Електроний посібник з
дисципліни "Мікропроцесорні системи"
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)».
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.
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.
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.
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).
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.