Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Информатика / Конспекты / Конспект урока по информатике «Логические элементы»
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Информатика

Конспект урока по информатике «Логические элементы»

библиотека
материалов

Раздел 1 «Основы цифровой техники»

Урок 3 «Логические элементы»\



Лекция на тему «Логические элементы»

Любые узлы цифровой аппаратуры строятся с помощью устройств, которые называются логическими элементами. В основном применяются лишь 5 логических элементов, (общие сведения о которых приведены в таблице. (1).

Таблица1.

C:\Users\compaq-10\Desktop\лекция по темеЛогические элементы\таблица.jpg

Вообще логических элементов 12, но в основном используются 5, немного почаще элемент исключающий ИЛИ и намного реже повторение ДА, , исключающее ИЛИ-НЕ. Импликация от A к B, Импликация от B к A (инверсия инкремента), Декремент. Запрет импликации по B. Инкремент. Запрет импликации по A.

Отрицание, НЕТ, НЕ

80px-NOT_gate_RU

Инвертор

A

B=\bar A

0

1

1

0

Мнемоническое правило для отрицания звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда на входе «0»,

  • "0" тогда и только тогда, когда на входе «1»

1

1

Конъюнкция (логическое умножение). Операция 2И

80px-AND_gate_RU

A

B

f(AB)

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

Логический элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется схемой совпадения. Мнемоническое правило для конъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»,

  • "0" тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0»

Дизъюнкция (логическое сложение). Операция 2ИЛИ

80px-OR_gate_RU

2 ИЛИ

A

B

f(AB)

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1»,

  • "0" тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0»

Инверсия функции конъюнкции. Операция 2И-НЕ (штрих Шеффера)

80px-NAND_gate_RU

2И-НЕ

A

B

f(AB)

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Мнемоническое правило для И-НЕ с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0»,

  • "0" тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»

Инверсия функции дизъюнкции. Операция 2ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса)

80px-NOR_gate_RU

magnify-clip

2ИЛИ-НЕ

A

B

f(AB)

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Мнемоническое правило для ИЛИ-НЕ с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0»,

  • "0" тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1»

Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности.

XOR gate RU.svg

В англоязычной литературе 2XOR.

A

B

f(AB)

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Мнемоническое правило для суммы по модулю 2 с любым количеством входов звучит так: На выходе будет:

  • "1" тогда и только тогда, когда на входа действует нечётное количество «1»,

  • "0" тогда и только тогда, когда на входа действует чётное количество «1»,

Входы элементов обычно обозначаются буквой «X» с нумерацией. Значения цифровых сигналов на входах называются логическими переменными или аргументами Выходы элементов обозначаются буквой «Y», а значения сигналов на выходах называются логическими функциями.

Смысл названия элементов заключается в следующем:

  1. Элемент НЕ. На выходе элемента формируется НЕ такой сигнал, как на входе.

  2. Элемент И. На выходе элемента формируется сигнал логической 1 только тогда, когда действует уровень логической 1 И на первом И на втором входе.

  3. Элемент ИЛИ. На выходе элемента формируется сигнал логической 1, когда действует уровень логической 1 ИЛИ на первом входе, ИЛИ на втором.

  4. Элемент И-НЕ. Сначала выполняет логическое умножение (операция И), поступивших на его входы сигналов, а затем полученный результат инвертирует (операция НЕ). Структура этого элемента приведена на рисунке 1.3, а

  5. Элемент ИЛИ-НЕ. Сначала выполняет логическое сложение (операция ИЛИ), поступивших на его входы сигналов, а затем полученный результат инвертирует (операция НЕ). Структура этого элемента приведена на рисунке 1.3, б

Таблицей истинности называется таблица, полностью описывающая работу логического элемента или ЦУ: здесь показываются все возможные комбинации сигналов, которые могут поступать на входы, и что при этом получается на выходах.

Графическое изображение логических элементов (американский стандарт, применяемый в справочной литературе) приведены в таблице.

Элемент НЕ всегда имеет один вход, а вот остальные элементы имеют два и более (до 8 входов)

Основные требования ГОСТ, которые нужно соблюдать при построении схем ЦУ.

  1. Изображение любого элемента должно представлять собой прямоугольник. Его размеры зависят от количества входов и выходов.

  2. Расстояние «а» между двумя соседними выводами любых элементов должно быть кратным 5 мм и у всех элементов данной схемы одинаковыми.

  3. Расстояние между верхним выводом и верхним краем элемента (а так же между нижним выводом и нижним краем элемента) должно составлять, а/2.

  4. Расстояние между любыми другими линиями в схеме должно быть 3 мм.

Физические реализации логических элементов

Физические реализации одной и той же логической функции в разных системах электронных и неэлектронных элементов отличаются друг от друга.

Классификация электронных транзисторных физических реализаций логических элементов

Логические элементы подразделяются и по типу использованных в них электронных элементов. Наибольшее применение в настоящее время находят следующие логические элементы:

  • РТЛ (резисторно-транзисторная логика)

  • ДТЛ (диодно-транзисторная логика)

  • ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика)

180px-TTL_npn_nand

Упрощённая схема двухвходового элемента И-НЕ ТТЛ .

