Электрические схемы на логических элементах

Логические элементы и их схемная реализация

Для выполнения логических операций и решать логические задачи с помощью средств электроники были изобретены логические элементы. Их создают с помощью диодов, транзисторов и комбинированных элементов (диодно-транзисторные). Такая логика получила название диодной логики (ДЛ), транзисторной (ТЛ) и диодно–транзисторной (ДТЛ). Используют как полевые, так и биполярные транзисторы. В последнем случае предпочтение отдается устройствам типа n-p-n, так как они обладают большим быстродействием.

Логический элемент «ИЛИ»

Схема логического элемента «ИЛИ» представлена на рисунке 1 а. На каждый из входов может подаваться сигнал в виде какого-то напряжения (единица) или его отсутствия (ноль). На резисторе R появиться напряжение даже при его появлении на каком – либо из диодов.

Рис. 1

Элементы или могут иметь несколько логических входов. Если используются не все входы, то те входы которые не используются следует соединять с землей (заземлять), чтобы избежать появления посторонних сигналов.

На рисунке 1б показано обозначение на электрической схеме элемента, а на 1в таблица истинности.

Логический элемент «И»

Схема элемента приведена на рис. 2. Если хотя – бы к одному из входов будет сигнал равный нулю, то через диод будет протекать ток. Падение напряжения на диоде стремится к нулю, соответственно на выходе тоже будет ноль. На выходе сможет появится сигнал только при условии, что все диоды будут закрыты, то есть на всех входах будет сигнал. Рассчитаем уровень сигнала на выходе устройства:

на рис. 2 б – обозначение на схеме, в – таблица истинности.

Логический элемент «НЕ»

В логическом элементе «НЕ» используют транзистор (рис.3 а). при наличии положительного напряжения на входе х=1 транзистор открывается и напряжение его коллектора стремится к нулю. Если х=0 то положительного сигнала на базе нет, транзистор закрыт, ток не проходит через коллектор и на резисторе R нет падения напряжения, соответственно на коллекторе появится сигнал Е. условное обозначение и таблица истинности приведены на рис. 3 б,в.

Логический элемент «ИЛИ-НЕ»

При создании различных схем на логических элементах часто применяют элементы комбинированные. В таких элементах совмещены несколько функций. Принципиальная схема показана на рис. 4 а.

Здесь диоды Д1 и Д2 выполняют роль элемента «ИЛИ», а транзистор играет роль инвертора. Обозначение элемента на схеме и его таблица истинности рис. 4б и в соответственно.

Логический элемент «И-НЕ»

Показана схема на рис. 5 а. Здесь диод Д3 выполняет роль так сказать фильтра во избежание искажения сигнала. Если на вход х1 или х2 не подан сигнал (х1=0 или х2=0), то через диод Д1 или Д2 будет протекать ток. Падение на нем не равно нулю и может оказаться достаточным для открытия транзистора. Последствием чего может стать ложное срабатывание и на выходе вместо единицы мы получим ноль. А если в цепь включить Д3, то на нем упадет значительная часть напряжения открытого на входе диода, и на базу транзистора практически ничего не приходит. Поэтому он будет закрыт, а на выходе будет единица, что и требуется при наличии нуля на каком либо из входов. На рис. 5б и в показаны таблица истинности и схемное обозначение данного устройства.

Логические элементы получили широчайшее применение в электронике и микропроцессорной технике. Многие системы управления строятся с использованием именно этих устройств.

Электрические схемы на логических элементах

Принципиальные электрические схемы генераторов
импульсов на транзисторах и интегральных микросхемах

Генераторы импульсов на транзисторах

Релаксационный генератор — симметричный мультивибратор на двух транзисторах [6]. Напряжение питания +U зависит от решаемой задачи и может составлять единицы — десятки вольт. Изменить полярность питающего напряжения можно, применяя транзисторы p-n-p. При R2 = R3 = R, C1 = C2 = C период следования импульсов на контактах «Выход» и «-Выход» равен 1.4 R C, а скважность (отношение длительности импульса к периоду следования импульсов) близка к 0.5 (длительность импульса равна длительности паузы). Сопротивление резисторов R1, R4 определяет нагрузочную способность генератора и может изменяться в широких пределах (десятки ом — десятки килоом). Сигналы на выходах «Выход» и «-Выход» находятся практически в противофазе. Скважность импульсов можно изменять, меняя соотношение R2 : R3 или C1 : C2.

