Базовые логические элементы 2

Логические элементы расширенного базиса (их также называют вентили — gates) — это наиболее простые цифровые устройства.
При интегральном исполнении в одном корпусе микросхемы может располагаться от одного до шести одинаковых логических элементов
Обычно каждый логический элемент имеет несколько входов (от одного до двенадцати) и один выход

При этом связь между выходным сигналом и входными сигналами (таблица истинности) предельно проста. Каждой комбинации входных сигналов элемента соответствует уровень нуля или единицы на его выходе. Никакой внутренней памяти у логических элементов нет, поэтому они относятся к группе комбинационных микросхем.

Логический элемент НЕ — инвертор
Логический элемент НЕ — инвертор — выполняет операцию «инверсия»:
Условное графическое обозначение инвертора в российском стандарте — прямоугольник, вход — слева, выход — справа, функцию «инверсия» отображает кружок на выходе элемента
В американском стандарте, который используется в графических редакторах систем автоматизированного проектирования цифровых устройств, инвертор обозначают треугольником, функциональное назначение элемента определяет надпись «INV» и кружок на выходе

Таблица истинности для инвертора содержит всего две строки

Логический элемент И
Логический элемент И выполняет операцию «конъюнкция», или «логическое умножение». Базовые элементы И на кристаллах ПЛИС могут иметь от 2 до 12 входов.
В российском стандарте логический элемент И обозначает прямоугольник, в котором функциональное назначение элемента, операцию И, обозначает знак «&». В американском стандарте обозначение другое (рис. 6.2), функциональное назначение элемента указывает надпись «AND3», что означает элемент И с тремя входами

Для выходного сигнала элемента И с любым числом входов справедливо правило: сигнал на выходе элемента И равен единице, если на всех входах сигналы равны единице.
а b с У
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

Из таблицы истинности и аксиом также можно сделать вывод, что один из входов, например, А будет активным, и изменения сигнала с этого входа будут передаваться на выход, если на все остальные входы подаются сигналы равные 1.

Временные диаграммы, поясняющие работу элемента И
Использование логического элемента И для выполнения простейших операций обработки сигналов — выделения и объединения — поясняют временные диаграммы
Для схемы И один из входов (а) можно использовать как информационный, а два других входа (b, с) как управляющие.

Диодно-резисторные логические схемы (ДРЛ)
Диоды в схемах исключают передачу сигналов между выходами и с выхода на вход. Резистор является элементом конструктивной нагрузки, который исключает короткое замыкание источника сигнала через электронно-дырочный переход открытого диода.

Схемы логических элементов в диодно-резисторной логике построения схемотехнических решений в положительной логике работы (а), в отрицательной логике работы (б) и временные диаграммы напряжений для схемы в положительной логике работы (в)

Если на всех входах схемы (рис. 14.5, а) в исходном состоянии включить источники входных сигналов «минусом» на общую шину, то работу схемы и представление информации необходимо рассматривать в положительной логике (ПЛ). Если снизить положительный сигнал до уровня лог. О <0,6 В), то диоды закроются за счет действия напряжения обратного смещения от источника начального (исходного) напряжения, и на выходе будет нулевой (отрицательный) потенциал с уровнем лог.О.

Для реализации сложных логических функций применяется каскадное включение диодных логических элементов в схемах ДРЛ . При положительной логике здесь имеет место каскадное соединение элементов И-ИЛИ-И

Единичный сигнал (лог.1) на выходе появляется в том случае, если на входы Вх.7 и Вх.8 поданы логические единицы и на выходе логического элемента ИЛИ — логическая единица

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Логическими элементами (ЛЭ) называются дискретные элементы, напряжения на входе и выходе которых могут принимать или высокое — логическая единица (далее 1) или низкое — логический нуль (далее 0) значения. Они могут выполняться на электромагнитных реле, магнитных элементах и в виде ИС, являющихся современным их исполнением.

Логические элементы:
а — «НЕ»; б — «ИЛИ»;
в — «И»; г — «ИЛИ-НЕ»

Логический элемент «НЕ» (рис. а) выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала Х= 1 выходной сигнал отсутствует (У= 0), а при отсутствии входного (Х= 0) выходной сигнал равен Y= 1. Эта логическая операция может выполняться и с помощью электромагнитного реле.
Логический элемент «ИЛИ». Сигнал на выходе элемента появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала — X, или Х2 (рис. б). Операция «ИЛИ» может выполняться для любого количества входных сигналов.
Логический элемент «И». Сигнал на выходе Y= 1 (рис. в) появляется только в том случае, если оба входных сигнала равны 1. В остальных случаях У= 0.
Логический элемент «ИЛИ-HE» (рис. г). В этом более сложном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (Хх, Х2 = 1) сигнал на выходе Y= 0, а при отсутствии входных (Хь Х2 = 0) сигнал на выходе Y= 1.