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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Открыта третья форма магнетизма 23.01.2025 Магнетизм - одно из фундаментальных явлений природы, играющее ключевую роль в современных технологиях. До недавнего времени было известно о существовании двух основных видов магнетизма: ферромагнетизма и антиферромагнетизма. Однако, недавно британские ученые совершили открытие, которое может изменить наше представление о магнетизме и открыть путь к созданию революционных устройств. Они обнаружили новую, третью форму магнетизма, получившую название "альтермагнетизм". "Раньше мы имели два хорошо известных типа магнетизма", - рассказывает автор исследования, докторант Ноттингемского университета в Великобритании Оливер Амин. "Это ферромагнетизм, где магнитные стрелки указывают в одном направлении, и антиферромагнетизм, где соседние магнитные моменты указывают в противоположных направлениях, - можно представить это как шахматную доску чередования белых и черных плиток". В основе работы современных устройств магнитной памяти лежит способность электрического тока принимать два направления. Эти направления могут совпадать или быть противоположными магнитным моментам, что и позволяет хранить и передавать информацию. Альтермагнитные материалы, впервые созданные в 2022 году, занимают промежуточное положение между ферро- и антиферромагнетизмом. Как и в антиферромагнетиках, в альтермагнетиках каждый отдельный магнитный момент направлен в противоположную сторону по отношению к соседнему. Однако, в отличие от них, каждый магнитный момент в альтермагнетике немного закручен относительно своего соседа, что приводит к появлению некоторых ферромагнитных свойств. Таким образом, альтермагнетики сочетают в себе лучшие качества обоих видов магнетизма. Соавтор исследования из Ноттингемского университета, Альфред Дал Дин, отмечает, что "преимущество ферромагнетиков состоит в том, что мы имеем простой способ чтения и записи памяти с помощью этих верхних или нижних доменов. Но поскольку эти материалы обладают чистым магнетизмом, эту информацию также легко потерять, протирая магнитом". Антиферромагнитными материалами, в свою очередь, гораздо сложнее манипулировать для хранения информации, однако информация в них гораздо более защищена и передается гораздо быстрее. "Альтермагнетики обладают скоростью и стойкостью антиферромагнетиков, но они также обладают этим важным свойством ферромагнетиков, которое называется нарушением симметрии обратного времени", - добавляет Дал Дин. Способность создавать изображения и управлять новой формой магнетизма может привести к революции в создании устройств памяти следующего поколения, значительно увеличив скорость их работы, повысив устойчивость и упростив использование. Более того, открытие альтермагнетизма может стать ключом к разгадке тайны сверхпроводимости. "Альтермагнетизм также поможет в развитии сверхпроводимости. Долгое время в симметрии между этими двумя областями существовала дыра, и этот класс магнитного материала, который до сих пор оставался неуловимым, оказался этим недостающим звеном в головоломке", - заключает Дал Дин. Таким образом, открытие третьего вида магнетизма может стать отправной точкой для создания сверхпроводящих технологий будущего, которые изменят наш мир.

Другие интересные новости:

▪ OMRON уменьшает размеры FPC-соединителей

▪ Мясной стейк выращен из вырезки

▪ Удобрения и рыба

▪ Изучено строение пентакварков

▪ Гравитационные волны зафиксированы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей

▪ статья Изюминка. Крылатое выражение

▪ статья Что такое санный спорт? Подробный ответ

▪ статья Шагомер. Советы туристу

▪ статья Маломощные усилители с электронным управлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Аэрозоли для применения в электронике. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026