Логические элементы

Рассмотрим некоторые логические элементы с одним и двумя входами, реализующие ПФ от одного и двух аргументов [11].

Логический элемент НЕ (инвертор). Инвертор реализует ПФ НЕ. В схемах инвертор изображается следующим образом ( рис.2.4).

Рис.2.4. Графическое обозначение

логического элемента НЕ

Рис.2.5. Диаграммы сигналов, Рис.2.6. Временные диаграммы

соответствующих логическим сигналов на входе и выходе

значениям “0” и”1” элемента НЕ

На вход инвертора подается цифровой сигнал, величина напряжения которого соответствует значению аргумента ПФ. Например, если x=1, то это напряжение составляет +5 В, а если х=0 , то 0 В (рис.2.5). На выходе инвертора получается сигнал, представляющий значение функции отрицания НЕ, т.е. значение, обратное входному (рис.2.6) : y=1 (на выходе +5 В, если на входе 0 В) или y=0 (на выходе 0 В, если на входе +5 В). Нужно сказать, что на временной диаграмме инвертора допущена некоторая условность: судя по диаграмме, переключение цифрового сигнала происходит мгновенно, в действительности же любой физический процесс в логических элементах протекает за определенное время.

Логический элемент И. Этот элемент реализует ПФ конъюнкции или логического произведения. Иногда логический элемент И называют конъюнктором, а также схемой совпадения, что отражает существо работы этого элемента : цифровой сигнал, соответствующий значению логической единицы, появляется на выходе схемы только тогда, когда совпадут по времени единичные значения цифровых сигналов на входе. На рис.2.7 представлено схематическое изображение элемента , а на рис.2.8 - его временная диаграмма.

Рис.2.7. Графическое обозначение

логического элемента И

Рис.2.8. Временные диаграммы

сигналов на входе и выходе

логического элемента И

Логический элемент ИЛИ. Этот элемент реализует ПФ дизъюнкции или логического сложения. Иногда логический элемент ИЛИ называют дизъюнктором или схемой сборки: сигнал, соответствующий уровню логической единицы, возникает на выходе, если хотя бы на один из входов придет сигнал логической единицы. На рис.2.9 приведено схематическое представление элемента , а на рис.2.10 - временная диаграмма.

Рис.2.9. Графическое обозначение

логического элемента ИЛИ

Рис.2.10. Временные диаграммы

сигналов на входе и выходе

логического элемента ИЛИ

Логические элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Последовательное соединение элементов И и НЕ реализует функцию отрицания конъюнкции (рис.2.11). Логический элемент, реализующий эту функцию, называется И-НЕ. Обозначение этого элемента приведено на рис.2.12.

Рис.2.11. Последовательное Рис.2.12. Графическое

соединение элементов И и НЕ обозначение элемента И-НЕ

По аналогии с этим проводится последовательное соединение элементов ИЛИ и НЕ, реализующих функцию отрицания дизъюнкции (рис.2.13). Такой логический элемент называется ИЛИ-НЕ и обозначается следующим образом (рис.2.14).

Рис.2.13. Последовательное Рис.2.14. Графическое

соединение элементов ИЛИ и НЕ обозначение элемента ИЛИ-НЕ

Особенностью этих элементов является то, что они реализуют функционально полную систему ПФ, а следовательно, используя элементы И-НЕ или ИЛИ-НЕ, можно построить любую сколь угодно сложную схему.

Для аналитического представления ПФ используют правило ее записи по единицам:

- в таблице истинности выбирают все наборы, на которых ПФ равна единице;

- выписывают произведения аргументов, соответствующих этим наборам. При этом, если в этом наборе аргумент равен 1, то он вписывается в произведение без изменения, если же он равен 0, то он вписывается со знаком отрицания;

- все полученные произведения соединяются знаком дизъюнкции.

Пример 2.3. Построить схему сумматора по модулю два на элементах И,ИЛИ,НЕ. Таблица истинности для ПФ f₆(x₁,x₂) логической неравнозначности представлена в табл.2.3.

В соответствии с правилом записи ПФ по единицам получим: