книги / Типовые узлы на полупроводниковых логических и функциональных элементах серии ЭТ

П Р Е Д И С Л О В И Е

Полупроводниковые логические и функциональные элементы находят все более широкое применение при построении различных систем автоматического управле­ ния. Они обладают высокой надежностью; малыми габа­ ритами, весом и стоимостью; высоким быстродействием; простотой и технологичностью изготовления элементов; высокой помехоустойчивостью; возможностью работы при широких пределах изменения напряжения и температуры окружающей среды; простотой наладки и контроля бло­ ков, выполненных из этих элементов.

Несмотря на перечисленные выше достоинства, приме­ нение .полупроводниковых элементов для систем логи­ ческого управления еще недавно тормозилось тем, что отсутствовал типовой набор элементов, стандартизован­ ных по входным и выходным параметрам, нагрузкам, напряжениям питания и т. п.

В настоящее время разработанная ИАТ (ТК), ВНИИэлектропривод совместно с ЦНИИ МПС, КБ ЦМА и другими организациями единая серия полупроводнико­ вых логических и функциональных элементов ЭТ вы­ пускается серийно Калининским заводом электроаппа­ ратуры. Подробное описание элементов серии ЭТ дано в работах [Л. 12].

Целью настоящей брошюры является оказание помо­ щи проектировщикам при построении схем на элементах серии ЭТ.

При проектировании систем логического управления для получения высокой надежности следует правильно сочетать различные логические и функциональные эле­ менты, а также по возможности уменьшить количество элементов, необходимых для построения системы. С этой целью в книге приводятся основные сведения из алгебры

3

ГЛАВА ПЕ Р ВА Я

ОСНОВЫ СИНТЕЗА УЗЛОВ И БЛОКОВ СИСТЕМ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ

Всистемах промышленной автоматики логические устройства обрабатывают в соответствии с заданным алгоритмом двоичную информацию, (поступающую от датчиков, и 'выдают сигналы на выходные усилители или непосредственно на наполнительные (механизмы.

Логические устройства можно разделить на два клас­ са — однотактные (комбинационные), или устройства без памяти, и многотактные, или последовательностные.

Выходные сигналы однотактных устройств в данный мо­ мент времени определяются входными сигналами в этот же момент времени. Выходные сигналы многотактных устройств зависят не только от входных сигналов, но и от внутренних состояний элементов этих схем. Послед­ ние определяются -состояниями элементов памяти, входя­ щих в мпопотактные релейные устройства. Работа одно­ тактных логических устройств может быть полностью описана, если использовать математический аппарат алгебры логики.

Алгебра логики рассматривает класс событий и опе­ рирует с двоичными переменными. Осуществление ка­ кого-либо события обозначается 1, неосуществление—0.

с переменными можно производить операции: сложе­ ние и умножение.

5

5. Двойная операций инверсии какой-либо величины Дает эту величину:

х — х.

Для алгебры логики справедливы следующие пре­ образования:

1)Х\(Х2+ Хг)=Х{Х2+ Х\Хг, ХХХ2= Х2Х\\

2)х2+ х1= х1+Х2;

3 ) ( X i + X 2) + X 3= X l + (X2+ X 3) , (* iX 2) * 3 = * l ( * 2 * 3 ) .

Для преобразования логических выражений часто ис­ пользуют следующие теоремы Моргана:

а) если инвертируется сумма двух или нескольких переменных, то знак инверсии переносится на каждую переменную, а сложение заменяется произведением:

скольких переменных, то знак инверсии переносится на каждую переменную, а произведение заменяется сум­ мой:

X f X 2 . . . Xn —X l + X 2+ . . . + х п .

Тождества, законы и теоремы алгебры логики прове­ ряются путем подстановки вместо соответствующих пе­ ременных их значений (0 ли­

ся возможные комбинации переменных, а в последнем столбце — значение логической функции при данном на­ боре аргументов. Например, логическая операция (функция) сложения двух переменных у = х \ + х 2 табли­

ца имеет следующий вид (ем. табл. 1).

7

В общем случае число элёментарйых логический

функций от п переменных равно 22\ Рассмотрим функ­ ции одной и двух .переменных.

В табл. 2 приведены ©се четыре функции одной пе­ ременной.

Та б л и ц а 2

Под каждым из двух значений переменной х написа­ но соответствующее ей значение функции у. Функции единичная и нулевая не зависят от того, какое значение принял аргумент.

Функций двух переменных будет всего 16 (22/г =16). Каждая функция двух переменных имеет свое название

Функции У\уу 16 — уже знакомые единичная и нулевая функции. Функции ув, #4, Уи и у 1з —это инверсии и пов­ торения одной из переменных.

Функция у\ъ — функция И — равна единице только в одном случае, когда обе переменные— 1. Инверсная ей функция У2 — штрих Шеффера, равна нулю, только когда обе переменные равны 1. В связи с этим свойством ее называют также же И—НЕ. Функция у$—ИЛИ равна нулю, только когда переменные равны 0. Инверсная ей функция ys — стрелка Пирса (ИЛИ — НЕ). И еще две функции имеют .по одному нулю — это импликации уг и у5. Инверсные им функции — запрет (уи и уп).

В двух последних столбцах табл. 3 даны так называе­ мые нормальные формы логических функций, где каж­ дая функция выражена через сумму произведений или произведение сумм аргументов, при этом используется еще одна операция—инверсия. Иными словами, любую

8

9

Продолжение таб л . 3

Набор функций, 'позволяющий реализовать любую из 16 функций двух переменных, называется полным на­

(ИЛИ — НЕ) каждая в отдельности составляют полный набор.

Рассмотрим функцию ув. Для доказательства покажем, что с помощью этой функции можно реализовать функ­ ции И, ИЛИ и НЕ. Как уже отмечалось, эта функция

инверсна по отношению к функции ИЛИ, т. е. ув= х г-\-х2.

При х 2 = 0 имеем у — х 1-\-0 = х 1.

Используя теорему Моргана, получим:

У = х 1+ х 2= х 1+ х 2;

y = Xl + Xt = X lX2,

т. е. с помощью функции ИЛИ — НЕ можно реализовать произведение, инверсию и сумму. Аналогично можно по­ казать, что и с помощью штриха Шеффера можно по­ лучить те же функции. Следовательно, эти функции

Ю