МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут енергетики та систем керування

Цифрова техніка

лекція №

з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка”

Львів 2011

1. Загальні теоретичні відомості

Практична діяльність людей пов’язана з одержанням, зберіганням, обробленням і пересиланням інформації. Пересилання інформації від одного об’єкта до іншого здійснюють за допомогою сигналів, які бувають дискретними і неперервними (аналоговими). У сучасній інформаційній електроніці використовують дискретний (імпульсний) принцип, оскільки дискретну інформацію легко обробляти у цифровому вигляді.

На відміну від аналогових систем, де сигнали змінюються в часі неперервно, в імпульсних системах використовують сигнали (напругу, струм) імпульсної форми. Таке ( імпульсне ) подання інформації здобуло перевагу завдяки значно меншому споживанню струму (має дуже великий коефіцієнт корисної дії), більшій точності пересилання інформації, захищеності від завад, меншому впливові зміни температури середовища на пересилання інформації тощо. Важливою перевагою імпульсних пристроїв є простота відображення інформації та ефективність її оброблення.

Для оброблення та перетворення інформації в імпульсній техніці застосовують цифрові методи. Вони базуються на використанні імпульсних сигналів, які мають два рівні напруги. Цим рівням напруги присвоюють відповідні символи “1” та “0”. Під нулем “0” в імпульсній техніці розуміють відсутність напруги, або дуже мале її значення (не більше ніж 0,4…0,9 В), а під одиницею “1” – певне значення напруги (близько 3…6 В). Електронні елементи, які використовують інформацію, задану у цифровому вигляді, називають цифровими. На дискретному способі подання інформації у вигляді “1” і “0” базується робота обчислювальних пристроїв з двійковою системою числення. Цифрові елементи сьогодні виконують у вигляді інтегральних схем (ІС). Можливе також дискретне виконання на основі окремих напівпровідникових діодів, біполярних чи польових транзисторів і їх комбінацій.

Функціонування всіх цифрових елементів базується на математичній логіці, тобто на тій частині логіки (науки про закони та форми мислення), в якій використовуються математичні методи. Основним поняттям алгебри логіки (розділу математичної логіки) або алгебри Буля є вислів. Під висловом розуміють всяке твердження, про яке можна точно сказати: справедливе воно чи несправедливе, істинне чи хибне. Логічних висловів одночасно істинних і хибних не існує. Всі вислови (іноді називають події) стосовно їх істинності і хибності відповідають схемі “так” - “ні”. Тому кожному вислову, як у двійковій системі числення, можна присвоїти значення істинності - логічну одиницю “1” та значення хибності – логічний ноль “0”. Будь-яку величину, яка може мати два значення (“1” і “0”), називають двійковою змінною.

Якщо над простим висловом виконати логічні операції, то можна отримати складний вислів, тобто логічну функцію, яка визначає логічний зв’язок висловів. Отже вислови бувають простими і складними.

Цифрові елементи – це електронні пристрої, які узагальнено мають m ≥1 входів і n ≥1 виходів (рис. 1) і реалізують певну логічну функцію

y_j=f(x₁, x₂, x₃,…,x_m) (1)

де j = 1, 2, 3,…, n – послідовний ряд чисел від 1 до n; x_i – інформаційні значення вхідних сигналів; i = 1, 2, 3,…, m - послідовний ряд чисел від 1 до m; y_j – інформаційне значення вихідних сигналів.

Рис. 1. Цифровий елемент (логічний елемент)

Вхідні і вихідні сигнали можуть мати лише значення “1” і “0”. В електронній техніці використовують електричні сигнали. Зауважимо, що крім імпульсного подання сигналу існує й потенційний. У потенційному способі двом значенням істиності (“1” і “0”) відповідають два рівні напруг, які можуть бути додатними або від’ємними.

Можливі значення, які набуває функція y_j за всіх можливих комбінацій логічних елементів x_i, зручно подати у вигляді таблиці істиності.

Розглянемо складні вислови та відповідні їм логічні операції. В лабораторній роботі розглядається також схемна реалізація логічних операцій.