|
|
Главная | Словарь | Книги | Контакты |
Микросхема 7417, имеющая корпус DIP с 14 контактами и показанная на рис. 7.13, содержит шесть буферов и называется драйвером. Под термином «драйвер» понимается усилитель. Вход и выход каждого буфера выводятся на контакты, а на оставшихся два контакта подключаются напряжение 4- 5 В и земля.
Логическое состояние при подаче на любой из буферов быстро проходит на выход и усиливается по току. Состояние невозможно запомнить, как это делается в триггере. На прохождение сигнала от входа к выходу требуется определенное время, которое называется задержкой распространения.
Инверторы. Инвертор или элемент НЕ (NOT) обозначается на схемах как треугольник с небольшим кружком на выходной вершине (рис. 7.14). Входное логическое состояние при прохождении инвертора изменяется на противоположное (Н-уровень изменяется на L-уровень и наоборот).
Таблица истинности инвертора приведена на рис. 7.14. Инверторы, как показывает их обозначение, усиливают ток логического состояния. Однако их внутренняя схема инвертирует входное состояние.
Микросхема 7406 (рис. 7.15) содержит шесть инверторов. Она также имеет корпус DIP с 14 контактами. Каждый инвертор имеет входной и выходной контакты, а остальные два контакта отведены для питания 4-5 В и заземления.
Микросхема 7406, как и многие другие элементы, имеет выход типа открытый коллектор (рис. 7.16). Сами инверторы выполнены на биполярных транзисторах, коллектор которых служит выходным электродом микросхемы. Выходной транзистор элемента с открытым коллектором мощнее остальных транзисторов и может выдавать ток до 30 мА.
Внешний коллекторный резистор схем с открытым коллектором обычно монтируется на печатной плате. Благодаря этому он может рассеивать значительную мощность. Инверторы часто имеют нагрузку в виде светоизлучающих диодов или реле. Для микросхемы 7406 расчетное сопротивление внешнего резистора составляет 1000 Ом.
Элементы И (AND). Элемент AND реализует функцию логического И. В компьютере при объединении по И нескольких битов образуется результирующий бит. Он имеет L-уровень за исключением ситуации, когда все входные биты имеют Н-уровень. Если хотя бы один из входных битов имеет L-уровень, выходной бит будет иметь L-уровень. Только когда все входы имеют Н-уровень, на выходе появится Н-уровень.
На рис. 7.17 показана таблица истинности элемента AND с двумя входами. При большем числе входов результат будет аналогичным. Имеется только одна комбинация входов, когда на выходе появляется Н-уровень.
Обозначение элемента AND приведено на рис. 7.17, причем все выходы независимо от их числа подаются на плоскую сторону, а выход снимается с закругленной вершины.
Элемент AND напоминает некоторый ключ, который включает и выключает схему, подсоединенную к его выходу. Обычно на одном или нескольких входах элемента AND действуют Н-уровни, поэтому на выходе имеется L-уровень, соответствующий выключенному состоянию. При включении схемы на все входы элемента AND подаются Н-уровни. Элемент AND изменяет выход с L-уровня на Н-уровень и включает схему, подсоединенную к выходу.
Таблицы истинности позволяют полностью проверить работу элемента. Когда в элементе AND (см. рис. 7.17) хотя бы один из входов имеет L-уровень, на выходе должен действовать L-уровень. Только когда на обоих входах есть Н-уровни, выход должен иметь L-уровень. При проверке входов и выхода с помощью логического пробника или тестера (см. главу 2) они должны соответствовать таблице истинности. Если выход не верен, то микросхема неисправна.
Микросхема 7408 в 14-контактном корпусе DIP содержит четыре двухвходовых элемента AND (рис. 7.18). В общем, элементы AND могут иметь два и более входов. Каждый из элементов AND в микросхеме 7408 имеет два входа и один выход. Они занимают 12 контактов, а еще два контакта предназначены для питания 4- 5 В и заземления.
Обозначение элемента OR (рис. 7.19) напоминает обозначение элемента AND, только выход показывается острым, а не закругленным. Обычно плоская часть для входов закруглена.
Микросхема 7432 в 14-контактном корпусе DIP (рис. 7.20) содержит четыре двухвходовых элемента OR. Разводка контактов аналогична элементу AND 7408. Для проверки правильности работы элемента OR привлекается таблица истинности.
Элементы NOT, AND и OR реализуют основные логические функции, а остальные элементы являются их комбинациями. При объединении элементов NOT и AND получается элемент НЕ-ИЛИ (NAND), а при объединении элементов NOT и OR получается элемент НЕ-ИЛИ (NOR). Элемент исключающее ИЛИ (EOR) образуется при соединении нескольких элементов NAND. Элемент исключающее НЕ-ИЛИ получается при добавлении элемента NOT к элементу EOR. Такие элементы, образованные из трех основных
элементов, выпускаются как отдельные микросхемы. При поиске неисправности их следует считать особыми элементами и привлекать для тестирования их таблицы истинности.
Рис. 7.20. Микросхема 7432 содержит четыре двухвходовых элемента OR
Элементы НЕ-ИЛИ (NAND). По таблице истинности элемента NAND (рис. 7.21) видно, что его выходы аналогичны выходам элемента AND, но инвертированы. Элемент AND формирует на выходе Н-уровень только при наличии Н-уровней на всех входах, а на выходе элемента NAND действует L-уровень только при наличии Н-уровней на всех входах. В любой другой ситуации на выходе элемента NAND имеется Н-уровень.
Элемент NAND — это просто элемент AND с добавленным инвертором. Из элементов NAND состоят все ТТЛ-микросхемы, т.е. он является основным логическим элементом. Только на элементах NAND можно реализовать любой другой логический элемент или регистр. ТТЛ-микросхема состоит из биполярных транзисторов, диодов и резисторов. Имеются ТТЛ-транзисторы с несколькими эмиттерами, обычные транзисторы с одним эмиттером, р-я-переходы, действующие как диоды, и крошечные интегральные резисторы.
На рис. 7.22 изображена структура микросхемы 7400 с элементами NAND. ТТЛ-эмиттеры подключаются к входным контактам микросхемы. Если элемент имеет два входа, ТТЛ-транзистор имеет два эмиттера, а при большем числе входов число эмиттеров соответственно увеличивается. Остальные биполярные транзисторы действуют как инверторы или буферы.
Базовый элемент NAND состоит из пяти частей (рис. 7.23): один элемент AND, один элемент NOT и три буфера (элементы YES). Элемент AND выполнен на многоэмиттерном транзисторе с соответствующим числом входов (эмиттеров). Он формирует Н-уровень при наличии Н-уровней на всех входах. Выход элемент AND подается на инвертор NOT, который инвертирует и усиливает сигнал.
Затем сигнал разделяется на два тракта. По одному тракту сигнал проходит через помехоустойчивый буфер, а затем через второй буфер, предназначенный для усиления Н-уровня сигнала. По второму тракту усиливается L-уровень сигнала. Выходные буферы объединяются и обеспечивают общий выход. Отметим, что при любом уровне выходной сигнал оказывается усиленным.
Элементы НЕ-ИЛИ (NOR). Таблица истинности элемента NOR на рис. 7.24 показывает, что на выходе элемента NOR имеется Н-уровень только при наличии L-уровней на всех входах; в противном случае на выходе действует L-уровень. Выход является инвертированным выходом элемента OR. Микросхема 7402 (рис. 7.25) представляет собой элемент NOR, являющийся объединением элемента OR и инвертора.
Микросхема 7402 содержит четыре двухвходовых элемента NOR, а в микросхеме 7427 (рис. 7.26) есть три трехвходовых элемента NOR. Микросхема 74LS27 тоже содержит три трехвходовых элемента NOR, но выполнена по ТТЛШ-технологии. Микросхема 7425 в 14-контактном корпусе DIP (рис. 7.27) содержит два стробируемых элемента NOR, каждый из которых имеет четыре входа и один выход. Есть много разновидностей таких логических элементов, которые можно использовать при проектировании цифровых устройств. Отметим, что в 14-контактных корпусах DIP контакт 14 отведен для питания +5 В, а контакт 7 — для заземления.
Элементы исключающее ИЛИ (EOR). На первый взгляд обозначение элемента EOR (рис. 7.28) похоже на обозначение элемента OR, однако при ближайшем рассмотрении обнаруживается различие: на входе имеется вторая изогнутая линия. Входы подаются на внешнюю линию.
Таблица истинности элемента EOR для первых трех комбинаций совпадает с таблицей истинности элемента OR, но в четвертой комбинации имеется различие. В элементе OR при наличии Н-уровней на двух входах выход также должен иметь Н-уровень, а в элементе EOR в этой ситуации на выходе образуется L-уровень. Различие между элементами OR и EOR только в этой комбинации.
Если поразмыслить, то выходы элемента OR не строго соответствуют логике. По определению элемента OR, если один или второй вход имеют Н-уровень, то выход должен иметь Н-уровень. Это истинно для входных комбинаций LL, LH и HL. В комбинации LL ни один из входов не имеет Н-уровня, поэтому на выходе L-уровень. В комбинациях LH и HL один из входов имеет Н-уровень, поэтому на выходе должен быть Н-уровень. Однако в последней комбинации НН оба входа имеют Н-уровень, а не первый или второй, а на выходе элемента OR сохраняется Н-уровень, что противоречит логике. Здесь скрыто определенное противоречие элемента OR.
Элемент EOR подчиняется логике. Четыре входных комбинации двухвходового элемента EOR логически повторяют элемент OR за исключением комбинации НН. Когда на обоих входах элемента EOR имеются Н-уровни, выход в соответствии с логикой имеет L-уровень. Элемент EOR формирует на выходе Н-уровень, только в том случае, когда один или второй из входов имеют Н-уровень, но не тогда, когда оба они имеют Н-уровень. Отметим, то иногда элемент EOR называется XOR.
Микросхема 7486 содержит четыре двухвходовых элемента EOR (рис. 7.29). Она оформлена в обычном 14-контактном корпусе DIP. Выпускаются также аналогичные микросхемы других серий — 74Н86, 74LS86 и 74S86.
Элементы исключающее НЕ-ИЛИ (ENOR). Элемент ENOR представляет собой элемент EOR с добавленным инвертором, который на схемах обозначается аналогично элементу EOR, но с кружком на выходе элемента (рис. 7.30). Таблица истинности показывает, что выход элемента ENOR является инвертированным выходом элемента EOR. Выпускается очень много вариантов микросхем с элементами ENOR, примером которых служит микросхема 74LS266 (рис. 7.31). Она содержит четыре двухвходовых элемента ENOR с выходами типа «открытый коллектор».
Несмотря на наличие микросхемы 74LS266, разработчик может образовать элемент ENOR из других элементов. Если, например, выход элемента EOR (микросхема 74LS86) подать на вход инвертора 7404, выход инвертора будет таким же, как у элемента ENOR (рис. 7.32). Этот прием на практике применяется довольно часто.
При проверке составного элемента ENOR удобнее игнорировать функцию ENOR и проверять оба элемента отдельно. Например, следует проверить оба входа элемента EOR и его выход. Если выход не соответствует ожидаемому, элемент неисправен. Если выход правилен, следует проверить вход и выход инвертора. Неправильный вход или выход могут локализовать неисправность.
Элементы ENOR и другие можно образовать, используя другие микросхемы. Например, на рис. 7.33 показано, как образовать элемент ENOR из пяти элементов NAND. Две микросхемы 7400 представляют пять элементов NAND, причем три таких элемента остаются свободными. У таких оставшихся элементов входы и выходы следует подключить к напряжению 4- 5 В или заземлить в соответствии с имеющимися спецификациями.
Применение элемента НЕ-ИЛИ (NAND). При проверке персонального компьютера нужно разобраться во всех соединениях. Путаница связана с таким включением микросхем, что они оказываются вроде бы бесполезными (рис. 7.34). Например, из двух элементов NAND микросхемы 7400 можно образовать элемент AND. Входы подаются на контакты 1 и 2, а выход 3 соединяется с обоими входами 4 и 5 другого элемента NAND. Выходом служит контакт 6. В результате выполняется операция И (AND) над входными сигналами (объединение по И).
Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах
