Основы цифровой электроники. Лекция 13 презентация

В цифровой электронике информацию можно передать в виде изменяющихся электрических сигналов.
In digital electronics the information can be transferred in the form of changing electrical signals.
Бывают два вида сигналов:
There are two types of signals:
Аналоговые
Analog
Цифровые
Digital

Все цифровые сигналы имеют только два значения – минимальное (близкое к нулю) или максимальное значение напряжения или силы тока.
All digital signals have only two values – the minimum (close to zero) or the maximum value of the voltage or current.
При обработке цифровых сигналов требуется различать всего два состояния, поэтому эти сигналы гораздо легче описать математически: есть напряжение (ток) –1, нет – 0. Для анализа математической последовательности цифровых сигналов используют двоичные коды.
When processing digital signals, only two States need to be distinguished, so these signals are much easier to describe mathematically: there is a voltage (current) -1, no – 0. Binary codes are used to analyze the mathematical sequence of digital signals.

Фундамент – двоичная система счисления, а для выдачи информации в компьютеры – шестнадцатеричная.
The foundation is a binary number system, and for issuing information to computers – hexadecimal.
Основы цифровой электроники
Fundamentals of digital electronics

В основе анализа работы логических элементов лежит математическая логика, описывающая связь между высказываниями. В ней символами обозначаются не числа, а высказывания. Высказывание может отвечать или не отвечать действительности. В первом случае оно истинно (равно 1), во втором – ложно (равно 0). Из любого высказывания путем операций в соответствии с законами алгебры логики можно получить новое высказывание.
The analysis of logical elements is based on mathematical logic that describes the relationship between statements. In it, symbols are not numbers, but statements. The statement may or may not correspond to reality. In the first case, it is true (equal to 1), in the second – false (equal to 0). From any statement by operations in accordance with the laws of logic algebra, you can get a new statement.

Логические элементы это элементарные цифровые устройства, используемые для обработки информации в цифровой последовательности сигналов высокого – «1» и низкого – «0» уровней, выполняющие логические операции И, ИЛИ, НЕ и различные комбинации этих операций.
Logic elements are elementary digital devices used for processing information in a digital sequence of high – "1" and low – "0" levels, performing logical operations AND, OR, NOT and various combinations of these operations.

Первым и самым простым логическим элементом является инвертор, выполняющий логическую операцию НЕ - инверсию или логическое отрицание. На вход подается один сигнал, на выходе противоположный. На вход подается - "0", на выходе - "1" или на вход поступает "1", а на выходе "0".
The first and simplest logical element is the inverter, which performs the logical operation NON - inversion or logical negation. One signal is applied to the input, and the opposite signal is applied to the output. The input is "0", the output is "1", or the input is "1", and the output is "0".
Логический элемент НЕ
Logical element is NOT

В роли инвертора можно применять обычный транзисторный усилитель включенный по схеме с общим эмиттером или истоком. Пример такого подключения на биполярном n-p-n транзисторе, показан на рисунке ниже.
In the role of an inverter, you can use a conventional transistor amplifier included in the scheme with a common emitter or source. An example of such a connection on a bipolar n-p-n transistor is shown in the figure below.

Реализует операцию "И" - логическое умножение. В самом простом варианте на его вход подается два сигнала, на выходе получаем один сигнал. Если подается два нуля на выходе - ноль, две единицы - на выходе единица. Если на один вход поступает "1", а на другой ноль, то на выходе "0".
Implements the "And" operation - logical multiplication. In the simplest version, two signals are sent to its input, and one signal is received at the output. If two zeros are supplied, the output is zero, and two ones are output as one. If one input receives "1" and the other zero, then the output is "0".
Логический элемент И
The logical element AND

Проще всего разобраться в работе логического элемента "И", при помощи упрощенной схемы, собранной на идеальных ключах с электронным управлением. В ней ток будет идти только тогда, когда оба ключа замкнуты, и поэтому, единичный сигнал на выходе будет только при обоих логических единицах на входе.
The easiest way to understand the operation of the logical element "And", using a simplified scheme, assembled on ideal keys with electronic control. In it, the current will only flow when both keys are closed, and therefore, a single signal at the output will only be at both logical units at the input.

Третий основной логический элемент, выполняющий операцию ИЛИ - логическое сложение. Для наглядности представления представим "ИЛИ" в виде ключей.
Cоединим их параллельно. Как видно из рисунка ниже, уровень логической единицы установится на выходе, как только замкнется любой из ключей.
The third main logical element that performs the OR operation is logical addition. For clarity of presentation present "OR" in the form of keys.
Connect them in parallel. As you can see from the figure below, the logical unit level is set at the output as soon as any of the keys is closed.
Логический элемент ИЛИ
Logical element OR

По сути это уже знакомое нам изображение двух объединённых частей: элемента «И» и «НЕ» на выходе. Таблица истинности для И-НЕ представлена ниже.
В результате на входе мы видим, что благодаря инвертору получается картина противоположная элементу «И». В отличие от трёх "0" и одной "1" мы видим три "1" и всего один ноль. Компонент цифровой логики «И – НЕ» часто называют элементом Шеффера.
In fact, this is a familiar image of two combined parts: the element «And» and «NOT» at the output. The truth table for AND-NOT presented below.
As a result, we see at the input that thanks to the inverter, the picture is the opposite of the «And» element. In contrast to three "0 " and one "1", we see three" 1 " and only one zero. The AND-NOT component of digital logic is often referred to as the Schaeffer element.
Логический элемент И-НЕ
Logical element AND-NOT

Логический элемент ИЛИ – НЕ имеется в микросборке К155ЛЕ1. Таблица истинности так же отличается от компонента "ИЛИ" инвертированием выходного сигнала.
Logic element OR – NOT is available in the microassembly K155LE1. The truth table also differs from the "OR" component by inverting the output signal.
Логический элемент ИЛИ-НЕ
Logical element OR-NOT

Выходные импульсы обладают стабильными фронтами и срезами. Длительность каждого выходного импульса равна утроенному времени задержки переключения каждого из 3-х компонентов. Временной интервал между фронтами выходных импульсов приблизительно равен длительности входного импульса. Кроме того, схема удваивает частоту входного сигнала.
The output pulses have stable fronts and cross sections. The duration of each output pulse is equal to three times the switching delay time of each of the 3 components. The time interval between the output pulse edges is approximately equal to the duration of the input pulse. In addition, the circuit doubles the frequency of the input signal.
Логический элемент «Исключающее ИЛИ»
Logical element «Exclusive OR»
Главная функция данного компонента сводится к следующему, сигнал на выходе появится только тогда, если логические уровни на входах разные.
The main function of this component is as follows: the output signal will appear only if the logic levels at the inputs are different.

Отечественная микросборка К555ЛР4. Ее можно представить как И-ИЛИ-НЕ.
Domestic microassembly K555LR4. It can be represented as an AND-OR-NOT.
Таблица истинности не рассматривается, так как цифровая микросборка не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы часто выполняют специальные функции и бывают куда сложнее, чем рассмотренный пример.
The truth table is not considered, since the digital microassembly is not a basic logical element. Such chips often perform special functions and are much more complex than the example considered.
Комбинирование различных типов логических компонентов
Combining different types of logical components