Логические схемы

Из предыдущего становится ясно, что цифровая электроника легко реализуется на ключах. Есть выходной сигнал – логическая единица, нет сигнала – логический ноль. Два устойчивых состояния позволяют использовать двоичную систему отсчета. Математический аппарат, с помощью которого записывают, вычисляют, упрощают и преобразовывают логические высказывания был создан английским математиком Джорджем Булем (19 век), в честь которого она названа булевой алгеброй высказываний.

Логическими элементами, или комбинационными схемами являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др. (называемые также вентилями). Их выходной сигнал зависит только от сигналов на входах. А также триггер, устройство с двумя устойчивыми состояниями и с памятью. Его выходной сигнал зависит и от того какой был сигнал на входе последний раз. С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств. Работу логических комбинационных элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Схема И реализует конъюнкцию (логическое умножение) двух или более логических значений

Сигнал проходит на выход или нет (два последовательных ключа)

Таблица истинности

х	y	х и у
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию (логическое сложение) двух или более логических значений.

Два параллельных ключа. Сигнал пройдёт на выход даже при замыкании одного ключа

Таблица истинности

х	y	х или у
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания

На выходе не залитый (пустой) кружочек обозначает отрицание (инвертирование) входной величины. На входе - положительная, на выходе - отрицательная

В отличие от комбинационных схем значения выходных сигналов последовательностных схем в данный момент времени зависят не только от значений входных сигналов в этот же момент времени, но и от их предыдущих значений. Из этого следует, что последовательностная схема реализует функциональную связь уже не между отдельными значениями входных и выходных сигналов, а между их последовательностями. Поэтому, в отличии от рассмотренных ранее схем, работу последовательностных схем следует рассматривать во времени.

Для того, чтобы значения выходных сигналов зависели от предыдущих значений входных, последовательностные схемы должны обладать памятью, в которой сохраняется информация о предыдущих входных воздействиях. Эта информация используется в виде совокупности сигналов, вырабатываемых памятью.

Особое значение при изучении последовательностных схем имеют элементы памяти – триггеры.

Триггеры – это логические устройства с памятью, которые способны длительно оставаться в одном из двух возможных устойчивых состояний и скачком чередовать их под действием внешних сигналов.

Основу триггеров составляют простейшие запоминающие ячейки, представляющие собой симметричную структуру из двух логических элементов ИЛИ-НЕ либо И-НЕ, охваченных перекрёстной обратной связью:

Рисунок 66 Принципы построения триггерных ячеек и их условные обозначения.

Вход, по которому ячейка устанавливается в состояние 1, обозначается буквой S, а в состоянии 0 – буквой R. Отсюда название таких триггеров – «триггер RS».

Кроме триггеров RS существуют другие типы: JK – триггеры с обратной связью, D триггер, или триггер задержки, имеющий один информационный вход, Т-триггер – единственный вид триггера, текущее состояние которого определяется не информацией на входах, а состоянием его в предыдущем такте, TV-триггер кроме счётного входа Т имеет второй, управляющий, V-вход для разрешения приёма информации. TV-триггер называют тактируемым или синхронным счётным триггером. Кроме этого триггеры могут синхронизироваться отдельными синхроимпульсами.

На триггерах реализуются счетчики, регистры и другие устройства цифровой электроники.