فئات: إلكترونيات عملية, كهربائيين المبتدئين
مرات المشاهدة: 77535
تعليقات على المقال: 1
رقائق المنطق. الجزء 2 - غيتس
تعمل العناصر المنطقية كعناصر مستقلة في شكل دوائر كهربائية صغيرة بدرجة تكامل ، ويتم تضمينها كعناصر في دوائر كهربائية دقيقة بدرجة تكامل أعلى. يمكن حساب هذه العناصر أكثر من عشرة.
لكن أولاً ، سنتحدث فقط عن أربعة منهم - هذه هي العناصر AND ، أو ، OR ، NOT ، و NOT. العناصر الرئيسية هي العناصر الثلاثة الأولى ، والعنصر AND-NOT هو بالفعل مزيج من العناصر AND AND NOT. هذه العناصر يمكن أن تسمى "طوب" التكنولوجيا الرقمية. أولا تحتاج إلى النظر في ما هو منطق عملها؟
أذكر الجزء الأول من المقالة على الدوائر الرقمية. قيل إن الجهد عند دخل (الإخراج) للدائرة الصغيرة داخل 0 ... 0.4 V هو مستوى الصفر المنطقي ، أو مستوى الجهد المنخفض. إذا كان الجهد داخل 2.4 ... 5.0 فولت ، فهذا هو مستوى الوحدة المنطقية أو الجهد العالي المستوى.
تتميز حالة التشغيل للدوائر الدقيقة من سلسلة K155 وغيرها من الدوائر الصغيرة ذات الجهد الكهربائي 5V بمثل هذه المستويات بدقة. إذا كان الجهد الكهربي الناتج عن الدائرة الكهروضوئية يتراوح بين 0.4 و 2.4 فولت (على سبيل المثال ، 1.5 أو 2.0 فولت) ، فيمكنك التفكير بالفعل في استبدال هذه الدائرة الكهربائية المصغرة.
نصيحة عملية: للتأكد من خلل الدائرة الدقيقة في الخرج ، يجب عليك فصل مدخلات الدائرة الدقيقة التي تتبعها (أو العديد من المدخلات المتصلة بإخراج هذه الدائرة الصغيرة). يمكن لهذه المدخلات ببساطة "مقعد" (التحميل الزائد) رقاقة الإخراج.
اتفاقيات الرسم
رموز الرسوم عبارة عن مستطيل يحتوي على خطوط الإدخال والإخراج. توجد خطوط إدخال العناصر على اليسار ، وخطوط الإخراج على اليمين. الأمر نفسه ينطبق على الأوراق بأكملها مع الدوائر: على الجانب الأيسر ، جميع الإشارات هي المدخلات ، على اليمين هي المخرجات. إنه مثل سطر في كتاب - من اليسار إلى اليمين ، سيكون من الأسهل تذكره. داخل المستطيل هو رمز شرطي يدل على الوظيفة التي يؤديها العنصر.
العنصر المنطقي و
نبدأ النظر في العناصر المنطقية مع العنصر الأول.
الشكل 1. العنصر المنطقي و
يظهر الرسم في الشكل 1 أ. رمز And هو الرمز الإنجليزي "&" ، الذي يحل محل الاتحاد "و" ، لأنه بعد كل شيء ، تم اختراع كل هذا "العلم الزائف" في البرجوازية اللعينة.
يتم تحديد مدخلات العنصر كـ X مع الفهارس 1 و 2 ، والإخراج ، كدالة إخراج ، بالحرف Y. إنها بسيطة ، كما في الرياضيات المدرسية ، على سبيل المثال ، Y = K * X أو ، في الحالة العامة ، Y = f (x). يمكن أن يحتوي أحد العناصر على أكثر من مدخلات ، وهو أمر يقتصر فقط على تعقيد المشكلة التي يتم حلها ، ولكن يمكن أن يكون هناك ناتج واحد فقط.