Генераторы импульсов на ТТЛ-микросхемах (серии 133, 155, 531, 533, 555, 1531, 1533)

Генератор импульсов на трех элементах И-НЕ (четвертый элемент И-НЕ служит буфером, его можно не ставить), например, К155ЛА3. Вместо элементов И-НЕ могут быть использованы элементы ИЛИ-НЕ или инверторы. Частота следования импульсов при емкости конденсатора C1 = 0.047 мкФ составляет примерно 10 кГц. Может применяться в качестве задающего генератора.

Генератор импульсов на двух элементах И-НЕ, например, К155ЛА3. Вместо элементов И-НЕ могут быть использованы элементы ИЛИ-НЕ или инверторы. Для получения устойчивой генерации сопротивление резистора R1 должно быть меньше 470 Ом. Частота следования импульсов при R1 = 300 Ом, C1 = 0.1 мкФ составляет примерно 10 кГц. Может применяться в качестве задающего генератора.

Генератор импульсов на двух элементах И-НЕ, например, К155ЛА3. Вместо элементов И-НЕ могут быть использованы элементы ИЛИ-НЕ или инверторы. Для получения устойчивой генерации сопротивление резисторов R1, R2 может быть примерно по 470 Ом. Частота следования импульсов при R1 = R2 = 470 Ом и C1 = 0.1 мкФ составляет примерно 6 кГц. Может применяться в качестве задающего генератора. Отсоединив один из входов элемента DD1 от другого, можно с его помощью управлять генерацией («пуск-останов»).

Генератор импульсов — симметричный мультивибратор на двух элементах И-НЕ, например, К155ЛА3. Вместо элементов И-НЕ могут быть использованы элементы ИЛИ-НЕ или инверторы. Частота следования импульсов при R1 = R2 = 4.7 кОм и C1 = C2 = 0.1 мкФ составляет примерно 2.5 кГц. Для улучшения формы выходных импульсов могут использоваться буферные элементы.

Генератор импульсов на трех инверторах (например, К155ЛН1) с кварцевой стабилизацией частоты. Частота кварцевого резонатора ZQ1 — единицы мегагерц. Может применяться в качестве задающего генератора импульсов для микроконтроллеров и других устройств, когда требуется высокая стабильность частоты.

Генераторы импульсов на КМОП-микросхемах (серии 176, 561, 1554, 1561)

Генератор импульсов на трех инверторах с минимальным количеством навесных элементов (один конденсатор). Частота следования импульсов на контакте «Выход» при емкости конденсатора C1 = 0.1 мкФ составляет несколько килогерц. Может применяться в качестве задающего генератора в устройствах, не предъявляющих высоких требований к стабильности частоты. Вместо инверторов могут быть использованы элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ с объединенными входами.

Генератор импульсов на трех элементах ИЛИ-НЕ (например, К561ЛЕ5) с минимальным количеством навесных элементов (один конденсатор) и функцией «пуск — останов». Частота следования импульсов на контакте «Выход» при емкости конденсатора C1= 0.1 мкФ составляет несколько килогерц. Когда уровень напряжения на входе «Стоп» равен единице, генерация импульсов прекращается. Может применяться в качестве задающего генератора в устройствах, не предъявляющих высоких требований к стабильности частоты. По аналогичной схеме может быть построен генератор на элементах И-НЕ. Тогда прекращение генерации будет происходить при нулевом уровне напряжения на входе ‘Стоп».

Генератор импульсов на двух элементах ИЛИ-НЕ, например К561ЛЕ5 (или двух элементах И-НЕ, или двух инверторах). Частоту следования импульсов можно изменять, изменяя емкость конденсатора C1. При R1 = 36 кОм, C1 = 180 пФ частота следования импульсов на выходе «OUT» приблизительно равна 100 кГц. Один из входов микросхемы DD1 можно отсоединить от другого и подавать на него сигнал управления генерацией («пуск-останов»).

