ИЗУЧАЕМ ЧЕРЧЕНИЕ СХЕМ в программе sPlan

Здравствуйте мои уважаемые читатели!

Продолжаем работу по созданию библиотеки элементов.

В предыдущих материалах мы начали рассматривать УГО группы «D», подгруппа «DA» рассмотрена, но чтобы её всю рассмотреть потребуется очень много времени, надеюсь, что мои читатели в каждом конкретном случае самостоятельно справятся с задачей. Рассмотрим следующую подгруппу «DD» - это цифровые микросхемы и логические элементы. Необходимо отметить, что любая даже самая сложная микросхема, включая центральный процессор компьютера, «собрана» из простых элементов соединённых определённых образом.

Чем же цифровые микросхемы отличаются от аналоговых? Отличие очень простое – в аналоговых микросхемах сигнал любой формы, частоты, амплитуды и мощности несёт информацию, а в цифровых микросхемах сигнал может быть только «ноль» или «единица», форма прямоугольная, следовательно, сигнал импульсный или командный ( разрешающий или запрещающий). Амплитуда сигнала строго нормирована для конкретного типа микросхем и привязана к напряжению питания – «единица» практически равна напряжению питания, а «ноль» выше уровня «земли» на величину порога – напряжения открытого ключа ( транзистора или группы транзисторов ). Информацию несёт последовательность «нолей» и «единиц», а длительность импульсов и частота следования определяют скорость работы в каждом конкретном случае.

Задачи, решаемые цифровыми микросхемами, могут быть самого разного характера, от простой проверки совпадения сигнала, до самых мощных компьютеров, решающих любые задачи.

Но всё начинается с простых логических элементов – они «думают» логически!!! Шутка, но с долей правды!!!

Желание человека упростить решаемые задачи существовала с момента появления человека. Одной из таких задач была помощь при решении математических задач. Первое, а возможно и не самое первое устройство было найдено на борту корабля, затонувшего у берегов Греции и этому устройству приблизительно 2300 лет, но оно сохранилось! Морская вода сделала своё «чёрное» дело, но по остаткам данного устройства ученые смогли понять, что оно вычисляло.

Рис. 1. Антикитерский механизм и ему почти 2300 лет.

Современная аппаратура позволила «просветить» и понять его устройство и составить современный чертеж.

Рис. 2. Сложнейший механизм, много шестерёнок, сделан руками человека 2300 лет тому назад!

Позволял вычислять положение 42 небесных объектов, что позволяло улучшить и упростить работу штурмана.

В 1847 году Джордж Буль в своей книге "Математический анализ логики " изложил основы цифровой логики. В конце 19-го века эту науку назвали БУЛЕВА АЛГЕБРА! Это и стало основой цифровой вычислительной техники, и все языки программирования построены на основе Булевой алгебры.

Но не только языки программирования, а и цифровые микросхемы работают именно на языке Булевой алгебры.

Язык Булевой алгебры очень простой – по сложности примерно как китайский – необходимую функцию собираем из отдельных знаков, но вот только этот язык очень замысловатый…

Начнём с самого простого иероглифа – Конъюнкция, выполняющего операцию – И.

Рис. 3. Очень простой элемент 2И и УГО так же простое.

Работа такого элемента объясняется очень просто – если И на первом входе присутствует единица, И на втором входе так же единица, то на выходе будет так же единица. При трёх других состояниях на входах на выходе будет присутствовать ноль. Это схема совпадения двух единиц.

Второй иероглиф – Дизъюнкция, выполняет операцию – или.

Рис. 4. Элемент 2или.

Работает ещё проще чем элемент И. Если на первом входе присутствует единица, а на втором входе ноль или на первом входе ноль, а на втором входе единица или на двух входах единицы – на выходе так же будет единица. Это схема совпадения двух нолей.

При решении определённых задач необходимо результат инвертировать и для это существует элемент НЕ.

Рис. 5. НЕ – просто инвертор.

Очень необходимый элемент, в корпусе с 14 выводами их обычно находится 6 шт и 2 вывода – это питание.

Чтобы упростить задачу и увеличить быстродействие – объединяют два элемента:

Рис. 6. Элемент 2И–не.

Очень популярный элемент в конструировании более сложных микросхем или схем цифровой техники, а так же при построении различных узлов автоматики.

Рис. 7. Элемент 2или–не.

Так же популярный и очень необходимый элемент.

Иногда вместо совпадения двух сигналов требуется противоположная функция – несовпадение.

Рис. 8. Очень интересный элемент.

У элемента исключающее или единица на выходе присутствует если на входах уровни сигналов не совпадают, на первом входе единица, а на втором ноль или на первом ноль, а на втором единица – на выходе так же единица. Два других варианта исключаются!

Если сигнал после прохождения от одного элемента к другому, теряет четкое соответствие нулю и единице, уровень нуля завышен, а уровень единицы занижен существует специальный элемент.

Рис. 9. Очень знакомый элемент!

И еще одна основная функция триггера Шмидта увеличение крутизны фронтов импульсного сигнала.

Иногда требуется объединить выходы нескольких элементов, но это возможно только в случае если на выходе элемента применяется открытый коллектор.

Рис. 10. Элемент 2И–не с открытым коллектором.

Если объединить несколько выходов с ОК и подключить через резистор к напряжению питания, то любой элемент может устанавливать выходной сигнал в ноль.

Рис. 11. Элемент 2или–не с открытым коллектором.

И что же можно скомпоновать из простых элементов?

Очень много простых и сложных устройств!

Рис. 12. Схема простого асинхронного RS-триггера на элементах 2И-не.

Название асинхронный ему присвоено из-за того, что сигналы S и R на его входы могут поступать в любое время. Переключается триггер подачей ноля на один из входов S или R. При подаче нуля на вход Sна выходе Qпоявится единица, а при подаче нуля на вход R на выходе Q появится ноль. Главное условие в работе такого триггера – нельзя одновременно подавать два ноля на оба входа! Триггер не «поймёт» что Вы от него требуете!

А если требуется переключать асинхронный триггер единицей, его выполняют на элементах 2или-не.

Рис. 13. Схема простого асинхронного RS-триггера на элементах 2или-не

Этот триггер переключается при подаче на входы единицы. И в этом варианте есть запрещённый режим – две единицы на входах!

Для упрощения выполнения схем с RS-триггерами для них существует эквивалентное УГО в двух вариантах:

Рис. 14. RS-триггеры, выполненные на простых элементах.

В первом RS-триггере установка производится подачей ноля на входы, на это указывает знак инверсии на входе, а во втором RS-триггере установка производится единицей – знак инверсии отсутствует.

При выполнении схемы знаки R и S можно располагать в левом дополнительном поле в любом месте для удобства расположения линий связи. RS-триггеры выпускаются в обоих вариантах.

В следующем материале рассмотрим синхронные триггеры.

Надеюсь, что материал понравился моим читателям. В настоящее время публикации появляются только в ленте и видны только моим подписчикам и, чтобы не пропустить следующие публикации подписывайтесь на мой канал. Задавайте вопросы, я с удовольствием на них отвечу. Комментируйте и пишите свои замечания! Особенно замечания помогают улучшить мою работу над материалом и текстами.

Желаю Всем крепкого здоровья и чистого неба!!!

электроника для начинающих

электроника

изучаем электронику

сделай сам