Kombinační logické obvody Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Kombinační logické obvody. Střední odborná škola Otrokovice. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Kombinační logické obvody
Střední odborná škola Otrokovice
www.zlinskedumy.cz
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.
Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Charakteristika DUM 2
Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4
Autor Ing. Miloš Zatloukal
Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/2-EL-4/7
Název DUM Kombinační logické obvody
Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání
Kód oboru RVP 26-41-L/52
Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika
Vyučovací předmět Číslicová technika
Druh učebního materiálu Výukový materiál
Cílová skupina Žák, 16 – 17 let
Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: přehled kombinačních obvodů
- kombinační obvod je z důvodu jednoduchosti idealizován:- vše se uvádí pouze pro ustálené stavy
- tedy se neuvažují přechodné děje a mezistavy(tyto se ale v reálných obvodech vyskytují)
Pro správnou funkci kombinačního obvodu musejí být dodrženy elektrické parametry typu:
- napájecí napětí (jeho hodnota v povolených mezích)
- dostatečné napěťové úrovně pro logickou nulu a jedničku na vstupech a výstupech (může být jeden, ale také několik)
Obr. 1: Blokové schéma kombinačního obvodu
Kombinační obvody
Typ - směr Značení malá písmena
Značení velká Popis - písmena Nejčastější
Vstupy a, b, c, d, … A, B, C, D … Začátek abecedy A, B
Výstupy … x, y, z … X, Y, Z Konec abecedy Y
Pozn. Počet vstupů a výstupů se obecně liší – např. platí spíše výjimečně, že pro dva vstupy jsou dva výstupy, častější je několik vstupů (např. A, B) a jeden výstup (Y).
Kombinační obvody
Druhy kombinačních obvodů
- Základní logický člen typu NOT, AND, (NAND), OR, (NOR), XOR – HRADLO
- KODÉR a DEKODÉR
- MULTIPLEXER a DEMULTIPLEXER
- LOGICKÝ KOMPARÁTOR
- ARITMETICKÉ OBVODY (např. SČÍTAČKA)
- PAMĚŤ jako kombinační obvod
Kombinační obvody – hradlo
Základní logický člen – HRADLO- Jde o základní číslicový integrovaný obvod
- V jednom integrovaném obvodu (IO) bývá několik hradel se stejnou funkcí
- Počet hradel v jednom IO se pohybuje od 1 do 6
- Vlastnosti hradel závisejí na použité výrobní technologii (TTL nebo CMOS)
- Podle potřeby může být využita jen část IO (např. dvě ze čtyř hradel)
- Pokud má hradlo více vstupů než bude zapotřebí, je nutné nevyužité vstupy správně ošetřit – znemožnit jejich prostřednictvím pronikání rušení – jak?
- tím, že je podle typu hradla připojíme na log. nulu (OR,NOR) nebo na log. jedničku (AND, NAND),
případně nevyužitý vstup spojíme s už použitým vstupem.
Kombinační obvody – hradlo – pokračování – příklady TTL, CMOS
Označení TTL
Označení CMOS
Typ - funkce
Počet vstupů jednoho hradla
Počet hradelv jednom IO
Rovnice
7404 4069 NOT 1 6
7408 4081 AND 2 4 Y = A . B
7400 4011 NAND 2 4
7410 4023 NAND 3 3
7420 4012 NAND 4 2
7430 4068 NAND 8 1
7432 4071 OR 2 4 Y = A + B
7402 4001 NOR 2 4
7486 4030 XOR 2 4 Y = A B
Pozn. 1 Obdobně značeny jsou i hradla novějších řadách TTL (LS a ALS), CMOS je řada 4xxx
Pozn. 2 Čím má hradlo více vstupů, tím méně je hradel v jednom IO
Kombinační obvody – pokračování
Další kombinační obvody – jako např. dekodéry, multiplexery, logické komparátory, sčítačky… lze realizovat dvěma způsoby
a) Podle zadání požadavků na funkci kombinačního obvodu vznikne tabulka, z ní rovnice (základní nebo upravená) a podle ní pak schéma zapojení.
Schéma může obsahovat:1) různá základní hradla typu NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR
schéma podle upravené rovnice znamená, že obsahuje pouze 2) univerzální logické členy typu NAND nebo NOR
(obecně jich bude více než u 1), ale budou stejného typu- vhodné pro -jednodušší celky
- demonstrační účely s možností měření „uvnitř schématu“
- nevhodné pro složitější konstrukce – zde je nutný větší počet hradel – nepřehlednost při zapojování
– větší možnost chyby
Kombinační obvody – pokračování
b) Místo sestavení nějakého složitějšího obvodu – např. dekodéru, zvolíme přímo už hotový typ – podle katalogu výrobce – (pokud nejde o něco specifického, co se nevyrábí) - jde většinou o jeden specializovaný integrovaný obvod (např. dekodér z kódu BCD na kód 1 z 10 – typ 7442)
Výhody tohoto postupu: - často levnější- jednodušší aplikace- méně pracné zapojování
Nevýhody: - jde o obvod typu „Black Box“ se známým chováním podle tabulky- je integrovaný – nelze tedy chtít měřit uvnitř něj
Pozn. Pokud se obvod pro požadovaný účel nevyrábí, je nutné jej navrhnout a sestavit podle bodu a)
Další popisované obvody budou uváděny podle bodu b) integrované
Kombinační obvody – Kodér a dekodér
- podle kombinace vstupních proměnných vytvářejí určitý výstupní kód(kombinaci dvojkových stavů)
Kodéry určité kódy vyrábějí.
Dekodéry určité kódy identifikují – převádějí do původního tvaru.
Společný znak: převod jednoho kódu na jiný. Univerzální označení obou typů převodníku kódu je dekodér. Základní dekodéry:- 1 z N (N = 2, 4, 8, 16 )- BCD na 1 z 10- Dekodéry do (z) Grayova kódu- Dekodéry pro sedmisegmentové displeje
Příklad IO jako dekodéru7442 – dekodér BCD kódu na 1 z 1074154 – dekodér kódu 8421 na 1 ze 16
Obr. 2: Blokové schéma dekodéru
Kombinační obvody – Multiplexer (MPX, MUX) a demultiplexer (DMPX, DMUX)
- Jde o selektory dat- Pracují s n- bitovými daty (n = 2, 4, 8, 16…)- Vstupy u MPX (výstupy u DMPX) se označují jako kanály – počet je n- Vybraná informace (obsah určitého kanálu) je volena číslicovou adresou- MPX je tedy adresou (dvojkovým číslem) řízený přepínač z více vstupů na jediný výstup- DMPX je tedy adresou (dvojkovým číslem) řízený přepínač z jediného vstupu na 1 z N výstupů (N = 2, 6, 8, 10, 16…)
- Základní MPX a DMPX- Dvoukanálový – 2 k- Čtyřkanálový – 4 k- Osmikanálový – 8 k- Šestnáctikanálový – 16 k
Příklad IO jako multiplexeru a demultiplexeru74151 – 8 k MPX74154 – 16 k DMPX Obr. 3: Blokové schéma multiplexeru
Kombinační obvody – Multiplexer (MPX, MUX) a demultiplexer (DMPX, DMUX)
Číslicová informace (nula nebo jednička) je z datového vstupu přenesena na ten z N výstupů, jehož adresa je právě aktuální na adresních vstupech.
- Jde o číslicový obvod, který porovná dvě dvojková n-bitová čísla a oznámí výsledek porovnání.- XOR jako realizace nerovnosti je základním jednobitovým komparátorem
Tabulka členu XOR
- Základní komparátory- jednoduchý (pozná pouze zda se dvě čísla rovnají nebo nerovnají)- složitější (také pozná, zda jsou srovnávaná čísla stejná či nikoliv,
v případě neshody určí přesně, které z čísel je větší)Příklad IO jako 4 bitového komparátoru: typ 7485Pozn. V elektronice existuje také analogový komparátor, který porovnává 2 analogová napětí a pozná, které je větší.
- Jde o takové číslicové obvody, který realizují základní aritmetické operace s n-bitovými čísly.
Podle počtu elementárních jednotek a postupu vzniku výsledku se dělí na:- sériové
(výsledek vzniká postupně v jediné jednotce – v jednotlivých krocích)- paralelní
(výsledek vzniká současně ve více jednotkách)
Podle vykonávané matematické operace se dělí na:- sčítačky- odečítačky- násobičky- děličky
Pozn. : Základní operací je součet a lze na něj převést jak odečítání, tak i násobení a dělení: A-B = A+ (-B)AxB = A+A+A+ … +A (B krát) A:B = A-B-B- … -B (A krát) (podíl a zbytek)
- Kombinační obvod realizuje tabulku pravdivostních hodnot- Tabulku lze zapsat do paměti- Paměť využívá jen adresové vstupy a datové výstupy- Obsah paměti = tabulka se pro daný účel nemění (je konstantní)- Paměť pro tento účel je vhodná pro logické funkce s počtem proměnných do 5(jinak vychází paměť s velkým počtem adresních bitů)
Typy používaných pamětí:ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash EEPROM
Použití:- převodníky kódů (kodéry, dekodéry)- tabulky hodnot (např. funkcí typu sinus apod.)
Obr. 7 Blokové schéma paměti ve funkci kombinačního obvodu
Kontrolní otázky
1. Pro kombinační obvod platí následující:
a) Počet výstupů = počet vstupů (přesně a vždy)b) Počet výstupů je menší než počet vstupů (většinou)c) Počet výstupů je větší než počet vstupů (méně často)
2. Neošetření nepoužitého vstupu číslicového obvodu znamená riziko:
a) Zničení celého obvodub) Vstupu rušení a tedy nesprávné funkce celého obvoduc) Zvětšení zakázaného pásma
3. Polovodičová paměť jako kombinační obvod je nevhodná pro:
a) Realizaci tabulek funkcíb) Úlohy s větším počtem vstupů než 5c) Pro převodníky kódů
Kontrolní otázky – správné odpovědi
1. Pro kombinační obvod platí následující:
a) Počet výstupů = počet vstupů (přesně a vždy)b) Počet výstupů je menší než počet vstupů (většinou)c) Počet výstupů je větší než počet vstupů (méně často)
2. Neošetření nepoužitého vstupu číslicového obvodu znamená riziko:
a) Zničení celého obvodub) Vstupu rušení a tedy nesprávné funkce celého obvoduc) Zvětšení zakázaného pásma
3. Polovodičová paměť jako kombinační obvod je nevhodná pro:
a) Realizaci tabulek funkcíb) Úlohy s větším počtem vstupů než 5c) Pro převodníky kódů
Seznam obrázků:
Obr. 1: vlastní, Blokové schéma kombinačního obvodu Obr. 2: vlastní, Blokové schéma dekodéruObr. 3: vlastní, Blokové schéma multiplexeruObr. 4: vlastní, Blokové schéma demultiplexeruObr. 5: vlastní, Blokové schéma číslicového komparátoruObr. 6: vlastní, Blokové schéma aritmetického obvoduObr. 7: vlastní, Blokové schéma paměti ve funkci kombinačního obvodu
Seznam použité literatury:
[1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0