Генератор импульсов со скважностью 0.5 (длительность импульса равна длительности паузы). При R1 = 36 кОм, C1 = 180 пФ частота следования импульсов на выходах «OUT» и «-OUT» приблизительно равна 50 кГц. Сигналы на выходах «OUT» и «-OUT» находятся в противофазе.

Генератор двух противофазных последовательностей импульсов с паузой [3]. Пауза равна длительности импульса. Может использоваться в качестве задающего генератора для импульсных полумостовых преобразователей напряжения. Частота следования импульсов на выходах «OUT 1» и «OUT 2» приблизительно равна 25 кГц при R1 = 36 кОм, C1 = 180 пФ.

Генераторы импульсов на интегральном таймере 555 (КР1006ВИ1)

Генератор импульсов частотой 100 Гц на интегральном таймере КР1006ВИ1 (DA1). R1 = 6.8 кОм, R2 = 10 кОм, R3 = 680 Ом, C1 = 1 мкФ, C2 = 0.1 мкФ. Переменный резистор R1 служит для точной подстройки частоты импульсов. Напряжение питания (+E) до +15 В. Может применяться в качестве задающего генератора для преобразователей напряжения систем аварийного электропитания.

Смотрите так же:  Включение трансформаторов в трехфазной сети

Ссылки:

  1. Аванесян Г. Р., Левшин В. П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: Справочник. — М.: Машиностроение, 1993. — 256 с.: ил.
  2. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С. В. Якубовский, Н. А. Барканов, Л. И. Ниссельсон и др.; Под ред. С. В. Якубовского. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1984. — 432 с., ил. — (Проектирование РЭА на интегральных микросхемах).
  3. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. — М.: Радио и связь, 1990. — 128 с.; ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1132).
  4. Бирюков С. Блок питания для «Радио-86РК». — Радио, 1990, № 7.
  5. Булычев А. Л. и др. Аналоговые интегральные схемы: Справочник / А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко. — 2-е изд., перераб. и доп. — Мн: Беларусь, 1993. — 382 с.: черт.
  6. Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. — М.: Радио и связь, 1984. — 400 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1076).
  7. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. — М.: Радио и связь, 1988. — 176 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1125).
  8. Справочник радиолюбителя-конструктора. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1984. — 560 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1043).
  9. Трейстер Р. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555: Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 263 с., ил.
  • Генератор импульсов — прибор или устройство для создания последовательности импульсов.
  • Задающий генератор — маломощный, как правило, автогенератор, выходной сигнал которого используется для возбуждения или синхронизации других узлов устройства.
  • Интегральная микросхема — микроэлектронное изделие, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и предназначенное для обработки и преобразования сигналов.
  • Кварцевая стабилизация частоты — использование пьезоэлектрического резонатора в качестве частотозадающего элемента в автогенераторе.
  • Кварцевый резонатор — пьезоэлектрический резонатор с механическим вибратором из кварца.
  • Логический элемент — элемент, выполняющий логическую функцию.
  • Микросхема КМОП — интегральная микросхема на основе комплементарных структур металл-окисел-полупроводник.
  • Микросхема ТТЛ — интегральная микросхема с биполярными транзисторно-транзисторными логическими схемами.
  • Пьезоэлектрический резонатор — электромеханический преобразователь, имеющий механический вибратор из пьезоэлектрического материала и систему электродов, принцип работы которого основан на пьезоэффекте.
  • Симметричный мультивибратор — генератор импульсов, состоящий из замкнутых в кольцевую цепь идентичных узлов.
  • Скважность (относительная длительность) импульса — отношение длительности импульса к периоду следования импульсов.
  • Элемент ИЛИ-НЕ — логический элемент, выполняющий логическую функцию стрелка Пирса (отрицание дизъюнкции (логической суммы)).
  • Элемент И-НЕ — логический элемент, выполняющий логическую функцию штрих Шеффера (отрицание конъюнкции (логического произведения)).
  • Элемент НЕ (инвертор) — логический элемент, выполняющий логическую функцию отрицания.