Транзисторы могут работать в инверсном режиме, но с меньшим коэффициентом усиления. Это свойство используются в ТТЛ многоэмиттерных транзисторах. При подаче на оба входа сигнала высокого уровня (1,1) первый транзистор оказывается включенным в инверсном режиме по схеме эмиттерного повторителя с высоким уровнем на базе, транзистор открывается и подключает базу второго транзистора к высокому уровню, ток идёт через первый транзистор в базу второго транзистора и открывает его. Второй транзистор «открыт», его сопротивление мало и на его коллекторе напряжение соответствует низкому уровню (0). Если хотя бы на одном из входов сигнал низкого уровня (0), то транзистор оказывается включенным по схеме с общим эмиттером, через базу первого транзистора на этот вход идёт ток, что открывает его и он закорачивает базу второго транзистора на землю, напряжение на базе второго транзистора мало и он «закрыт», выходное напряжение соответствует высокому уровню. Таким образом, таблица истинности соответствует функции 2И-НЕ.

Для увеличения быстродействия логических элементов в них используются транзисторы Шоттки (транзисторы с диодами Шоттки), отличительной особенностью которых является применение в их конструкции выпрямляющего контакта металл-полупроводник вместо p-n перехода. При работе этих приборов отсутствует инжекция неосновных носителей и явления накопления и рассасывания заряда, что обеспечивает высокое быстродействие. Включение этих диодов параллельно коллекторному переходу блокирует насыщение выходных транзисторов, что увеличивает напряжения логических 0 и 1, но уменьшает потери времени на переключение логического элемента при том же потребляемом токе (или позволяет уменьшить потребляемый ток при сохранении стандартного быстродействия). Так, серия 74хх и серия 74LSxx имеют приблизительно равное быстродействие (в действительности, серия 74LSxx несколько быстрее), но потребляемый от источника питания ток меньше в 4-5 раз (во столько же раз меньше и входной ток логического элемента).

Эта логика, иначе называемая логикой на переключателях тока, построена на базе биполярных транзисторов, объединённых в дифференциальные каскады. Один из входов обычно подключён внутри микросхемы к источнику опорного (образцового) напряжения, примерно посредине между логическими уровнями. Сумма токов через транзисторы дифференциального каскада постоянна, в зависимости от логического уровня на входе изменяется лишь то, через какой из транзисторов течёт этот ток. В отличие от ТТЛ, транзисторы в ЭСЛ работают в активном режиме и не входят в насыщение или инверсный режим. Это приводит к тому, что быстродействие ЭСЛ-элемента при той же технологии (тех же характеристиках транзисторов) гораздо больше, чем ТТЛ-элемента, но больше и потребляемый ток. К тому же, разница между логическими уровнями у ЭСЛ-элемента намного меньше, чем у ТТЛ (меньше вольта), и, для приемлемой помехоустойчивости, приходится использовать отрицательное напряжение питания (а иногда и применять для выходных каскадов второе питание). Зато максимальные частоты переключения триггеров на ЭСЛ более, чем на порядок превышают возможности современных им ТТЛ, например, серия К500 обеспечивала частоты переключения 160-200 МГц, по сравнению с 10-15 МГц современной ей ТТЛ серии К155. В настоящее время и ТТЛ(Ш), и ЭСЛ практически не используются, так как с уменьшением проектных норм КМОП технология достигла частот переключения в несколько гигагерц.

Инвертор

Одним из основных логических элементов является инвертор. Инвертирующими каскадами являются однотранзисторный каскад с общим эмиттером, однотранзисторный каскад с общим истоком, двухтранзисторный двухтактный выходной каскад на комплементарных парах транзисторов с последовательным включением транзисторов по постоянному току (применяется в ТТЛ и КМОП), двухтранзисторный дифференциальный каскад с параллельным включением транзисторов по постоянному току (применяется в ЭСЛ) и др. Но одного условия инвертирования недостаточно для применения инвертирующего каскада в качестве логического инвертора. Логический инвертор должен иметь смещённую рабочую точку на один из краёв проходной характеристики, что делает каскад неустойчивым в середине диапазона входных величин и устойчивым в крайних положениях (закрыт, открыт). Такой характеристикой обладает компаратор, поэтому логические инверторы строят как компараторы, а не как гармонические усилительные каскады с устойчивой рабочей точкой в середине диапазона входных величин. Таких каскадов, как и контактных групп реле, может быть два вида: нормально закрытые (разомкнутые) и нормально открытые (замкнутые).

Применение логических элементов

Логические элементы входят в состав микросхем, например ТТЛ элементы — в состав микросхем К155 (SN74), К133; ТТШЛ — 530, 533, К555, ЭСЛ — 100, К500 и т. д.

Комбинационные логические устройства

Комбинационными называются такие логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются входными сигналами.

Последовательностные цифровые устройства

Последовательностными называют такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

7


Краткое описание документа:

Республика Казахстан."Восточно-Казахстанская областьгород Семей.Коммунальное Государственное Казенное Предприятие «Колледж радиотехники и связи» "Управления образования Восточно-Казахстанского областного акимата."Преподаватель: Татьяна Викторовна Дружинина. Предмет: «Цифровые устройства и микропроцессорные системы». Специальность: 1306000 «Радиоэлектроника и связь». Квалификация: 1306093 «Техник по связи». Раздел 1. «Основы цифровой техники». Урок 3. «Логические элементы»."Конспект лекции на тему «Логические элементы».

Автор
Дата добавления 27.03.2014
Раздел Информатика
Подраздел Конспекты
Просмотров1225
Номер материала 39925032732
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх