)  не потрібно додаткового джерела енергії, тому що під час подачі позитивного потенціалу наодин з виходів  x  через відповідний діод і резисторRн  проходить струм, піддією якого на Rн   спадає напруга, що відповідає на виході логічній одиниці. Функція «І» (рис. 1.9, б) реалізується з використанням додаткового джерела зсуву U зс . За відсутності вхідних  сигналів x1, x2 , ..., xn через резистор Rб, діоди VD1, ..., VDn і вхідні опори джерел сигналу x проходить струм зсуву, і вся напруга виділяється на резисторі Rб , а на виході - низький потенціал (0). Під час подачі на вхід сигналів  x  діоди VD1, ..., VDn  замикаються, тому ниході буде високий потенціал (1). Якщо навіть на одному із входів відсутній вхідний сигнал, то на ввиході буде 0, що й відповідає функції «І».
  Функція  «НІ»  реалізується  з  використанням  двох  джерел  живлення (рис. 1.9, в). Якщо відсутній вхідний сигнал  x , то діод VD1відкритий і на виході буде високий потенціал (1) від Vn . Якщо на вхід поданий негативний потенціал, то діоVD1 закривається, струм через Rн  не проходить, і на виході 15 потенціал  буде  дорівнювати  0.  Мала  навантажувальна  здатність  і  велике згасання сигналів - основні недоліки діодної ЛЕ.



 
Транзисторні логічні елементи
Транзисторні ЛЕ здобули найбільшого поширення, оскільки мають кілька схемних рішень реалізації логічних функцій.
Рис. 1.9. Діодні логічні елементи
 
  Реалізація  основних  логічних  операцій  з  використанням  транзисторів наведена на рис. 1.10. Операція«АБО» (рис. 1.10, а) реалізується, якщо відкрито один із транзисторів VT1 або VT 2 , тобто y = x1 U x2 ;  операція  «І» (рис. 1.10, б)  реалізується,  якщо  відкриті  транзистори VT1 й VT 2 ,  тобто y = x1 ? x2 . Операція інверсії реалізується за допомогою звичайного ключа з навантаженням у ланцюзі колектора (рис. 1.10, в). За відсутності сигналу на вході ( x = 0) транзистор VT  закритий, і на виході буде високий потенціал (1). За  наявності  сигналу  на  вході  ( x = 1) транзистор відкривається, потенціал на виході дорівнює потенціалу «загальної крапки» (тобто «0»).
  Використовуючи діод-транзисторні ЛЕ, можна реалізувати логічну функцію у функціонально повному базисі «І - НІ» (рис. 1.10, г), а застосовуючи резисторно-транзисторні ЛЕ, - у функціонально повному базисі «АБО - НІ» (рис. 1.10, д).
  Транзисторно-транзисторні логічні елементи (ТТЛ) з'явилися внаслідок їх подальшого розвитку завдяки заміні діодів багатоеміттерним транзистором. Основна відмінність багатоеміттерного транзистора від звичайного полягає в тому, що він має кілька еміттерів, розташованих таким чином, що пряма взаємодія між ними виключена.
  ТТЛ дозволяють реалізувати логічні функції у функціонально повному базисі «І - НІ» (рис. 1.10, е). Якщо на входи x1  й x2  подано високий потенціал ( x = 0) , то проходить струм I1 , який відкриває транзистори VT 2 й VT 4 , і на виході буде низький потенціал ( y = 0) . Якщо навіть на один із входів x1  або x2 подано низький потенціал (тобто заземлено один із входів), то в цьому випадку стане проходити струм I2 , транзистори VT 2 й VT 4 будуть закриті, і на виході 16 утворюється високий потенціал ( y = 1).



















Рис. 1.10. Транзисторні логічні елементи
ТТЛ елементи застосовуються винятково в інтегральних схемах, що мають високу щільність упаковки електрично з'єднаних елементів і кристалів, коли вартість транзисторів не є великою, а простота проектованого пристрою - не головна вимога. Елемент, наведений на рис. 1.10, е, є базовим або типовим для ТТЛ і випускається серійно з різною кількістю входів - від двох до восьми.