Методика анализа и расчета принципиальной схемы цифрового устройства (цу).

1. Выбор необходимого количества состояний для анализа.

В схемах, представленных в п.2 задания на КП, имеются 4 логических (цифровых) входа с различной схемотехникой и группировкой. На каждом входе возможны два состояния: логический ноль – и логическая единица - . Это означает, что в схеме принципиально могут иметь место всего 2⁴ = 16 состояний – по числу возможных комбинаций на входах. При этом, на выходе устройства также возможны только два состояния: логический ноль – и логическая 1 - .

На этапе предварительного анализа схемы следует определить минимальное количество входных комбинаций, которые создают различные состояния в общей схеме.

Ниже приведены типовые варианты организации входов.

Рис.1. Схема с ДТЛ-входом

Схемотехника входов может быть представлена в двух вариантах:

ДТЛ – Рис.1,

ТТЛ – Рис.2  рис.4.

С точки зрения воздействия на последующую часть схемы между этими вариантами нет никакой разницы. Это означает, что связка из 4-х диодов VD1  VD3, VD5 на Рис.1 и многоэмиттерный транзистор VT1 на Рис.2 выполняют абсолютно одинаковые функции. Более того, при анализе схемы на Рис.2 для большего понимания заменяют 3 эмиттера на диоды VD1  VD3, а переход база-коллектор – на диод VD5. При этом, получают вход, такой же, как на Рис.1.

Рис.2. Схема с ТТЛ-входом: 2 группы входов 3 - 1

Рис.3. Схема с ТТЛ-входом: 2 группы входов 2 - 2

Кроме различия в схемотехнике, не имеющего принципиального значения, входы могут иметь различную группировку:

• две группы - 3 и 1 – Рис.1, Рис.2,

• две группы - 2 и 2 – Рис.3,

• одна группа – 4 – Рис.4.

Рис.4. Схема с ТТЛ-входом: 1 группа 4 входа

Эмиттеры одного входного транзистора или набор входных диодов реализует операцию И в положительной логике. С точки зрения воздействия на последующую часть схемы существуют принципиально различные разновидности входных комбинаций:

• на всех входах – логическая "1",

• все остальные, когда хотя бы на одном входе логический "0".

4 входа в 1 группе 3 +1 2 + 2

Х4	Х3	Х2	Х1	Х4	Х3	Х2	Х1	Х4	Х3	Х2	Х1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	1
0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
0	1	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0
0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0
0	1	1	1	0	1	1	1	0	1	1	1
1	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1
1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0
1	0	1	1	1	0	1	1	1	0	1	1
1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0
1	1	0	1	1	1	0	1	1	1	0	1
1	1	1	0	1	1	1	0	1	1	1	0
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Примем для определенности одну из этих комбинаций – все нули. Выбор существенных комбинаций показан в вышеприведенных таблицах. Как видно из выделения в этих таблицах максимальное количество комбинаций, которые нужно рассматривать для анализа состояния схемы – 4. После дополнительного рассмотрения это число может сократиться и до 2. Обоснование необходимо делать самостоятельно в пояснительной записке.

2. Составление таблицы истинности.

2.1. Одна группа из 4-х входов.

Поскольку 4 входа совместно создают операцию И, то исследование схемы должно привести к одному из вариантов 4И или 4И –НЕ. Какой именно – определяется самостоятельно.

2.2. Две группы выводов (2 и 2 или 3 и 1).

В схемах, имеющих две группы входов, обязательно имеется точка, в которой действия этих групп "складываются". Вариантов такого "сложения" может быть несколько, в зависимости от реализации общей точки:

• создание низкого уровня напряжения в общей точке, которая объединяет коллекторы двух транзисторов с общим резистором R_К,

• создание отпирающего тока базы в общей точке, которая является базой транзистора; на коллекторе будет низкий уровень напряжения,

• создание низкого уровня напряжения на одном из входов внутреннего элемента ДТЛ или ТТЛ.

Таким образом, каждая из групп выводов создает в общей точке некоторые напряжения или , т.е. всего возможно 4 варианта, которые тоже сводятся к двум:

• обе группы выводов создают напряжение ,

• хотя бы одна группа выводов создает напряжение .

По отношению к общей точке со стороны входов производится операция ИЛИ-НЕ.

Если бы каждая группа состояла бы из одного входа, например, два отдельных входа Х1 и Х2, то в общей точке была бы реализована логическая функция . Сохранится ли инверсия в сигнале или она исчезнет, зависит от количества каскадов между обще точкой и выходом, но сущность операции ИЛИ останется неизменной.

Как будет выглядеть уравнение для каждого слагаемого при количестве входов > 1, а также вопрос сохранения инверсии на выходе нужно решить самостоятельно.

После составления окончательного уравнения = F(Х1, Х2, Х3, Х4) можно составлять таблицу истинности.

Напоминание. Если в группе два входа, например, Х1 и Х2, то будет иметь одинаковые значения для 3-х случаев:

Х1 = Х2 = ,

Х1 = , Х2 = ,

Х1 = , Х2 = .

Противоположное значение может быть(!!!) только при комбинации Х1 = Х2 = , да и то в зависимости от комбинации на оставшихся входах.

Аналогично рассматривается вопрос при наличии в группе 3-х входов.