Логические элементы. Классификация логических элементов. Логические элементы на интегральных микросхемах

~ ЛЕКЦИЯ 26 ~

Логические элементы

Логические элементы предназначены для выполнения различных логических операций над дискретными сигналами при двоичном способе их представления.

Работа логических элементов, используемых в устройствах цифровой обработки информации, основана на законах алгебры логики. Используемые при этом сигналы близки по форме к прямоугольным и имеют два фиксированных уровня напряжения. Уровню низкого напряжения соответствует символ “0”, уровню высокого напряжения соответствует символ “1”, что позволяет представлять цифровую информацию в двоичной форме.

Логические преобразования двоичных сигналов включают три элементарные операции:

1. Логическое сложение (дизъюнкция), операция ИЛИ, обозначаемая знаком “Ú” или “+”:

F = X₁Ú X₂Ú X₃Ú…Ú X_n ;

2. Логическое умножение (конъюнкция), операция И, обозначаемая знаком “Ù” или “×”:

F = X₁Ù X₂Ù X₃Ù…Ù X_n ;

3. Логическое отрицание (инверсия), операция НЕ, обозначаемая чертой над переменной:

.

Кроме перечисленных операций пользуются еще одной логической операцией ЗАПРЕТ:

Для реализации логических операций в электронных устройствах используют логические элементы:

1. Элемент ИЛИ

Выходной сигнал F равен “1”, если хотя бы один из входных сигналов равен “1”:

2. Элемент И

 Выходной сигнал элемента И равен “1”, если на все входы элемента подан сигнал “1”:

3. Элемент НЕ

Этот элемент называют инвертором:

4. Элемент ЗАПРЕТ

Этот элемент в простейшем случае имеет два входа, один из которых называется разрешающим (X₁), другой – запрещающим (X₂). Выходной сигнал повторяет сигнал на разрешающем входе X₁,  если X₂ = 0. При X₂ = 1 на выходе образуется сигнал “0” независимо от значения X₁:

На основе простейших логических элементов ИЛИ, И, НЕ можно создать сложные элементы, которые реализуют несколько логических операций, например И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Логическая операция элемента И-НЕ:

Логическая операция элемента ИЛИ-НЕ:

Классификация логических элементов

1. По виду выходного сигнала.

Логические элементы делят на:

ü потенциальные;

ü импульсные.

В потенциальных элементах логические “0” и ”1” представляются двумя разными уровнями электрического потенциала, а в импульсных – наличием или отсутствием импульсов.

Наиболее распространены потенциальные элементы.

2. По виду активного элемента.

Логические элементы выполняют на полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах.

3. По способу построения логических элементов.

Элементы И и ИЛИ строят на основе диодных ключей, элемент НЕ делают на транзисторном ключе, который обладает инверсными свойствами.

Способы построения логических элементов различны. В электронных схемах используют четыре типа логических элементов:

-  Резисторно - транзисторные (РТЛ);

-  Диодно - транзисторные (ДТЛ);

-  Транзисторно - транзисторные (ТТЛ);

-  Диодно-резисторные (ДРЛ).

Синтез и анализ логических элементов

Синтезом  логических элементов называют создание схемы логического устройства по логической функции, например:

Анализ  логических элементов осуществляется по схеме логического устройства. Результатом анализа будет являться функция, описывающая работу логического устройства.

Логические элементы на интегральных микросхемах

Логические элементы в интегральном исполнении выполняют на микросхемах типа К155; КМ155.

В этих микросхемах используют тип логики ТТЛ. К155ЛА1, КМ155ЛА1.

Эти микросхемы реализуют операцию: два элемента 4И-НЕ:

К155ЛР1, КМ155ЛР1.

Эти микросхемы реализуют операцию: два элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ:

Схемы логических элементов на диодных и транзисторных ключах

1. Схема логического элемента “ИЛИ”.

Этот элемент реализуют с помощью диодно-резисторной логики.

При воздействии сигнала “1” (-Е) хотя бы на один вход системы