Sintesi di circuiti digitali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Un nome di istituto così serio... Non spaventarti in anticipo. Andiamo per ordine.

In elettronica viene spesso utilizzato il termine "scatola nera". Questa, ovviamente, non è la scatola nera che il Ministero delle situazioni di emergenza sta cercando dopo un altro incidente del Tu-154 di Aeroflot. Un'altra scatola...

In elettronica, una "scatola nera" è una specie di circuito pigro da disegnare. Questo circuito ha alcuni ingressi, alcune uscite e sappiamo esattamente come si comporta. Cioè, puoi facilmente prevedere cosa accadrà all'output se applichi qualcosa all'input. In parole povere, il circuito della scatola nera è descritto da un'espressione matematica della forma:

y = f(x),

dove

x - segnale di ingresso

y - segnale di uscita.

Le scatole nere hanno solo molti esempi di vita ... Prendi almeno una cosa così banale come un ferro da stiro. Ha una manopola di regolazione della temperatura e un pulsante di rilascio del vapore: questi sono gli "ingressi" della scatola nera. Inoltre, ha una superficie riscaldante, e in essa - buchi - queste sono "uscite".

Come sono correlati input e output?

1. La temperatura superficiale è proporzionale all'angolo di rotazione della manopola
2. Il vapore fuoriesce dai fori premendo il pulsante.

Questo esempio può essere piuttosto primitivo, ma è oscenamente ovvio. Dopotutto, al mattino, stirando i pantaloni, non pensi a come funziona il ferro? Ma sai perfettamente cosa bisogna fare con una penna e un bottone per ottenere il risultato desiderato...

Perché sono tutto questo? E al fatto che nella tecnologia si deve spesso ricorrere al concetto di "scatola nera" per semplificare lo sviluppo a un certo punto. Tuttavia, nelle fasi successive, devi ancora "spiegare" la scatola nera, ovvero progettare il suo circuito.

E poiché tu ed io portiamo l'orgoglioso nome di ingegneri elettronici, e non solo azionisti-smanettatori, ma anche progettisti-sviluppatori, è nostro dovere diretto riuscire a elaborare il suo schema dalla descrizione della scatola nera.

Certo, non faremo ferri da stiro. Soprattutto - nella sezione sulla tecnologia digitale. Faremmo meglio ad occuparci della sintesi dei circuiti digitali secondo la tavola della verità.

Compito numero uno

C'è un certo elemento con due input e un output e la sua tabella di verità è nota:

È necessario elaborare un diagramma di questo elemento basato su elementi logici noti.

Guardiamo attentamente e pensiamo...

Ci interessano quelle posizioni della tavola di verità in cui il segnale di uscita è 1.

MA! Ecco cosa vediamo: un'unità all'ingresso b porta in ogni caso un'unità all'uscita. Grande!

Quindi possiamo collegare l'ingresso b direttamente con l'uscita c ... Più precisamente, potrebbero. Ma abbiamo un'altra unità in uscita, quando gli zeri vengono applicati a entrambi gli ingressi. Ricordi quale elemento reagisce a due zeri? Fammi vedere il paragrafo precedente...

Esatto, l'elemento "OR-NOT"! Ciò significa che la seconda unità sarà formata dall'elemento OR-NOT. Disegniamo il nostro schema per ogni caso:

Ora dobbiamo combinare questi schemi in uno solo. Si noti che non è possibile collegare direttamente le uscite digitali. Quindi è necessario collegarli tramite qualche elemento. Inoltre, questo elemento dovrebbe dare un'unità all'output se almeno un input ha un'unità. Bene, qual è questo elemento?

Ovviamente è "OR".

Quindi:

Questo è l'intero schema. Abbastanza semplice, vero?

Ancora peggio.

Il numero dell'attività è il seguente

L'elemento su cui si desidera disegnare un diagramma ha tre input e un output.

Di conseguenza, la tavola di verità aumenta automaticamente a 8 righe:

Allora, cosa ne pensate???

Hmm, questo è un po' più complicato. Ma! Non è difficile per noi, vero? Quindi - avanti e con le canzoni!

Quindi, selezioniamo quelle righe in cui il segnale di uscita = 1. Ce ne sono solo cinque:

Ora disegniamo un diagramma separato per ogni linea selezionata, utilizzando solo gli elementi "AND" e "NOT".

Tutto! Ora non resta che combinare questi schemi in uno solo. Ciò ridurrà immediatamente il numero di inverter:

Allora ok?

Spiego: abbiamo creato due gruppi di input: diretto e inverso (ovvero "inverso") e collegato gli elementi "AND" a questi gruppi secondo gli schemi che abbiamo sviluppato in precedenza.

I segnali di uscita degli elementi "AND" vengono miscelati utilizzando un elemento "OR" a 5 ingressi.

Elementi "AND" e "OR" a cascata

Come puoi vedere, nell'ultimo circuito abbiamo utilizzato elementi "AND" con tre ingressi e un elemento "OR" con ben cinque ingressi! Qualcuno probabilmente avrà una domanda: quali sono le loro tavole di verità?

Va tutto bene, signori! L'elemento "AND" rimane l'elemento "AND", anche con 100 ingressi. Alla sua uscita, un'unità è possibile solo se le unità sono applicate a tutti gli ingressi.

Lo stesso vale per l'elemento OR. Darà uno se almeno un input ha uno, anche se ha almeno mille input.

Tali elementi multi-ingresso possono essere facilmente ottenuti da normali elementi a due ingressi includendoli in un circuito a cascata:

Se non mi credi, crea una tabella di verità per ogni "passo" della cascata e controlla :)

Pubblicazione: radiokot.ru

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