Pierwsze kroki w cyfrówce cz3.pdf

(124 KB) Pobierz
Układy cyfrowe
W tym odcinku omówimy bramki
złożone EX−OR i EX−NOR oraz
sprawę logiki ujemnej.
Pierwsze
kroki
część 3
w cyfrówce
Inne bramki
Istnieją też elementy logiczne, realizu−
jące jeszcze inne funkcje. Zapewne spo−
tkałeś już określenie EX−OR i EX−NOR.
Elementy takie również nazywamy
bramkami. W literaturze niekiedy są
oznaczane jako bramki XOR lub XNOR.
Elementów tych z pewnością będziesz
używał w swoich układach.
Rys. 11. Wykonanie bramki EX−OR z bramek NAND.
Rys. 10. Bramki EX−OR i EX−NOR.
Na pewno chciałbyś intuicyjnie zrozu−
mieć ich działanie, a jest ono bardzo
proste.
Spróbuj zapamiętać: na wyjściu dwu−
wejściowej bramki EX−OR pojawia się
stan wysoki, gdy na wejściach występu−
ją różne stany logiczne. Natomiast gdy
oba wejścia mają ten sam stan logiczny
(obojętnie czy wysoki, czy niski), na wy−
jściu występuje stan niski.
Bramka EX−NOR działa tylko trochę
inaczej − gdy stan wejść jest jednakowy,
na wyjściu pojawia się stan wysoki, gdy
stany są różne − stan niski.
Jest to rzeczywiście proste. Na rysun−
ku 10 znajdziesz symbole i opis działania
bramek EX−OR i EX−NOR.
Na rysunku 11 zobaczysz, jak wyko−
nać bramkę EX−OR z bramek NAND.
W praktyce nigdy się tak nie robi, bo−
wiem produkowane są układy scalone
zawierające po cztery bramki EX−OR albo
EX−NOR w jednym układzie scalonym.
Do czego wykorzystasz w praktyce
bramki EX−OR i EX−NOR?
Najczęściej do sprawdzenia, czy dane
sygnały mają takie same poziomy logicz−
ne. Ale nie tylko.
Rys. 12. Nietypowe wykorzystanie bramek EX−OR i EX−NOR.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
37
Układy cyfrowe
wienie się stanu niskiego na
przynaj−
mniej jednym
jej wejściu zmienia stan
wyjścia. Ostatnia bramka, oznaczona F,
realizuje funkcję NAND − zmienia stan
wyjścia, gdy
na wszystkich
wejściach
wystąpi stan wysoki. Dokładnie to przea−
nalizuj. Coś nam tu przypomina opis dzia−
łania bramki OR i NOR. Jak to rozumieć?
Do tej pory zakładaliśmy, zresztą cał−
kowicie słusznie, że brak napięcia to stan
niski − L, a obecność napięcia (dodatnie−
go) to stan wysoki − H.
Ale przecież jest to kwestia umowy:
równie dobrze moglibyśmy ustalić, że
brak napięcia to stan wysoki, a obecność
napięcia − stan niski. Tym sposobem
doszliśmy do tak zwanej logiki ujemnej.
Jeśli zaglądałeś do podręczników
omawiających technikę cyfrową, to ist−
nieje duże prawdopodobieństwo, że ja−
kiś niepoprawny teoretyk próbował ci na−
mieszać w głowie, omawiając szczegóło−
wo zarówno logikę dodatnią, jak i ujem−
ną. Wydaje się to bardzo skomplikowa−
ne. Ta cała logika ujemna to prawda, ale
praktykującemu elektronikowi może na−
Logika ujemna
robić w głowie sporo zamieszania i wte−
Popatrz teraz na układ pokazany na ry− dy więcej z niej szkody niż pożytku.
sunku 14 Układ taki może być zastoso−
14.
Wyjaśniam więc raz na zawsze: we
wany w małej centralce alarmowej. Do wszystkich praktycznych opisach i publi−
czterech wejść oznaczonych 1...4 dołą− kacjach z jakimi się spotkasz, a przede
czone są czujniki. Wejście Z służy do cał− wszystkim w firmowych katalogach cyf−
kowitego wyłączania centralki. Nato− rowych układów scalonych, stosuje się
miast wejścia X, Y umożliwiają włączanie oznaczenia i pojęcia związane z logiką
i wyłączanie pew−
dodatnią,
gdzie
nych stref (na przy−
stan niski to napię−
Dowolna bramka może
kład garaż powi−
cie bliskie zera,
w praktycznym układzie pełnić
nien być chroniony
a stan wysoki to
zarówno swą “przepisową”
w nocy także pod−
napięcie bliskie do−
czas obecności do−
datniego napięcia
funkcję, jak też funkcję niejako
mowników). Naru−
zasilania. W zasa−
przeciwną. W praktyce
szenie
(zwarcie)
dzie możesz więc
używając bramek jednego typu
któregokolwiek
nie zawracać sobie
czujnika wywoła
(ale muszą to być bramki
głowy logiką ujem−
alarm, o ile tylko
ną, ale koniecznie
z negacją) NOR, bądź NAND,
na wejściach ze−
musisz zrozumieć
możesz zrealizować wszystkie
zwalających, ozna−
pewne istotne za−
funkcje podstawowe: NOT, OR,
czonych X, Y, Z,
gadnienie, które
będzie występo−
dało o sobie znać
NOR, AND, NAND, a także
wał stan wysoki.
przy analizie rysun−
wszelkie funkcje złożone.
W stanie gotowoś−
ku 14. Oto ono:
ci
(czuwania),
Zgodnie z tym,
w poszczególnych punktach układu wy− co pokazałem na rysunku 14 musisz za−
stąpią stany logiczne, takie jak podano na pamiętać, że dowolna bramka AND,
rysunku.
NAND, OR, NOR może pełnić zarówno
Zauważ, że jeśli naruszony zostan i e swą “przepisową” funkcję, jak też funk−
przynajmniej jeden
czujnik, zmieni się cję niejako przeciwną.
stan na wyjściu którejś z bramek ozna−
Może jesteś zaskoczony: jak to jest,
czonych A, B. Coś tu jakby nie gra: choć że ta sama bramka pełni funkcję AND
są to niewątpliwie bramki NAND, i jednocześnie (tak!) funkcję OR? Teore−
w rzeczywistości realizują funkcję OR tyk odpowie: tu właśnie wchodzi w grę
lub NOR! Następne bramki, oznaczone logika ujemna. Nie przestrasz się tej lo−
C i D rzeczywiście
realizują
funkcję giki ujemnej, jest to bardzo proste −
NAND − stan wyjścia zmienia się, gdy
na
 spróbuj wyczuć zagadnienie intuicyj−
wszystkich
wejściach pojawi się stan nie.
wysoki. Ale bramka oznaczona E znów
Zauważ, że w układzie z rysunku 14
pełni jakby funkcję OR czy NOR − poja− “prawdziwą” funkcję pełnioną przez
Rys. 13. Spotykane symbole bramek.
Na rysunku 12 zobaczysz inną możli−
wość, przydatną w praktyce: w zależnoś−
ci od stanu na jednym z wejść, bramka
EX−OR (lub EX−NOR) neguje sygnał we−
jściowy, albo przepuszcza go bez zmian.
Zapamiętaj właściwość pokazaną na ry−
sunku 12 − przyda ci się, gdy w trakcie
projektowania zagospodarujesz bramki
EX−OR i EX−NOR nie wykorzystane
w swej klasycznej roli.
Może zapytasz jeszcze, czy istnieją
wielowejściowe bramki EX−OR i EX−
NOR? W praktyce spotkasz się tylko
z bramkami dwuwejściwymi. Bramki te
można w prosty sposób łączyć, by uzys−
kać coś podobnego do bramki wielowe−
jściowej, ale stosuje się to bardzo rza−
dko. Istnieją też wielowejściowe układy
zwane generatorami i kontrolerami pa−
rzystości, przeznaczone do systemów
przesyłania danych − ich działanie nieco
przypomina działanie opisywanych bra−
mek.
Uważaj teraz! W starej krajowej litera−
turze lub w publikacjach obcojęzycznych
spotyka się odmienne symbole bramek
(oraz innych układów logicznych). Żeby
nie robić ci wody z mózgu, na poprzed−
nich rysunkach podałem ci najczęściej
spotykane oznaczenia, występujące
w większości dostępnych dziś źródeł.
Na rysunku 13 w pierwszej kolumnie
13,
znajdziesz oznaczenia według dotych−
czas obowiązujących norm krajowych,
w drugiej kolumnie nowe oznaczenia,
zgodne z zaleceniami międzynarodowej
organizacji ISO, które są obecnie wpro−
wadzane w wielu krajach, także u nas.
Przyzwyczajaj się powoli do tych nowych
symboli. W trzeciej kolumnie znajdziesz
dawne oznaczenia, spotykane w starszej
literaturze.
38
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
Układy cyfrowe
Rys. 14. Przykładowy układ logiczny.
bramki wyznaczają stany spoczynkowe
na wejściach danej bramki. Nieprzypad−
kowo wcześniej do znudzenia wkłada−
łem ci do głowy, że bramka AND i NAND
“zmienia stan wyjścia, gdy
wszystkie
wejścia...”, natomiast bramka OR i NOR
− ”gdy
przynajmniej jedno
wejście...”.
Przemyśl to i spróbuj zrozumieć. Nie ra−
dzę ci natomiast zapamiętywać jakichkol−
wiek tabelek, bo zaplączesz się bezna−
dziejnie.
Teraz już chyba w pełni rozumiesz, że
używając bramek jednego typu (ale mu−
szą to być bramki z negacją, a więc NOR
bądź NAND), możesz zrealizować wszys−
tkie funkcje NOT, OR, NOR, AND,
NAND.
Ma to bardzo ważne konsekwencje
praktyczne.
Niech do ciebie dotrze, że w układzie
z rysunku 14 nie musieliśmy stosować
bramek NOR czy OR − odpowiednio wy−
korzystaliśmy bramki NAND. Przeanali−
zuj rysunek 14 i upewnij się jeszcze
raz, że w rzeczywistości bramki A, B i E
pełnią w urządzeniu funkcje odpowiada−
jące bramce NOR.
To, co ci teraz usiłuję wbić do gło−
wy, jest ogromnie ważne w praktyce −
 jeśli uchwycisz ideę, będziesz potrafił
zbudować dowolny układ, korzystając
wyłącznie z bramek NAND lub NOR.
Oczywiście musisz pomału nabrać
wprawy.
Nie znaczy to jednak, że masz wyko−
nywać układy zawierające tylko bramki
NAND albo NOR. Bez przesady! Zacho−
waj rozsądek. Przejrzyj dokładnie wcześ−
niejsze numery Elektroniki dla Wszyst−
kich czy Elektroniki Praktycznej i zwróć
uwagę, jakie bramki i w jaki sposób wy−
korzystuje się w przezentowanych tam
układach.
W każdym razie zrozumienie, a właś− przy użyciu jednego typu bramek: NOR
ciwie wyczucie i przyswojenie omówio− albo NAND.
nych właśnie zasad, jest bardzo cenne
Zakoduj sobie w głowie raz na za−
przy projektowaniu urządzeń cyfrowych wsze, że każdą funkcję logiczną można
zawierających bramki. Szybko się o tym zrealizować z pomocą bramek NAND czy
przekonasz, jeśli będziesz sam projekto− też NOR. Używając odpowiednio dużej
wał układy. Może pomyślisz, że nama− ilości takich bramek, teoretycznie mógł−
wiam cię do cze−
byś wykonać do−
goś wręcz prze−
wolny przerzutnik,
ciwnego, niż zale−
licznik,
dekoder,
Jeśli zajmujesz się techniką
cają szkolne pod−
a nawet mikropro−
cyfrową, powinieneś o każdej
ręczniki. W wielu
cesor. Nie bę−
porze dnia i nocy pamiętać, jak
szkolnych ćwicze−
dziesz tego robił,
działają bramki NOT, OR, NOR,
niach masz za za−
bo wcześniej zrobi−
danie zrealizować
li to za ciebie inni
AND, NAND, EX−OR i EX−NOR.
daną wzorem fun−
i masz do dyspozy−
Musisz dokładne rozumieć
kcję logiczną przy
cji wiele cyfrowych
działanie bramki jako
użyciu dowolnych
układów scalonych
bramek. W prakty−
pełniących najróż−
sterowanego zaworu.
ce najczęściej by−
niejsze
funkcje.
Powinieneś rozumieć dlaczego
wa zupełnie ina−
Układy te zacznę ci
każda bramka NAND czy AND
czej. Przy prost−
przedstawiać
umożliwia zrealizowanie
szych
układach
w jednym z na−
nikt nie zastanawia
stępnych
odcin−
funkcji NOR i OR, i jakie to ma
się nad wzorami,
ków. Wykaż cierp−
znaczenie praktyczne.
tylko od razu pró−
liwość: zanim prze−
Nie bój się logiki ujemnej − to
buje
narysować
jdziemy do prze−
schemat
układu
rzutników
liczni−
nic trudnego; pamiętaj, że
i na bieżąco zasta−
ków, rejestrów i
o rzeczywistej funkcji bramki
nawia się, czy
dekoderów, wcze−
decydują stany na jej wejściach
układ spełni posta−
śniej musisz przy−
wione zadanie i ja−
swoić sobie sporo
podczas “spoczynku”.
kich dostępnych
rzetelnej wiedzy.
Nie ucz się żadnych tabelek −
kostek
trzeba
Dlatego w następ−
 staraj się zrozumieć zasady.
użyć.
nym odcinku za−
W razie potrzeby przygotuj
Jeśli masz cier−
jmiemy się budo−
pliwość, weź teraz
wą
wewnętrzną
sobie ściągawkę zawierającą
kartkę i narysuj ja−
współczesnych
podstawowe informacje.
kiś niezbyt skom−
bramek i innych
plikowany układ lo−
układów
cyfro−
giczny zawierający bramki NOT, OR, wych oraz praktycznymi konsekwencja−
NOR, AND i NAND. Potem spróbuj zreali− mi różnic w ich budowie.
zować układ pełniący takie same funkcje
Piotr Górecki
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/97
39

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin