Логикалық элементтер. ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС базисіндегі сандық қондырғылар сұлбаларын зерттеу

I КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
II Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
1 Логикалық элементтер және олардың түрленуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
2 ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС базисіндегі сандық қондырғылар сұлбаларын зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11
III ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..22
IV ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23

Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе – қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады. Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі.
Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі. Электрондық құрылғылар түсінігі қазір күнделікті өмірде жиі кездеседі, олар радиоқабылдағыштар, компьютерлер, теледидар, микрокалькулятор, компьютерлер, олардың бәрі де микросхемалардан тұрады. Электрондық құрылғылардын сипаттамалары оларды құратын элементтердің көрсеткіштерімен анықталады.
Электрониканың қазіргі кездегі рөлі микропроцессорлық техниканы, компьютерлік технологияны қолдануда, ақпараттықсигналдарды өндеуде жәнеэлектр энаргиясын түрлендіруге арналған күштік шалаөткізгіш аспаптарды пайдалануда өте күшейіп отыр.

1. Ғ. Айғараева, Қ. Асанов, Н. Нысанов «Сандық қондырғылар және микропроцессорлық жүйелер» 55-71 бет, 44-47 бет.
2. Ғ. Айғараева «Радиоэлектроника» 116-119 бет.
3. К. Асанав, Н. Нысанов. «Цифровые устройства и микропроцессоры»
4. Шило В. Л. Популярные цифровые микрохемы: справочник. – м.: Радио и связь

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 22 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

I КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
II Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
1 Логикалық элементтер және олардың түрленуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
2 ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС базисіндегі сандық қондырғылар сұлбаларын зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
III ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..22
IV ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...23

КІРІСПЕ

Қазіргі кездегі мемелекетіміздің алдында тұрған ең негізгі мәселе - қоғамды ақпараттандыру. Бұл мәселені шешу үшін ақпаратты өндеу және беру жабдықтарын қарқынды дамыту қажет. Ақпаратты өндеу және беру процесін сандық сигналды пайдалана отырып іске асыру болады, себебі сандық беру тәсілінің бөгеу тұрақтылығы, дәлдігі жоғары, сонымен қатар басқарылуы қарапайым, автоматтандырылуы жеңіл, иілімділігі және беру сапасының арақашықтықта тәуелсізділігі жоғары.
Техниканың электроника, микроэлектроника саласы қазіргі уақытта ақпаратты жинау мен турлендіру, есептеуіш аппаратурасы, автоматты және автоматтандырылған басқару, энергияны шығару және түрлендіру облыстарындағы әр түрлі мәселелерді шешудегі әмбебап және өте тиімді құрал болып табылады. Мәселен, өнеркәсіптегі көптеген технологиялық объектінібасқару жүйесі құрылымын қарайық. Бақыланатын шамалар(мысалы, температура, жылдамдық, қысым, т.б.) туралы ақпарат бар электрлік сигналдар сәйкесті сезгіштер арқылы өнделіп шығарылады да, іріктеліп, сүзіліп және күшейтіліп,и аналогтықтүрлендіргіштер арқылы цифрлық пішінге түрлендірілед. Сосын олар микропроцессорға беріледі.
Микропроцессордың орнында компьютер болуы мүмкін. Микропроцессор қалыптастырған сигналдар цифрлі-аналогтық түрлендіргіштер көмегімен аналогтық турге айналдырылып, атқарушы механизидерді басқаратын, тікелей объектілерге әрекет ететін электрондық күштік құрылғыларға қозғалыштар, реттегіштер, т.б) беріледі. Электрондық құрылғылар түсінігі қазір күнделікті өмірде жиі кездеседі, олар радиоқабылдағыштар, компьютерлер, теледидар, микрокалькулятор, компьютерлер, олардың бәрі де микросхемалардан тұрады. Электрондық құрылғылардын сипаттамалары оларды құратын элементтердің көрсеткіштерімен анықталады.
Электрониканың қазіргі кездегі рөлі микропроцессорлық техниканы, компьютерлік технологияны қолдануда, ақпараттықсигналдарды өндеуде жәнеэлектр энаргиясын түрлендіруге арналған күштік шалаөткізгіш аспаптарды пайдалануда өте күшейіп отыр.
1 Логикалық элементтер және олардың түрленуі

Логикалық элементтер -- логика алгебрасы ережелеріне сәйкес кіріс сигналдарымен қарапайым логикалық операцияларды (функцияларды) жүзеге асыратын электрондық құрылғылар. Осындай операцияларға логикалық қосу -- ''дизъюнкция'' ("немесе"), көбейту -- ''конъюнкция''("және"), терістеу -- ''инвертирлеу''' ("емес") жатады. Ақпараттық сигналдар ретінде электр кернеуі немесе тогының дискреттік мәндері (деңгейлері) қолданылады. Мысалы:
* 0 -- төмен деңгейге, 1 -- жоғары деңгейге сәйкес келеді. Логикалық элементтер функционалдық белгіленуі, ақпарат беру әдісі, сұлбатех. шешімі және пайдаланылатын электрондық құралдары бойынша ажыратылады. Күрделі Логикалық элементтер қарапайым операциялар орындайтын элементтерді біріктіру арқылы жасалады. Мысалы:
* "немесе" -- "емес", "және -- емес", "немесе -- және -- емес", т.б. Құрылымдық түрде Логикалық элементтер жекеленген (дискретті) құраушылардан немесе интегралдық сұлба шала өткізгіш,(ИС) түрінде гибридті, үлдірлі орындалуы мүмкін. Қазіргі дербес компьютерлерде жоғары дәрежелі интеграциясы бар ИС-дағы Логикалық элементтер жүйелері қолданылады. Логикалық элементтер компьютерлердің, цифрлық автоматтардың элементтік негізін қалайды.
Сандық құрылғыны жобалайық, шығысында логикалық 1 болатын, егер үш кiрiс сигналының екеуi бiрлiк мәндi қабылдаса. Ақиқат таблицасында F шығыс функциясы үшiн, үш кiрiс айнымалы А, В және С кiрiс сигналының сегiз мүмкiн болатын терiмi нөлден жетiге дейiн нөмiрленген. (сур.3.1)
№
А В С
F
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
0
0
1
0
1
1
1
Рис.3.1

Әр бiр терiм үшразрядты екiлiк код терiм нөмiрiне сәйкес. Оң жақ бағанада әр бiр терiмге F логикалық функциясының мәндерi көрсетiлген. Ақиқат таблицасы бойынша логикалық функцияға ЖДҚФ (жетiлдiрiлген дизъюнктивтi қалыпты форма) түрiнде теңдiк құруға болады, яғни функцияның бiрлiк терiмiне сай логикалық көбейтiндiлер қосындысы түрiнде:
(3.1)
Теңдiгi қарапайым логикалық элементтер орындайтын логикалық қосу (дизъюнкция), көбейту (конъюнкция), терiстеу (инверсия) операцияларының көмегiмен жазылған. (сур.3.2).
"Ерекше НЕМЕСЕ" операциясы ЖДҚФ - да мына түрде жазылады
(3.2)

Терiм нөмерi
A
B
AB

A+B

0
1
2
3
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
Элемент

Белгiленуi
ЖӘНЕ

ЛИ
ЖӘНЕ-НЕ

ЛА
НЕМЕСЕ

ЛЛ
НЕМЕСЕ-НЕ

ЛЕ
Ерекше
НЕМЕСЕ

ЛП
Сур.3.2
Логикалық функцияны түрлендiру үшiн келесi Буль алгебрасының заңдары қолданылады:
1) Орын ауыстыру А+В=В+А, АВ=ВА;
2) Жиынтықты (А+В)+С=А+(В+С), (АВ)С=А(ВС);
3) Тарату А(В+С)=АВ+АС;
4) Екi жақты
5) Екi жақты терiстеу
ЖДҚФ-да бұрын жазылған үш айнымалының логикалық функциясы мына түрде берiлуi мүмкiн

(3.3) теңдiгi бойынша құрылғының функционалдық сұлбасы құрылды (Сур.3.3).

Логикалық функцияны Венна диаграммасында кескiндеуге болады (Сур.3.4). Шеңбердiң iшiндегi аймақ айнымалының тура мәнiне сәйкес, сыртындағы - терiстеуге сәйкес. Венна диаграммасы екi және үш айнымалы бульдiк функцияны минимизациялау үшiн, логикалық теңдiк пен теңсiздiктi дәлелдеу үшiн

Сур. 3.4
Үш және төрт айнымалы логикалық функцияны минимизациялау үшiн Карно картасын қоолданған ыңғайлы (Сур.3.5,а және в). Карно картасы әр бiр тор көздерiнде ақиқат кестесiнiң белгiлi бiр терiмiне сәйкес тiкбұрышты кесте (Сур.3.5,б және г). Картада айнымалының тура мәнiнiң аймағы және әр бiр терiмге логикалық функцияның мәнi тiркейдi (0,1 немесе Х, егер функция берiлген терiмде анықталмаса).

Сур.3.5
Карно картасы бойынша логикалық функция үшiн минимизацияланған теңдеудiң жазылу ережесi:
1) Бiрлiкпен толтырылған блоктар бөлiнедi;
2) блок тiкбұрышты болу керек және 1, 2, 4 , 8 тор көздерiнен тұру керек;
3) блоктар мүмкiндiгiнше үлкен болу керек, ал олардың сандары азболуы керек;
4) Сол және оң, сол сияқты үстiңгi және астыңғы карта жолдары көршiлес болып саналады;
5) Бiр тор көз бiрнеше блокқа кiруi мүмкiн;
6) Кесек блокты алу үшiн, функция кез-келген түрде анықталуы мүмкiн (Х тұрған терiмде);
7) Бөлiнiп алынған блокты көрсететiн функция логикалық көбейтiндiлер ЛК түрiнде жазылады;
8) Егер оның нақты мәндерiнiң облыстрының блогы теңбе - тең бөлiнбесе, айнымалы ЛК құрамына кiрмейдi;
9) Егер қарастырылып отырған блок оның инверстiк мән облысында жатса, айнымалы инверсиялы ЛК құрамына кiредi;
10) Блоктағы нөлмен толтырылған тор көздерiн топтау кезiнде, сол ереже бойынша логикалық функцияның инверсиялық мәнiн аламыз.
Карно картасы бойынша (Сур.3.5,а) V төрт айнымалы логикалық функциясы мына түрде жазылады

Құрылғыға сай тарату варианты (Сур. 3.6,а) түрлендiрудi ескередi.

Сур.3.6
Карно картасына сәйкес келетiн (сур .3.5,в), үш айнымалы F логикалық функция (оның ақиқат таблицасы сур.3.1 бiрдей), жоғарыдағы ереже бойынша мына түрде жазылады:
F = XY + XZ + YZ .
Екi жақтылық формуласын қолданып,ЖӘНЕ - НЕ элементтерiне таратуға ыңғайлы, мына түрге түрлендiруге болады (сур.3.6,б):

Логикалық элементтерде комбинационды сандық құрылғыны жобалау кезiнде, келесi тәртiптi ұсынуға болады:
1) Есеп шарты анықталады (жетiлдiрiлiп отырған құрылғы нақты не iстеу керек екендiгi анықталады, оның жұмыс алгоритмi нақтыланады);
2) Берiлген құрылғыға логикалық функция үшiн ақиқат кестесi құрылады;
3) Карно картсының көмегiмен логикалық функцияны минимизациялау жүргiзiледi;
4) Функция берiлген элементтiк базада тарату үшiн ыңғайлы түрге түрленедi;
5) Интегралды микросұлбалардың таңдалынған сериялы, логикалық элементтерде сандық құрылғының принципиалды сұлбасы жетiлдiрiледi (сур.3.7).
К155ЛА3
К55ЛА3
КР1533ЛА3
КР531ЛА3

К155ЛП5
К555ЛП5
КР1533ЛП5
КР531ЛП5

К155ЛЛ1
К555ЛЛ1
К531ЛЛ1

К155ЛИ1
К555ЛИ1
КР1533ЛИ1
КР531ЛИ1

К155ЛР3
К155ЛД1
К155ЛН1
К155ЛЕ1

Параметр
Микросұлба сериясы

К155
К555
КР1533
КР531
Рорт, мВт
tз.орт, нс
I[o]кiрiс, мА
I[1]кiрiс, мА
I[о]шығ, мА
I[1]шығ, мА
N
10
20
1,6
0,04
16
0,4
10
2
18
0,4
0,02
8
0,4
20
1,2
14
0,2
0,01
8
0,4
40
19
5
2
0,05
20
1
10
Сур.3.7.
ТТЛ және ТТТЛШ логикалық элементтер микросұлбалар мысалдары Рорт. - орташа пайдалану қуаты; tз.орт - таратылудың орташа бөгелуi; I кiрiс және I шығ - кiрiс және шығыс тоқтар токтар; N - жүктемелiк қабiлеттiлiк (қосылатын элементтердiң максималды кiрiс саны).
Логикалық элемент К155ЛР3, логикалық кеңейткiшке қосылу үшiн К және Э кiрiстерi бар, мысалы, К155ЛД1.

2 ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС базисіндегі сандық қондырғылар сұлбаларын зерттеу

Компьютерлік жүйелердің тармақталған үрдісінің ең төменінде сандық логикалық деңгей орналасқан, немесе оның аппараттык жабдықталуы. Бұл деңгейдің саласы информатика мен электротехника пәндері арқылы оқытылады. Сандық үрділерінің құрамы бірнеше жай элементтердің бірлесуімен және элементтердің түрлі комбинациялары арқылы жүзеге асырылады.
Сандық үрді деп тек екі логикалық мәні бар үрдіні айтамыз. Көбінесе 0-ден 1В-қа дейінгі сигналдар бір ғана мәнді 0-ді, ал 2-ден 5 В-қа дейінгі сигналдар екінші мәнді 1-ді көрсетеді. Вентильдер деп аталатын арнайы электронды құралдар осы екі таңбалы сигналдардың әр түрлі функцияларын есептей алады. Вентильдер барлық цифрлік компьютерлердің аппараттық жабдықталуын құрайды. Қазіргі заманғы цифрлік логика транзисторлардың бинарлы ауыстырғыш сияқты өте тез жұмыс істей алатындығына негізделген. Транзистор (1.а-сурет) сыртқы ортамен үш түрлі жолмен біріктірілуі мүмкін коллектор, база және эмиттер арқылы. Егер енгізілетін кернеу Vіп қандай да бір шекті мәннен төмен болса, транзистор сөнеді де өте үлкен қарсыласудың рөлін атқарады. Бұл шығарылатын Vоиt жақын Vсс сигналына беріледі, көбінесе +5 В. Егер Vin шекті мәннен көп болса, транзистор қосылады да Vout сигналының жерге кетуін қамтамасыз етеді. (0 В) сымның рөлін атқарады.
Vin
+VCC
Vout
Эмиттер
База
Коллектор
а)
+VCC
V1
V2
Vout
б)
+VCC
V1
V2
в)
V
Сурет 1. Транзисторлық инвертор (а), ЕМЕС-ЖӘНЕ вентиль (б), ЕМЕС -НЕМЕСЕ вентиль (в)

Сурет 1.а) Егер кернеу төмен Viп болса, Vout жоғары және керісінше болатынын атап айтқан жөн. Бұл үрді логикалық 0-ді логикалық 1-ге және керісінше логикалық 1-ді логикалық 0-ге айналдыратын инвертор деп аталады. Резистор (сынық сызық) транзистор арқылы өтетін ток шамасын шектеу үшін қажет. Бір күйден екінші күйге өту үшін бірнеше наносекунд керек.
Сурет 1.б) - суретінде транзисторлар тізбектей қосылған. Егер V1 және V2 кернеулері жоғары болса, онда екі транзистор да өткізгіш ретінде қызмет етеді де Vout мәнін төмендетеді. Егер енгізілетін кернеулердің бірінің мәні төмен болса, оған сәйкес транзистор сөнеді де шығу жолындағы кернеу жоғары болады.
Сурет 1.в) - суретінде транзисторлар параллель қосылған. Егер енгізілетін кернеулердің бірінің мәні жоғары болса, оған сәйкес транзистор қосылады да шығу жолындағы кернеуді темендетеді. Егер енгізілетін кернеулердің екеуі де төмен болса, шығу жолындағы кернеу жоғары болады.
Бұл үш үрді үш қарапайым вентильді құрайды. Олар ЕМЕС, ЕМЕС-ЖӘНЕ және ЕМЕС-НЕМЕСЕ. ЕМЕС вентилі инвертор деп аталады. Жоғары Vсс кернеуін логикалық 1 деп ал төменгі кернеуін логикалық 0 деп қарауға болады, сонда шығу көзіндегі мән ену мәндерінен тәуелді функция түрінде керсетіледі. Сурет 2. а)-б)-в) суреттерінде осы 3 типті вентильдердің белгішелері және әрбір үрді үшін функцияның өзгерісі келтірілген. Мұндағы А мен В енгізілетін сигналдар да, X - шығатын сигнал. Кестенің әрбір жолы шығатын сигналдардан түрлі мәндері үшін берілген енгізілетін сигналдарды анықтайды.
Егер шығатын сигналды (1.б-суретін қараңыз) инверторға берсе, ЖӘНЕ вентилі деп аталатын үрді шығады. Дәл осылай ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентилі де инвертормен байланыса алады. Үрділердегі кішкене дөңгелектер инвертирлеуші шығатындар деп аталады.
Сурет 2-дегі 5 вентильдер цифрлік логикалық деңгейдің негізін құрайды. Компьютерлерде кебінесе құрамына екі ғана транзистор кіретін ЕМЕС-ЖӘНЕ және ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентильдері қолданылады. Вентильдер екіден көп ену көздерінен тұруы мүмкін.

А
В
Х
ЕМЕС
А
Х
А
Х
0
1
1
0

А
В
Х
ЕМЕС-ЖӘНЕ
А
В
Х
А
В
Х
ЕМЕС-НЕМЕСЕ
ЖӘНЕ
ЕМЕС-НЕМЕСЕ
А
В
Х
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0

А
В
Х
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0

А
В
Х
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1

А
В
Х
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

а)
б)ф
в)
г)
д

Сурет 2. Негізгі 5 вентильдердің белгішелері. Әрбір вентиль үшін функцияның өзгерісі

Буль алгебрасы. Әр түрлі вентильдердің үйлестірілуі арқылы кұрылатын үрділерді суреттеу үшін, барлық айнымалылары мен функциялары тек 0 және 1 бірлігін кабылдай алатын Буль алгебрасы қолданылады. Буль функциясының бір немесе бірнеше айнымалылары ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.