Новый Эталон Килограмма
может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
Солнце Становится Ближе
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
Человек "Искрививший" Время
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
Что за Очки у Будущего?
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
Прдолжаем тему "Цифровые системы"
Цифровая электроника основана на применении логических схем.
Эти схемы используются для сложения, вычитания, умножения и деления в калькуляторах и компьютерах, хотя они имеют и много других применений. «Переключатель» является основным блоком всех логических схем. Именно комбинация «переключателей», создающая те самые многие функции, которые могут выполнять цифровые электронные цепи.
Чтобы понять системный подход к цифровой электронике, для начала взглянем на какую-либо простую переключательную цепь. Выключатель и светоизлучающий диод, показанные на рисунке 1, представляют собой систему, которая работает в соответствии с заранее установленной программой; замкните выключатель — и светоизлучающий диод начинает светиться, разомкните его —- и диод гаснет. Вместо выключателя, показанного на схеме, подойдет любой выключатель, упомянутый выше. Здесь под выключателем подразумевается любое приспособление, которое дает низкое напряжение (разность потенциалов О В) на выходе (светоизлучающий диод и резистор), вследствие чего диод не светится, или же оно дает высокое напряжение (разность потенциалов 5 В) на выходе, вследствие чего диод светится.
Выключатель просто разомкнут или замкнут; светоизлучающий диод светится или не светится. Напряжение либо низкое (принимаемое за 0), либо высокое (принимаемое за 1); напряжение составляет либо 0 В, либо 5 В и не имеет иных значений в этом интервале. Следовательно, выход этой системы может быть описан или как логический сигнал 1 (высокое напряжение, светоизлучающий диод светится), или как логический сигнал 0 (низкое напряжение, светоизлучающий диод не светится). Таблица рядом с цепью на рисунке 1 очень просто показывает эту информацию. Поскольку система использует цифры 0 и 1 в качестве логических символов, то она называется цифровой системой. И поскольку она использует только две цифры, то она также называется двоичной или бинарной системой.
Система с двумя состояниями
На рисунке 2 показаны два кнопочных выключателя (помните: подойдет любой вид переключателей), соединенных последовательно со светоизлучающим диодом и его защитным резистором. Выключатели Л и В являются входами системы, и каждый из них может иметь только одно из двух положений: либо замкнутое, либо разомкнутое. Выход системы, т. е. светоизлучающий диод, также имеет только два состояния: либо включен, либо выключен. Теперь могут быть четыре комбинации входных сигналов, показанные в таблице на рисунке 2, но только одна из них заставляет светиться светоизлучающий диод,— это та, когда оба выключателя замкнуты.
Катушки реле Ли В будут работать как нужно, т. е. замкнут контакты, когда разность потенциалов на них «высока», например для малого реле 5 В. В электронике принято отсчитывать все потенциалы относительно шины питания 0 В. Когда реле находится под напряжением 5 В по отношению к шине 0 В, то катушка получит достаточно энергии для замыкания контактов. Если напряжение либо на входе А, либо на входе В меньше 5 В, то контакты не замкнутся, и выход на Q будет оставаться 0 В. В этом случае потенциал выше 5 В определяется как логический сигнал 1 (высокий), а тот, что ниже 5 В,— как логический сигнал 0 (низкий). Общее поведение такой цепи или системы может быть описано как:
Q = 1, когда А И В оба = 1;
в ином случае Q = 0.
Эта система действует как логический вентиль, в данном случае это комбинация переключателей, выход которых считается «включенным», когда напряжение на выходе высокое (1), и «выключенным» — когда напряжение на выходе низкое (0). Это устройство называется вентилем или воротами, поскольку его выход «открывается» только при некоторых определенных условиях, как открывающиеся двери или ворота, позволяя пройти сигналу. Вместо того чтобы писать «замкнут», «разомкнут», «включен» или «выключен», как ранее, все четыре комбинации могут быть кратко записаны при помощи логических символов, как показано в таблице 1, такая таблица будет называться таблицей истинности.
Таблица истинности описывает все возможные комбинации входов и соответствующих выходов для определенной логической схемы или комбинации нескольких логических схем. Она показывает, как электрически управляемая цепь может «принимать решения». Состояние входов этой цепи решает, каков будет выход. Любая система, имеющая таблицу, аналогичную таблице 1, называется логической схемой «И». Логическая схема «И» может быть собрана из кнопок, гер- конов, реле или транзисторов; или же ее можно изготовить в виде интегральной схемы (ИС). Другие логические схемы (системы с двумя состояниями, которые дают на выходе сигналы в соответствии с определенными комбинациями сигналов на входах) могут быть приобретены в готовом виде, и они могут соединяться друг с другом на печатных платах, образуя сложные электронные схемы. Знать устройство конкретных интегральных логических схем не требуется; достаточно знать, как работает каждая логическая схема в соответствии с таблицами истинности и как эти схемы могут использоваться в качестве «строительных блоков» в системе.
Тремя основными логическими элементами являются схема «И», схема «ИЛИ» и схема «НЕ». Все остальные логические системы могут быть построены из этих трех логических элементов. Но для этого надо изучать обозначения и таблицы истинности каждого из элементов.