17.11.2006
22.11.2006
12.01.2007

Электрические схемы на логических элементах

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Электрические схемы на логических элементах

СТОЛ ЗАКАЗОВ:

БОНУСЫ:

ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение: Михаил Булах

Программирование: Данил Мончукин

Маркетинг: Татьяна Анастасьева

Перевод: Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Устройства на логических элементах

Начнем с автоколебательного мультивибратора. Являясь устройством универсальным, он может найти разнообразное применение. Возьмем, к примеру, мультивибратор на трех логических элементах. Будучи смонтированным вместе с транзисторным индикатором, он становится генератором световых импульсов, который можно использовать для модели маяка. Если транзистор будет средней или большой мощности, например КТ801А, в его коллекторную цепь можно включить несколько соединенных параллельно миниатюрных ламп накаливания — они украсят небольшую новогоднюю елку.

Если емкость конденсатора мультивибратора будет 1 мкФ, а постоянный резистор R1-переменным, сопротивлением 1,5 или 2,2 кОм, то получится генератор колебаний звуковой частоты, пригодный для проверки работоспособности радиовещательных приемников, усилителей звуковой частоты.

К выходу такого устройства можно подключить телефонный капсюль ДЭМ-4м или транзисторный индикатор, но с динамической головкой в коллекторной цепи. Получится звуковой генератор, который можно использовать в качестве квартирного звонка или применить для изучения приема на слух телеграфной азбуки. В первом варианте напряжение питания генератора можно подавать через звонковую кнопку, во втором — через контакты телеграфного ключа. Частоту генерируемых импульсов в пределах 800. 1000 Гц устанавливают переменным резистором или подборкой заменяющего его постоянного резистора. Следующий пример использования мультивибратора — генератор прерывистого звукового сигнала (рис. 1).

Рис. 1 Генератор прерывистого звукового сигнала

Устройство состоит из двух взаимосвязанных мультивибраторов, выполненных на логических элементах одной микросхемы К155ЛАЗ. Мультивибратор на элементах DD1.3 и DD1.4 генерирует колебания частотой около 1000 Гц, которые капсюль ДЭМ-4м (BF1) преобразует в звук. Но звук прерывистый, потому что работой этого мультивибратора управляет другой, собранный на логических элементах DD1.1 и DD1.2.

Он генерирует тактовые импульсы с частотой следования около 1 Гц. Тональный сигнал в телефоне звучит лишь в те промежутки времени, когда на выходе тактового мультивибратора появляется высокий уровень напряжения. Длительность звуковых сигналов можно изменять подборкой конденсатора С1 и резистора R1, а высоту тона звука — подборкой конденсатора С2 и резистора R2.Одновибратор, дополненный световым сигнализатором (рис. 2), может стать основой игрового автомата или аттракциона. Например, аттракциона под условным названием «Погаси свечу». Сам аттракцион — это макет горящей свечи на подставке. Если сильно подуть на свечу, то замаскированная в ее «фитиле»лампа накаливания HL1 должна погаснуть, а спустя некоторое время вновь включиться.

Рис. 2 Аттракционы «Погаси свечу» и «Тир»

«Секрет»аттракциона в том, что стенка подставки за свечой — легкая непрозрачная ткань, на обратной стороне которой, напротив «фитиля»свечи, укреплена небольшая жестяная пластина. Это контакт датчика-выключателя SF1. На расстоянии 3. 5 мм от нее укреплен конец отрезка толстого провода — второй контакт выключателя. Когда дуют на «свечу», струя воздуха прогибает тканевую стенку коробки и контакты выключателя замыкаются. На выходе одновибратора появляется импульс низкого уровня, который закрывает транзистор и гасит лампу.

Другой пример возможного использования такого автомата — тир для «стрельбы»теннисным мячом. «Яблочком»мишени служит металлическая пластина диаметром 80. 100 мм-это один из контактов SF1. На небольшом расстоянии от первого укреплен второй контакт. При точном попадании в «яблочко»контакты кратковременно замыкаются и сигнальная лампа гаснет. Но можно сделать так, чтобы лампа индикатора, наоборот, при точном попадании в цель зажигалась. В этом случае надо лишь для индикатора использовать транзистор структуры р-n-р, например, из серии П213 или КТ814, и поменять местами подключение выводов его эмиттера и коллектора, как показано на рис. 2, б. При этом резистор в базовую цепь транзистора можно не включать.

Одновибратор представляет интерес и как генератор одиночных импульсов для проверки работоспособности приборов и устройств цифровой техники, о чем мы поговорим чуть позже. Сейчас же приведем еще несколько примеров практического применения автоколебательного мультивибратора в радиолюбительских конструкциях. На рис. 3 показана схема простейшего ‘измерительного прибора — пробника, с помощью которого можно проверить качество электрических контактов монтажа, выключателя, целость катушки колебательного контура, исправность диода, качество конденсатора, р-п перехода транзистора.

Основа пробника — симметричный мультивибратор на элементах DD1.1 и DDl.2, генерирующий импульсы с частотой следования около 1 кГц. Индикатором пробника служат светодиод HL1 или высокоомные головные телефоны ТОН-1, ТОН-2 или ТЭГ-1, подключенные к двухгнездной розетке XSI. Щупы ХА1 и ХА2 выполняют роль контактов своеобразного выключателя, через который на микросхему подается напряжение источника питания GB1.

Пока щупы не замкнуты между собой, цепь питания разорвана и мультивибратор не работает. Если щупами коснуться концов проводника или выводов исправной катушки индуктивности, цепь питания микросхемы окажется замкнутой и мультивибратор начнет генерировать электрические колебания звуковой частоты. При высоком уровне напряжения на выходе (на выводе 6) мультивибратора светодиод HL1 будет зажигаться, а при низком- гаснуть. А так как частота генерируемых импульсов довольно высокая, глаз не замечает миганий светодиода — он светит как бы непрерывно. Если, однако, в проверяемом проводнике или в катушке есть обрыв, то ни свечения светодиода, ни звука в телефонах не будет.

Чтобы проверить полупроводниковый диод, к его выводам подключают щупы пробника — сначала в одной полярности, а затем, поменяв местами, в другой. При одном подключении, когда диод относительно источника питания оказывается включенным в прямом направлении, световой и звуковой сигналы должны быть, а при обратном — нет. Появление сигналов при любой полярности подключения пробника укажет на тепловой пробой р-n перехода диода, а отсутствие сигналов при любой полярности подключения — на обрыв внутренней цепи диода.

Смотрите так же:  Электро провода марки

Аналогично проверяют исправность коллекторных и эмиттерных р-n переходов транзисторов.

Исправность конденсаторов проверяют на пробой (замыкание обкладок) по отсутствию светового (или звукового) сигнала при касании их выводов щупами пробника. При проверке конденсатора большой емкости ‘в момент подключения к его выводам щупов пробника могут появляться кратковременный звуковой сигнал и вспышка светодиода. Эти сигналы вызывает ток зарядки конденсатора. Они тем продолжительнее, чем больше емкость проверяемого конденсатора.

Источником питания такого пробника может служить батарея 3336 или три гальванических элемента 316, 332, соединенные последовательно. На логических элементах 2И-НЕ можно построить простой генератор колебаний звуковой частоты (3Ч) и радиочастоты (РЧ) для проверки трактов радиовещательных приемников. Примером может служить прибор, схема которого показана на рис. 4

Рис. 4 Генератор колебаний ЗЧ и РЧ

Генератором колебаний звуковой частоты (около 1 кГц) служит мультивибратор на элементах D.D1.3 и DD1.4. Генерируемые им колебания через инвертор DD2.2, конденсатор С5 и гнездо XS2 «ЗЧ»с помощью щупа ХА1, вставляемого в это гнездо, подают на вход проверяемого усилителя звуковой частоты.

Генератор колебаний радиочастоты образуют логические элементы DD1.1, DD1.2, катушка L1 и конденсаторы Cl, C2. Частоту его колебаний, определяемую в основном индуктивностью катушки L1, в небольших .пределах можно изменять конденсатором переменной емкости Cl.

Элемент DD2.1 выполняет функцию смесителя прибора. На его входной вывод 1 поступают колебания радиочастоты, а на вывод 2 — звуковой частоты. В результате на выходе элемента формируется импульсный сигнал радиочастоты, модулированный колебаниями звуковой частоты. Через конденсатор С4 и гнездо XS1 «РЧ»его подают на вход радиочастотного тракта (или одного из его узлов) проверяемого приемника.

Катушку L1 контура генератора радиочастоты можно намотать на каркасе диаметром 8. 9 мм с отрезком стержня из феррита 600НМ внутри. Чтобы пробник работал в диапазоне 3. 7 МГц, на каркас надо намотать 50. . .55 витков провода ПЭВ-2 0,2.. .0,3. В качестве конденсатора переменной емкости (C1) можно использовать подстроечный КПК-1.

Конструкция такого генератора-пробника-произвольная. Для его питания желательно использовать источник напряжения 5В, но можно и батарею 3336.

И еще один пример практического использования логических элементов цифровых микросхем — игра «Переправа». В основу содержания этой игры положена старинная логическая задача о волке, козе и капусте, которых перевозчик должен без потерь переправить на противоположный берег реки. Но лодка так мала, что кроме самого перевозчика она может вместить только одного пассажира или груз. Оставлять же на берегу волка с козой или козу с капустой нельзя — обязательно будут потери. Без присмотра оставить вместе можно только волка с капустой. Как в такой ситуации должен поступить перевозчик?

Для решения этой задачи радиолюбитель И. Синельников из Калининграда предложил игровое электронное устройство на логических элементах 2И-НЕ и ЗИ-НЕ, принципиальную схему которого вы видите на рис. 5.

Рис. 5 Игра «Перевозчик»

Переключателями SA1-SA4 играющий выполняет «перевозку»пассажиров и груза на противоположный берег реки. Так, например, если он считает, что первой через реку должна быть переправлена коза, он переводит вниз (по схеме) подвижный контакт переключателей SA2 «Коза»и SA1 «Перевозчик». Положение ручек переключателей на лицевой панели коробки, в которой смонтирована игра, отображает ситуацию, сложившуюся в текущий момент на переправе. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD2.1, DD2.2 образуют логический узел, формирующий сигнал ошибочного хода, при котором возникает опасная ситуация на одном из берегов реки (волк может съесть козу, а коза — капусту). О допущенной ошибке сигнализируют светодиоды HL1 и HL2, каждый из которых расположен на «своем»берегу, и звуковой сигнал, создаваемый Динамической головкой ВА1.

Как работает такой игровой автомат? В исходном состоянии, когда все пассажиры, груз и перевозчик находятся на одном берегу реки, что соответствует показанному на схеме положению переключателей SAI-SA4. Для рассказа о работе логического узла будем считать, что питание автомата подано, то есть замкнуты контакты кнопки SB1. На выходе элементов DD1.1, DD1.2 и DD2.1 логического узла действует высокий уровень напряжения и, следовательно, светодиоды не светят (из-за того, что на аноде и на катоде каждого из них практически одинаковое напряжение, ток через светодиод не протекает), а на выходе элемента DD2.2- низкий уровень. При включении питания кнопкой SB1 «Переправа»на входном выводе 2 элемента DD1.1 и входном выводе 3 элемента DD1.2, а также на обоих входах элемента DD2.1 возникает низкий уровень напряжения. Для элементов 2И-НЕ и ЗИ-НЕ этого достаточно, чтобы на их выходе появился высокий уровень напряжения. Оба входа элемента DD2.2 в это время остаются свободными, на них, следовательно, присутствует высокий уровень напряжения, а на выходе элемента (вывод 8), а значит, и на нижнем по схеме входе элемента DD1.2, с которым он соединен,- низкий уровень напряжения.

Предположим, что играющий первым ходом переправляет на другой берег козу. Для этого он должен перевести в другое положение ручки переключателей SA2, SAI и нажать на кнопку SB1. При этом все четыре элемента логического узла останутся в исходном состоянии и ни один из светодиодов не включится.

А если попытаться первым перевезти волка? В таком случае переключатель SA3 создаст на верхнем по схеме входе элемента DD2.2 низкий уровень напряжения и на нижнем входе элемента DD1.2 появится высокий уровень. Сигнал такого же уровня будет и на двух других входах элемента DD1.2, так как они окажутся свободными. В результате на выходе элемента DD1.2 появится низкий уровень напряжения и включится светодиод HL2 — сигнал опасной ситуации (оставшаяся на берегу коза может съесть капусту!). А светодиод HL1, находящийся на другом берегу реки, останется выключенным, так как в это время на верхнем входе элемента DD1.1 переключатель SAI создаст низкий уровень напряжения.

С выходов элементов DD1.1 и DD1.2 сигнал опасной ситуации (низкого уровня) подается также на входные выводы 9 и 10 элемента DD1.3. При появлении хотя бы на одном из них низкого уровня элемент переключается в единичное состояние, что приводит к запуску мультивибратора, собранного на элементах DD2.3 и DD2.4. Генерируемые им колебания частотой около 500 Гц усиливает ступень на транзисторе VT1, включенном эмиттерным повторителем, и головка ВА1 излучает тревожный звуковой сигнал. Переключателем SA5 звуковую сигнализацию, оповещающую об ошибке в ходе решения задачи, можно отключить, оставив лишь световую сигнализацию.

Резистор R5 ограничивает ток базы транзистора VT1. Через резистор R3 на верхний вход элемента DD1.3 подан высокий уровень напряжения, что защищает узел сигнализации от различных электрических помех. Подстрочным резистором R6 устанавливают желательную громкость звучания головки ВА1.

Детали игрового автомата, кроме элементов коммутации, светодиодов и динамической головки, можно смонтировать на печатной плате размерами 70х25 мм (рис. 6, а) и разместить ее в пластмассовой или изготовленной из фанеры коробке размерами примерно 120Х90х50 мм (рис. 6, б).

Рис 6 а Монтажная сторона игры «Перевозчик»

Рис. 6 б Лицевая сторона игры «Перевозчик»

На передней панели коробки выполнен рисунок реки, вдоль русла которой укреплены переключатели SAI-SA4, а на противоположных берегах- светодиоды HL1 и HL2. Здесь же находятся переключатель SA5 и кнопка SB1 «Переправа». Переключатели SAI-SA5-тумблеры МТ-1 или ТВ2-1, кнопка SB1-KM1-1. Динамическая головка ВА1-мощностью 0,1. 0,25 Вт, например 0,25ГД-10. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель с выходным напряжением 5 В или батарея 3336.

Перед началом решения задачи все переключатели должны быть в исходном положении, соответствующем ситуации, когда все пассажиры, груз и перевозчик находятся на одном берегу реки. Затем начинают переправу на другой берег — ставят ручки соответствующих переключателей так, чтобы они были направлены в сторону берега, куда должна плыть лодка, и, нажав на кнопку «Переправа», проверяют правильность хода. Если при этом появляется световой или звуковой сигнал ошибки, ход считается неверным — надо искать другой вариант решения задачи.

Чтобы убедиться в правильной работе игрового автомата, надо знать ход решения логической задачи. Он может быть таким. Сначала перевозчик переправляет на другой берег козу. Затем возвращается обратно и забирает капусту. На другом берегу он оставляет капусту и забирает козу. Переправив обратно козу, сажает в лодку волка и перевозит его к капусте, после чего возвращается и забирает козу. Таким образом, задача решается за семь ходов. Могут ли быть другие варианты решения задачи? Подумайте.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

Триггеры на логических элементах ТТЛ и КМОП

Иногда при построении устройств на цифровых микросхемах у разработчика остаются неиспользованными логические элементы, которые лишь вхолостую потребляют энергию. Тем не менее, на таких элементах можно собрать, к примеру, триггер, сэкономив пару корпусов и снизив энергопотребление всего устройства. Поскольку и ТТЛ, и КМОП микросхемы имеют одну логику работы, собранные на них схемы триггеров отличаться не будут.