منطق العنصر على النحو التالي: لن يكون الجهد العالي المستوى عند الخرج Y إلا عند وعند الإدخال X1 وعند المدخلات X2 سيكون هناك جهد عالي المستوى. إذا كان العنصر يحتوي على 4 أو 8 مدخلات ، فيجب استيفاء الشرط المشار إليه (المستوى العالي) في جميع المدخلات: المدخلات I-1 ، المدخلات I-2 ، المدخلات I-3 ... .. وفي المدخلات N. فقط في هذه الحالة ، سيكون الإخراج أيضًا على مستوى عالٍ.
من أجل تسهيل فهم منطق تشغيل العنصر And ، يتم عرض تمثيلي في شكل دائرة اتصال في الشكل 1 ب. هنا ، يتم تمثيل إخراج العنصر Y بواسطة المصباح HL1. إذا كانت المصباح مضاءة ، فهذا يتوافق مع مستوى عالٍ عند إخراج العنصر الأول. غالبًا ما تسمى هذه العناصر 2-I ، 3-I ، 4-I ، 8-I. يشير الرقم الأول إلى عدد المدخلات.
كما إشارات الإدخال X1 و X2 ، يتم استخدام أزرار "الجرس" العادية دون تحديد. الحالة المفتوحة للأزرار هي حالة ذات مستوى منخفض ، والحالة المغلقة مرتفعة بشكل طبيعي. كمصدر للطاقة ، يُظهر الرسم التخطيطي بطارية كلفانية. أثناء وجود الأزرار في الحالة المفتوحة ، لا يضيء المصباح بالطبع. سوف يتم تشغيل المصباح فقط عند الضغط على الزرين مرة واحدة ، أي I-SB1 ، I-SB2.هذه هي العلاقة المنطقية بين إشارة الدخل والإخراج للعنصر الأول.
يمكن الحصول على تمثيل مرئي لتشغيل العنصر AND من خلال النظر إلى مخطط الوقت الموضح في الشكل 1 ج. في البداية ، تظهر إشارة عالية المستوى عند الإدخال X1 ، ولكن لم يحدث شيء في الإخراج Y ، لا تزال هناك إشارة منخفضة المستوى. عند الإدخال X2 ، تظهر الإشارة مع بعض التأخير بالنسبة للإدخال الأول ، وتظهر إشارة عالية المستوى في الإخراج Y.
عندما تكون الإشارة عند الإدخال X1 منخفضة ، يتم ضبط الخرج أيضًا على مستوى منخفض. أو بعبارة أخرى ، يتم تعليق إشارة عالية المستوى عند الإخراج طالما توجد إشارات عالية المستوى في كلا المدخلين. يمكن قول الشيء نفسه عن العناصر متعددة المدخلات في I: إذا كانت 8-I ، ثم من أجل الحصول على مستوى عالٍ في المخرجات ، يجب الاحتفاظ بالمستوى العالي في جميع المدخلات الثمانية دفعة واحدة.
في معظم الأحيان في الأدبيات المرجعية ، يتم إعطاء حالة إخراج عناصر المنطق اعتمادًا على إشارات الإدخال في شكل جداول الحقيقة. بالنسبة للعنصر المدروس 2-I ، يظهر جدول الحقيقة في الشكل 1 د.
يشبه الجدول إلى حد ما جدول الضرب ، أصغر فقط. إذا قمت بدراسته بعناية ، ستلاحظ أن مستوى عالٍ في الإخراج لن يكون إلا عند وجود جهد كهربي عالي المستوى ، أو ما هو الشيء نفسه ، وجود وحدة منطقية في كلا المدخلين. بالمناسبة ، مقارنة جدول الحقيقة بجدول الضرب أبعد ما تكون عن الصدفة: جميع جداول الحقيقة للإلكترونيات تعرف ، كما يقولون ، عن ظهر قلب.
أيضا ، وظيفة ويمكن وصفها مع جبر المنطق أو الجبر المنطقي. بالنسبة لعنصر إدخالين ، ستبدو الصيغة كما يلي: Y = X1 * X2 أو أي شكل آخر من أشكال الكتابة Y = X1 ^ X2.
العنصر المنطقي OR
بعد ذلك سوف ننظر إلى بوابة OR.
الشكل 2. بوابة المنطق أو
يشبه تعيينها للرسم عنصر AND الذي تم فحصه للتو ، باستثناء أنه بدلاً من الرمز & للدالة AND ، فإن الرقم 1 مسجل داخل المستطيل ، كما هو موضح في الشكل 2 أ. في هذه الحالة ، تشير إلى الدالة OR. على اليسار توجد المدخلات X1 و X2 ، والتي ، كما في حالة And ، يمكن أن تكون أكثر ، وعلى اليمين الإخراج ، المشار إليه بالحرف Y.
في صيغة صيغة الجبر المنطقية ، تتم كتابة الدالة OR كـ Y = X1 + X2.
وفقًا لهذه الصيغة ، ستكون Y صحيحة عندما يكون OR عند الإدخال X1 ، أو عند الإدخال X2 ، أو عند كلا المدخلين سيكون هناك مستوى مرتفع على الفور.
سيساعد مخطط الاتصال الموضح في الشكل 2 ب على فهم ما قيل للتو: إن الضغط على أي من الأزرار (مستوى عالٍ) أو أن كلا الزرين في وقت واحد سوف يتسبب في توهج المصباح (مستوى عالٍ). في هذه الحالة ، الأزرار هي إشارات الإدخال X1 و X2 ، والضوء هو إشارة الخرج Y. لتسهيل التذكر ، يعرض الشكلان 2 ج و 2 د مخطط التوقيت وجدول الحقيقة ، على التوالي: يكفي تحليل عمل دائرة الاتصال المبينة مع الرسم البياني والجدول ، حيث أن كل الأسئلة سوف تختفي.
عنصر المنطق لا ، العاكس
كما قال أحد المعلمين ، في التكنولوجيا الرقمية لا يوجد شيء أكثر تعقيدًا من العاكس. ربما هذا هو في الواقع.
في جبر المنطق ، لا تُدعى العملية الانقلاب ، مما يعني الإنكار باللغة الإنجليزية ، أي أن مستوى الإشارة في الخرج يتوافق تمامًا مع عكس إشارة الدخل ، التي تبدو مثل Y = / X في شكل صيغة
(تشير الشرطة المائلة قبل علامة X إلى الانعكاس الفعلي. عادة ، يتم استخدام الشرطة السفلية بدلاً من الشرطة المائلة ، على الرغم من أن هذا الرمز مقبول تمامًا.).
ليس رمز الرسم الخاص بالعنصر مربعًا أو مستطيلًا ، حيث يُدرج الرقم 1 داخله.
الشكل 3. العاكس
في هذه الحالة ، فهذا يعني أن هذا العنصر هو العاكس. إنه يحتوي على مدخل X واحد فقط والإخراج Y. يبدأ خط الإخراج بدائرة صغيرة ، مما يشير فعليًا إلى أن هذا العنصر هو عبارة عن عاكس.
كما قيل للتو ، فإن العاكس هو الدوائر الرقمية الأكثر تعقيدا.وهذا ما تؤكده خطة الاتصال الخاصة به: إذا كانت هذه الأزرار قبل ذلك كافية ، فقد تمت الآن إضافة مرحل إليهم. بينما لا يتم ضغط زر SB1 (صفر منطقي عند الإدخال) ، يتم إلغاء تنشيط مرحل K1 ويتم تشغيل جهات اتصاله المغلقة عادة على مصباح HL1 ، الذي يتوافق مع وحدة منطقية في الإخراج.
إذا قمت بالضغط على الزر (تطبيق وحدة منطقية على الإدخال) ، فسيتم تشغيل الترحيل ، وسيتم فتح جهات اتصال K1.1 ، وسوف ينطفئ الضوء ، وهو ما يتوافق مع الصفر المنطقي في الإخراج. تم تأكيد ما سبق من خلال الرسم البياني الزمني في الشكل 3C وجدول الحقيقة في الشكل ثلاثي الأبعاد.
العنصر المنطقي وليس
بوابة AND ليست مجموعة من بوابة AND بوابة NOT.
الشكل 4. العنصر المنطقي وليس
لذلك ، الرمز & (المنطقي AND) موجود على رمز الرسم الخاص به ، ويبدأ سطر الخروج بدائرة تشير إلى وجود العاكس في التكوين.
يظهر الشكل التماثلي التماثلي للعنصر المنطقي في الشكل 4 ب ، وإذا نظرت عن كثب ، فهو يشبه إلى حد بعيد تناظرية العاكس المبينة في الشكل 3 ب: يتم تشغيل المصباح أيضًا من خلال جهات الاتصال المغلقة عادةً للتتابع K1. في الواقع هذا هو العاكس. يتم التحكم في التتابع بواسطة أزرار SB1 و SB2 ، والتي تتوافق مع المدخلات X1 و X2 من بوابة AND. يوضح الرسم التوضيحي أن الترحيل لن يتم تشغيله إلا عند الضغط على الزرين: في هذه الحالة ، تؤدي الأزرار الوظيفة & (المنطقية AND). في هذه الحالة ، يخرج المصباح الموجود في الخرج ، والذي يتوافق مع حالة الصفر المنطقي.
إذا لم يتم الضغط على كلا الزرين ، أو أحدهما على الأقل ، فسيتم تعطيل الترحيل ، ويكون الضوء في خرج الدائرة قيد التشغيل ، وهو ما يتوافق مع مستوى الوحدة المنطقية.
مما سبق ، يمكننا استخلاص النتائج التالية:
أولاً ، إذا كان لمدخل واحد على الأقل صفر منطقي ، فسيكون الإخراج وحدة منطقية. ستكون الحالة نفسها في الإخراج في حالة وجود أصفار في كلا الإدخالين دفعة واحدة. هذه خاصية قيمة للغاية لعناصر AND-NOT: إذا قمت بتوصيل كلا المدخلات ، يصبح عنصر AND-NOT عاكسًا - إنه يؤدي ببساطة وظيفة NOT. تتيح لك هذه الخاصية عدم وضع شريحة خاصة تحتوي على ستة محولات في وقت واحد ، عند الحاجة إلى واحد أو اثنين فقط.
ثانياً ، لا يمكن الحصول على صفر عند الإخراج إلا إذا "جمع" على جميع مدخلات الوحدة. في هذه الحالة ، سيكون من المناسب تسمية العنصر المنطقي المعتبر 2I-NOT. الاثنين يقول أن هذا العنصر هو اثنين من المدخلات. في جميع سلاسل الدوائر الصغيرة تقريبًا ، هناك أيضًا عناصر 3 و 4 وثمانية مدخلات. علاوة على ذلك ، كل واحد منهم لديه طريقة واحدة فقط للخروج. ومع ذلك ، يعتبر عنصر 2I-NOT عنصرا أساسيا في العديد من سلسلة الدوائر الرقمية الصغيرة.
مع خيارات مختلفة لتوصيل المدخلات ، يمكنك الحصول على خاصية رائعة أخرى. على سبيل المثال ، عند توصيل المدخلات الثلاثة لعنصر ثمانية مدخلات 8I-NOT معًا ، نحصل على العنصر 6I-NOT. وإذا قمت بتوصيل جميع المدخلات الثمانية معًا ، فستحصل على مجرد عاكس ، كما ذكر أعلاه.
هذا يكمل التعارف مع العناصر المنطقية. في الجزء التالي من المقالة ، سننظر في أبسط التجارب مع الدوائر الصغيرة ، والبنية الداخلية للدوائر الصغيرة ، والأجهزة البسيطة ، مثل مولدات النبضات.
بوريس الأديشين
استمرار المقال: رقائق المنطق. الجزء 3
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: