Синтез цифровых схем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Такое серьезное институтское название… Не пугайтесь раньше времени. Давайте по порядку.

В электронике довольно часто используют понятие "черный ящик". Это, конечно же, не тот черный ящик, который ищут МЧСовцы после очередного крушения ТУ-154 компании "Аэрофлот". Другой ящик...

В электронике "черный ящик" - это некая схема, рисовать которую лениво. Эта схема имеет сколько-то входов, сколько-то выходов и мы точно знаем, как она себя ведет. То есть, можно легко предсказать, что получится на выходе, если чего-то подать на вход. Грубо говоря, схема черного ящика описывается математическим выражением вида:

y = f(x),

где

х - входной сигнал

y - выходной сигнал.

У черных ящиков просто уйма жизненных примеров… Взять хотя бы такую тривиальную вещь как утюг. У него есть ручечка регулировки температуры и кнопочка выброса пара - это "входы" черного ящика. Также, у него есть нагревающаяся поверхность, а в ней - дырочки - это "выходы".

Как связаны между собой входы и выходы?

1. Температура поверхности пропорциональна углу поворота ручки
2. Пар из дырок выходит тогда, когда нажата кнопка.

Может этот пример довольно примитивен, но зато нагляден до неприличия. Ведь утром, гладя брюки, вы не задумываетесь над тем, как устроен утюг? Зато вы прекрасно знаете, что нужно сделать с ручечкой и кнопочкой, чтоб получить желаемый результат…

К чему я это все? А к тому, что в технике приходится очень часто прибегать к понятию "черного ящика" чтобы упростить разработку на определенном этапе. Однако, на последующих этапах, все равно придется "разворачивать" черный ящик - то есть, проектировать его схему.

А поскольку мы с вами носим гордое имя Электронщики, причем - не просто пайщики-лудильщики, а еще и конструктора-разработчики - то наша прямая обязанность уметь по описанию черного ящика придумать его схему.

Конечно же, утюги делать мы не будем. Тем более - в разделе по цифровой технике. Мы лучше займемся синтезом цифровых схем по таблице истинности.

Задание номер раз

Есть некий элемент с двумя входами и одним выходом, и известна его таблица истинности:

Необходимо придумать схему этого элемента на основе известных логических элементов.

Внимательно смотрим и думаем…

Нас интересуют те позиции таблицы истинности, в которых выходной сигнал равен 1.

А! Вот чего мы видим: единица на входе b в любом случае приводит к единице на выходе. Здорово!

Значит, мы можем соединить вход b напрямую с выходом c … Точнее - могли бы. Но у нас есть еще одна единица на выходе - когда на оба входа поданы нули. Вспоминаем, какой элемент реагирует на два нуля? Разрешаю подглядеть в предыдущий параграф…

Правильно, элемент "ИЛИ-НЕ"! Значит, вторая единица будет формироваться элементом ИЛИ-НЕ. Давайте нарисуем для каждого случая свою схему:

Теперь надо объединить эти схемы в одну. Помним, что непосредственно соединять цифровые выходы нельзя. Значит надо их соединить через какой-то элемент. Причем, этот элемент должен выдавать единицу на выход в случае, если хотя бы на одном входе есть единица. Ну, какой это элемент?

Конечно, это "ИЛИ".

Итак:

Вот и вся схема. Довольно просто, не так ли?

Дальше - хуже.

Задание номер следующее

Элемент, к которому нужно нарисовать схему, имеет три входа и один выход.

Соответственно, таблица истинности увеличивается автоматом до 8 строчек:

Ну как вам???

М-да, тут немного сложнее. Но! Для нас ведь нет ничего сложного, правда? Тогда - вперед и с песнями!

Итак, выделяем те строчки, в которых выходной сигнал = 1. Их всего пять:

Теперь нарисуем для каждой выделенной строчки отдельную схему, используя только элементы "И" и "НЕ".

Все! Теперь только осталось объединить эти схемы в одну. При этом сразу сократится число инверторов:

Ну как, нормально?

Объясняю: мы сделали две группы входов - прямую и инверсную (то есть "обратную"), и подключили элементы "И" к этим группам согласно схемам, которые мы разработали до этого.

Выходные сигналы элементов "И" смешиваются при помощи 5-входового элемента "ИЛИ".

Каскадирование элементов "И" и "ИЛИ"

Как вы могли заметить, в последней схеме мы использовали элементы "И" с тремя входами и элемент "ИЛИ" аж с пятью входами! У кого-то наверно возникнет вопрос: каковы их таблицы истинности?

Все в порядке, господа! Элемент "И" остается элементом "И", даже имея 100 входов. На его выходе единица возможна лишь в том случае, если на все входы поданы единицы.

То же и с элементом ИЛИ. Он выдаст единицу в случае, если хотя бы на одном входе будет единица, будь у него хоть тыща входов.

Такие многовходовые элементы можно легко получить из обычных двухвходовых, включив их в каскадную схему:

Если вы не верите - составьте таблицу истинности для каждой "ступеньки" каскада - и проверьте :)

Публикация: radiokot.ru

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Железо, прозрачное для гамма-излучения 28.07.2020 Международная группа ученый научилась управлять высокочастотным гамма-излучением с помощью низкочастотного акустического воздействия. Исследователи выявили, что ядра железа можно сделать прозрачными для гамма-лучей, которые они обычно поглощают. Для этого они используют новый метод акустически индуцированной прозрачности (AIT). В настоящее время надежды на подобные преобразования связываются с освоением коротковолновой части электромагнитного спектра - жесткого рентгеновского или мягкого гамма диапазона. Рентгеновское и гамма излучения нашли множество применений в медицине, физике, химии, материаловедении и других науках. Однако, большинство методов когерентной оптики, применяемых для управления резонансным взаимодействием оптического излучения с веществом, оказываются неэффективными или нереализуемыми в гамма-/рентгеновском диапазоне. Ученые предлагают воздействовать на спектральные характеристики ядер с помощью акустической вибрации среды. В демонстрационном эксперименте при комнатной температуре впервые было получено 150-кратное (с 5,5^10-3 до 0,82) увеличение резонансного пропускания фольгой нержавеющей стали толщиной 25 мкм одиночных фотонов с энергией 14,4 кэВ без спектральных и временных искажений. Воздействуя на поглотитель, содержащий ядра Fe-57, с помощью пьезоэлектрического преобразователя, удалось добиться того, чтобы оптически плотный поглотитель стал прозрачным для резонансных гамма-лучей. Поглотитель был закреплен на пьезопреобразователь, который вибрировал с определенной частотой и амплитудой. При амплитуде колебаний, соответствующей индексу модуляции 2.4, поглощение фотонов с энергией 14,4 кэВ подавлялось в 148 раз.

Другие интересные новости:

▪ Ткань, уничтожающая вирусы

▪ Три человеческих мозга связали в сеть

▪ Двухсотвольтовые моноусилители

▪ Создан прототип квантового радара

▪ Переводчик для слепого

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Остаться с носом. Крылатое выражение

▪ статья Как изначально выглядела шкала Цельсия? Подробный ответ

▪ статья Внутренний аудитор. Должностная инструкция

▪ статья Светодиодная лента в настольной лампе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиоимпульсное умножение частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025