Артур Газаров - Устранение неисправностей и ремонт ПК своими руками на 100%

В качестве логических состояний цифровых микросхем принимается напряжение на их входе и выходе. Высокое напряжение считается единицей, а низкое напряжение – нулем. В идеале напряжение на выходе микросхем должно равняться напряжению питания или общего провода схемы. В реальности это не происходит.

Даже на полностью открытом транзисторе есть падение напряжения. В итоге на выходе цифровой микросхемы напряжение окажется меньше напряжения питания и больше потенциала общего провода. Поэтому напряжение, меньшее заданного уровня (уровень логического нуля), считается нулем, а напряжение, большее заданного уровня (уровень логической единицы), считается единицей. Если же напряжение на выходе микросхемы будет больше уровня логического нуля, но меньше уровня логической единицы, состояние микросхемы неопределенное.

В таблице приведены допустимые уровни выходных логических сигналов для ТТЛ-микросхем. Чем ближе выходное напряжение к напряжению питания или к напряжению общего провода схемы, тем выше КПД цифровой микросхемы.

Таблица 1.1. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ-микросхем

Напряжение с выхода одной микросхемы поступает на вход другой микросхемы по проводнику. В процессе передачи на этот проводник может наводиться напряжение от каких-либо генераторов помех (мобильные телефоны, различные импульсные генераторы, электро– и радиоприборы). Помехоустойчивость цифровых микросхем определяется максимальным напряжением помех, которое не приводит к превращению логического нуля в логическую единицу и зависит от разности логических уровней цифровой микросхемы. То же относится и к помехам, превращающим логический ноль в логическую единицу.

Таблица 1.2. Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ-микросхем

Микросхемы могут оказаться в неблагоприятных условиях – низкая температура, старение и коррозия материалов, воздействие радиации и т. д. Поэтому производители гарантируют срабатывание микросхем с некоторым запасом. Например, фирма Texas Instruments объявляет для своих микросхем входной уровень единицы – 2 В, а уровень нуля – 0,8 В.

Если напряжение на входе цифровой микросхемы приблизится к порогу, разделяющему уровень логического нуля и логической единицы микросхема перейдет в активный режим работы, и оба выходных транзистора могут оказаться открытыми. В результате микросхема может выйти из строя. Поэтому входы цифровых (особенно КМОП) микросхем не должны быть оставлены неподключенными! Если часть элементов цифровой микросхемы не используется, то их входы должны быть подключены к источнику питания или общему проводу схемы. Конкретное значение порога переключения для различных экземпляров микросхем и от серии к серии может изменяться в некоторых пределах. На вход логических микросхем нельзя подавать напряжение в пределах неопределенного состояния, а также оставлять их входы неподключенными.

Цифровые микросхемы используют в своей работе базовые логические элементы, с помощью которых, как из «кирпичиков», строятся более сложные процессы:

• НЕ – инвертирование;

• И – логическое умножение;

• ИЛИ – логическое суммирование.

Инвертор изменяет значение входного сигнала на прямо противоположное значение. Эту функцию можно записать в виде таблицы истинности. Вход у такого логического элемента один, и таблица истинности состоит только из двух строк.

Таблица 1.3. Таблица истинности логического инвертора

Вне зависимости от электрической схемы выполняется одна и та же функция. Чтобы не привязываться к конкретным электрорадиоэлементам схемы, были введены специальные условные графические обозначения.

Рис. 1.1. Условное графическое обозначение логического элемента «НЕ»

Схема, реализующая операцию логического умножения «И», может быть представлена в виде таблицы истинности. Элемент, который выполняет эту функцию, имеет два входа и обозначается «2И». Для элемента «2И» таблица истинности будет состоять из четырех строк.

Таблица 1.4. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2И»

Активный сигнал на выходе этого логического элемента появляется только тогда, когда и на первом, и на втором входе будут присутствовать логические единицы. Так реализуется функция «И».

Условно-графическое изображение схемы, выполняющей логическую функцию «И», на принципиальных схемах приведено на рис. 1.2. Изображение не зависит от аппаратной реализации, которая на уровне элементов осуществляет функцию логического умножения.

Рис. 1.2. Условное графическое обозначение логического элемента «И»

Функция логического умножения трех переменных представлена таблицей истинности, содержащей восемь строк.

Таблица 1.5. Таблица истинности трехвходовой схемы логического умножения «3И»

Схема, реализующая операцию логического «ИЛИ» (дизъюнкция), описана таблицей, в которой использовано два аргумента. Поэтому элемент, выполняющий эту функцию, имеет два входа и обозначается «2ИЛИ». Для элемента «2ИЛИ» таблица истинности будет состоять из четырех строк.

Таблица 1.6. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию «2ИЛИ»

Для условного обозначения функции «ИЛИ» на принципиальных схемах используется специальный символ «1».

Рис. 1.3. Условное графическое обозначение логического элемента «ИЛИ»