Комбинации логических элементов

Цифровые системы строятся на основе комбинаций логических элементов. Такие комбинации могут быть описаны таблицей истинности, булевой функцией или логической схемой.
В практике наиболее часто встречаются более сложные логические элементы, такие как И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то есть производится сначала операция OR или AND, а результат инвертируется. Тем не менее, эти элементы также относятся к основным элементам цифровой техники. Таблица истинности легко получить, инвертировав выходные сигналы соответствующих элементов.
Для простоты обозначения инверсные входа или выхода обозначаются кружками инверсии, смотри рисунок ниже.

Триггеры и защелки.

Используя только базовые элементы, приведенные выше, можно получать сложные схемы управления автоматики - такие схемы называются цепями комбинационной логики.
Для получения более сложных функциональных устройств используют элементы называемее триггерами. Их применяют в устройствах с целью образования последовательных логических цепей. Основной особенностью триггеров является возможность запоминания входных сигналов даже если они сняты. Эта особенность позволяет строить устройства для хранения цифровых данных, вычислений и их преобразований. Очень часто используются для формирования временных задержек.
Начальный запуск (установка начальног значения) триггера является важным этапом его работы. По способу запуска триггеры могут быть активизированы фронтом импульса или уровнем. Участок 2-3 - положительный фронт; участок 4-5 графика - отрицательный фронт; участок 3-4 высокий уровень описания; 1-2 или 5-6 низкий уровень... На графике прямоугольного импульса.
Не менее важным является синхронизация всех устройств цифровой схемы во времени для решения этой задачи используют синхроимпульсы (тактовые импульсы), которые подаются на входа синхронизации.

D-триггер (называемого также триггером данных).

Описание графического символа:

Входа:
- D (для данных);
- С (сигнал синхронизации или тактовый вход). Графическое обозначение «> - положительный фронт импульса» на входе С логической схемы означает, что данные передаются со входа на выход при изменении тактового сигнала с низкого уровня на высокий (участок 2-3 графика описания прямоугольного импульса). Примером тактовых импульсов может быть Периодический прямоугольный сигнал.
Выхода:
- Q и Q обычно имеет два взаимоинверсных выхода, обозначенных Q и Q (HE-Q) Выход Q называется нормальным, а выход Q имеет противоположное значение и называется дополнительным или инверсным выходом триггера.

Таблица истинности D-триггера:

Установка и сброс триггера рассматриваются по отношению к выходу Q. D-триггер может находиться в трех состояниях:
Установить (или активизировать) триггер означает, что на выходе Q устанавливается 1. Это происходит при подачи 1 на вход D триггера и при смене тактового импульса С на положительный сигнал.
Сброс (установке в нуль) триггера. Сбросить триггер означает вернуть выход Q в состояние 0.
Установить состояние ожидания режим хранения данных полученных в предыдущем цикле. В этом состояние изменение данных на входе не приводит к потере предыдущих данных, то есть состояние выходов остается неизменным (сигнал запомнен).

JK-триггер (называемого также триггером данных).

Описание графического символа:

Входа:
- J и K два входа данных;
- С (сигнал синхронизации или тактовый вход). Графическое обозначение «кружками инверсии и > - отрицательный фронт импульса» на входе С логической схемы означает, что данные передаются со входа на выход при изменении тактового сигнала с высокого уровня на низкий (участок 4-5 графика описания прямоугольного импульса). Примером тактовых импульсов может быть Периодический прямоугольный сигнал.
Выхода:
- Q и Q обычно имеет два взаимоинверсных выхода, обозначенных Q и Q (HE-Q) Выход Q называется нормальным, а выход Q имеет противоположное значение и называется дополнительным или инверсным выходом триггера.

Таблица истинности JK-триггера:

JK-триггер может находиться в четырех состояниях:
Триггер когда входа J и К получат Н-уровень при каждом тактовом импульсе выходные уровни меняются последовательно - HIGH-LOW-HIGH-LOW и т. д. (т.е. работать в счетном режиме).
Установить / активизировать триггер означает, что при наличии на входах J = 1 и K = 0 и при переходе тактовых импульсов от Н- к L-состоянию выход Q переходит в состояние HIGH.
Сброс (установка в нуль) триггера - триггер получает на выход Q состояние LOW.
Установить состояние ожидания - отсутствие действия у триггера. Входа J и К имеют LOW состояние, вход синхронизации С не оказывает влияния на выходные сигналы.

Базой для освоения электроники является умение читать принципиальные схемы. Разбор приведенных ниже схем позволит лучше понять принцип построения цифровых устройств. Совместно со схемами внимательно изучайте диаграммы сигналов и таблицы истинности.

Примеры реализации цифровых схем: