Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Уровень, стремящийся к плюс бесконечности (+ ). Для схемы на рис. 6.3 получается пред- В«.В43 ставленная на рис. 6.6 рабочая таблица с ука- 1 занием уровней. Цифровые схемы могут работать с разными напряжениями. Возможные 3 н5н 4 н н н Рис 6 6. ~~~-~ УРовни напРЯжений показаны на Рис.
6.7. Н-уровень может колебаться в пределах определенного диапазона напряжения согласно данным производителя схемы. Также и Е-уровень может колебаться в пределах некоторого диапазона. Эти диапазоны называются диапазонами напряжения высокого и низкого уровней (рис. 6.8). 1. и Н не являются логическими состояниями, зто бинарные уровни напряжения. Они являются частью технических данных схемы. Представленная на рис. 6.4 таблица называется рабочей согласно 1НХ 40700, часть 14. Она не может называться таблицей истинности„так как она не дает никакой информации о логических операциях.
Схема на рис. 6.3 может быть также запитана другим напряжением, например 4 В или 8 В. Тогда следует воспользоваться рабочими таблицами (рис. 6.5). Задание значений напряжения в рабочих таблицах является излишне громоздким. Также часто не всегда точно определено, каким напряжением питать схему. Можно выбрать любое напряжение в пределах допустимого диапазона. Поэтому целесообразно в рабочих таблицах различать только лишь ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ уровни напряжения. ВЫСОКИЙ уровень напряжения обозначается символом Н (от англ. «Н18Ь3 — высокий), НИЗКИЙ уровень напряжения обозначается символом Х (от англ. «1очур— низкий).
Ни Е являются уровнями напряжения. б.з.в р н ф Рис. б.7. Возможные диапазоны напряжений двв уровней Г и Н. Ряс. б.й. Диапазоны напрвжений двв уровней йи Н. Определить, какую логическую операцию выполняет схема, можно только после приведения уровней ь и Н в соответствие с логическими состояниямиби1. 6.3. Положительная и отрицательная логика ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ уровни А и Н могут соответствовать логическим состояниям О и 1 двумя различными способами: ЬВ! ь=о НВ1 н =- о (положительная логика) (отрицательная логика) Если состояние 1 определяет ВЫСОКИЙ уровень, а состояние О определя ет НИЗКИЙ уровень, то такая логика называется положительной.
В современной цифровой технике работают преимущественно с положительной логикой. Боли к схеме нет соответствующего примечания, считается, что она использует положительную логику. Если состояние 1 определяет НИЗКИЙ уровень, а состояние О определяет ВЫСОКИЙ уровень, то такая логика называется отрицательной. Отрицательная логика имела большое значение во времена существования только одних РЫР-транзисторов.
При отрицательном напряжении У на выходе транзисторного каскада получалось отрицательное напряжение. ф г !.г~ Пример О=-ОЗВ=Н 1=-6В=Ь При переходе от положительной логики к отрицательной и наоборот меняется тип логической операции. вал ! ! 1 н и Рнс. 6.9. Схема с н рабочей таблицей. Рис. 6.10. Таблица ис- тинности при положи- тельной логике. Рис. 6.11. Таблица ис- тинности при отрица- тельной логике. Логический элемент НЕ всегда работает как ннвертор — и при положительной, и при отрицательной логике (рис. 6.12).
Пример Схема работает при положительной логике как элемент И-НЕ. Какую логическую операцию производит схема при отрицательной логике? Таблица истинности элемента И-НЕ представлена на рис. 6.13. Из нее можно определить рабочую таблицу с уровнями Ни ь. При положительной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние 1, а НИЗКИЙ уровень Х, — логическое состояние 0 (рис. 6.14). Работа схемы при отрицательной логике показана в таблице истинности на рис. 6.15. Она получилась из рабочей таблицы, в которой теперь ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние О, а НИЗКИЙ уровень 1, — логическое состояние 1. Получается логическая операция ИЛИ-НЕ. Схема, которая при положительной логике выполняет операцию И-НЕ, при отрицательной логике выполняет операцию ИЛИ-НЕ.
Отрицательная логика используется сегодня только в специальных схемах из соображений помехоустойчивости. Какие логические операции производит схема на рис. 6.3 при положительной логике, а какие — при отрицательной? Схема и соответствующая рабочая таблица представлены на рис. 6.9. Из рабочей таблицы определяется таблица истинности. При положительной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние 1, а НИЗКИЙ уровень |, — логическое состояние 0 (рнс. 6.10). При положительной логике схема производит логическое сложение ИЛИ.
При отрицательной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние О, а НИЗКИЙ уровень х, — логическое состояние 1 (рис. 6.11). Схема производит логическое умножение И. В таблице истинности меняется лишь последовательность вариантов. 6.4. л л 9ф Рис. 6.13. Таблица истинности логического элемента И-НЕ. Полвкикель ки логике Огрииегельиол логике оси Т' Тй Рис. 6.12. Работа логического элемента НЕ при положительной и отрицательиой логике. Рис. 6.15. Таблица истин ности логического эле мента ИЛИ-НЕ.
Рас. 6.14. Рабочаа таблица. 6.4. Свойства схем Схемы каждого семейства имеют общие типичные свойства. На основе этих свойств для решения определенных задач выбираются схемы определенного семейства. Важными свойствами, нипример, являются быстродействие и помехоустойчивость. Для схемы управления лифтом неважно, срабатывает схема в течение 0,1 мкс или 0,5 мкс. Важно, чтобы не происходило ложного срабатывания. Поэтому целесообразно выбрать в данном случае медленную, но более помехоустойчивую схему. Для компьютера желательны схемы одновременно и быстродействующие, и помехоустойчивые. Два этих качества являются взаимоисключающими, поэтому ищется компромисс между скоростью и помехоустойчивостью.
6.4.1. Потребляемая мощность Большие цифровые схемы потребляют много энергии. Если отдельный логический элемент потребляет всего 10 мВт, то схема из 100 000 злементов— уже 1 кВт. Компьютерам же с их 10' элементами в таком случае требуется 10 кВт — об аккумуляторных батареях придется забыть. Если ограничить мощность питания отдельных логических элементов, то это скажется на скорости работы схемы и ее помехоустойчивости. Время переключения будет больше, и вследствие вынужденного использования более низких уровней напрюкения снизится помехоустойчивость.
Элементы различных семейств сильно различаются по своему энергопотреблению. При обсуждении семейств в разделах 6.5 — б.8 мы еще вернемся к этому вопросу 6.4.2. Диапазон уровней и передаточная характеристика Для малого энергопотребления должно быть низкое напряжение питания. Напряжение питания определяет ВЫСОКИЙ уровень Н. НИЗКИЙ уровень У, определяется падением напряжения на открытых диодах и транзисторах. 4 — 2114 (9В г 6. с~ и в и в зд 15 о. зезеа еомехаустОачнвоом Рис. 6.16. Логические уровни дяя напряжения питания схемы 3 В.
Рис. 6.17. Передаточная характеристика. Вели выбрать напряжение питания схемы 3 В, то ВЫСОКИЙ уровень Н равен примерно 3 В. При подключении нагрузки на выход схемы и протекании тока по элементам ВЫСОКИЙ уровень Н падает. Можно максимально допустить падение до 1,5 В, при дальнейшем падении напряжения зазор между ВЫСОКИМ и НИЗКИМ уровнями станет недопустимо мал (рис. 6.16).
Область НИЗКОГО уровня А определяется падением напряжения на открытых диодах и транзисторах и находится в пределах от 0 В до +0,7 В. Для основных семейств типовым является напряжение питания 5 В и выше. Для схем указывается так называемая передаточная характеристика, изображенная на рис. 6.17. На вертикальной оси отложено выходное напряжение (7з, на горизонтальной оси — входное напряжение Уг По передаточной характеристике можно определить Н- и 1.-уровни. НИЗКИЙ уровень У, согласно характеристике рис. 6.17 мог бы занимать диапазон от 0 В до 1,5 В (точка Р), а ВЫСОКИЙ уровень Н- от 1,5 В до 5 В, если бы не необходимость в зазоре помехоустойчивости.
Для лучшей помехоустойчивости этот зазор должен быть как можно большим. Без зазора помехи в виде импульсов напряжения могли бы вызывать самопроизвольные переключения уровней с Н на А и наоборот. Кроме того, передаточная характеристика зависит от температуры и тока нагрузки. Точка Р может перемещаться. Обычно в качестве ширины зазора помехоустойчивости выбирается длина участка падения (Г, характеристики. Таким образом, допустимый диапазон НИЗ- в КОГО уровня Х равен от 0 В до 0,8 В, а ВЫСОКО- 5 ГО Н вЂ” от 2 В до 5 В (рис. 6.18). Производители обычно немного уменьшают допустимые диапазоя ны уровней напряжений с целью повышения помехоустойчивости. ы яесеееаа Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