Смотрите так же:  Провода шввп 2х075

Обычный RS -триггер, составленный из логических элементов ИЛИ-НЕ, будет выглядеть следующим образом:

Если нужен триггер с инверсией по входу сброса, то потребуются элементы «И» и «ИЛИ»:

Ну а триггер с инверсными входами получится из двух элементов «И-НЕ»:

При желании таким же образом можно собрать и RS-триггеры с многоканальным управлением:

А так будет выглядеть синхронный RS-триггер на элементах И–НЕ:

И синхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ:

Триггер-защелка ( D-триггер) будет выглядеть не намного сложнее, так что можно построить и его:

Логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и их таблицы истинности

Электрическая схема, предназначенная для выполнения какой-либо логической операции с входными данными, называется логическим элементом. Входные данные представляются здесь в виде напряжений различных уровней, и результат логической операции на выходе — также получается в виде напряжения определенного уровня.

Операнды в данном случае подаются в двоичной системе счисления — на вход логического элемента поступают сигналы в форме напряжения высокого или низкого уровня, которые и служат по сути входными данными. Так, напряжение высокого уровня — это логическая единица 1 — обозначает истинное значение операнда, а напряжение низкого уровня 0 — значение ложное. 1 — ИСТИНА, 0 — ЛОЖЬ.

Логический элемент — элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы обычно используются для построения логических схем вычислительных машин, дискретных схем автоматического контроля и управления. Для всех видов логических элементов, независимо от их физической природы, характерны дискретные значения входных и выходных сигналов.

Логические элементы имеют один или несколько входов и один или два (обычно инверсных друг другу) выхода. Значения «нулей» и «единиц» выходных сигналов логических элементов определяются логической функцией, которую выполняет элемент, и значениями «нулей» и «единиц» входных сигналов, играющих роль независимых переменных. Существуют элементарные логические функции, из которых можно составить любую сложную логическую функцию.

В зависимости от устройства схемы элемента, от ее электрических параметров, логические уровни (высокие и низкие уровни напряжения) входа и выхода имеют одинаковые значения для высокого и низкого (истинного и ложного) состояний.

Традиционно логические элементы выпускаются в виде специальных радиодеталей — интегральных микросхем. Логические операции, такие как конъюнкция, дизъюнкция, отрицание и сложение по модулю (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ) — являются основными операциями, выполняемыми на логических элементах основных типов. Далее рассмотрим каждый из этих типов логических элементов более внимательно.

Логический элемент «И» — конъюнкция, логическое умножение, AND

«И» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Данный элемент может иметь от 2 до 8 (наиболее распространены в производстве элементы «И» с 2, 3, 4 и 8 входами) входов и один выход.

Условные обозначения логических элементов «И» с разным количеством входов приведены на рисунке. В тексте логический элемент «И» с тем или иным числом входов обозначается как «2И», «4И» и т. д. — элемент «И» с двумя входами, с четырьмя входами и т. д.

Таблица истинности для элемента 2И показывает, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если логические единицы будут одновременно на первом входе И на втором входе. В остальных трех возможных случаях на выходе будет ноль.

На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «&».

Логический элемент «ИЛИ» — дизъюнкция, логическое сложение, OR

«ИЛИ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом. Условные обозначения логических элементов «ИЛИ» с различным количеством входов показаны на рисунке. Обозначаются данные элементы так: 2ИЛИ, 3ИЛИ, 4ИЛИ и т. д.

Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была на первом входе ИЛИ на втором входе. Если логические единицы будут сразу на двух входах, на выходе также будет единица.

На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1».

Логический элемент «НЕ» — отрицание, инвертор, NOT

«НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий один выход и только один вход, называют еще инвертором, поскольку он на самом деле инвертирует (обращает) входной сигнал. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «НЕ».

Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.

На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе.

Логический элемент «И-НЕ» — конъюнкция (логическое умножение) с отрицанием, NAND

«И-НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Другими словами, это в принципе элемент «И», дополненный элементом «НЕ». На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2И-НЕ».

Таблица истинности для элемента «И-НЕ» противоположна таблице для элемента «И». Вместо трех нулей и единицы — три единицы и ноль. Элемент «И-НЕ» называют еще «элемент Шеффера» в честь математика Генри Мориса Шеффера, впервые отметившего значимость этой логической операции в 1913 году. Обозначается как «И», только с кружочком на выходе.

Логический элемент «ИЛИ-НЕ» — дизъюнкция (логическое сложение) с отрицанием, NOR

«ИЛИ-НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Иначе говоря, это элемент «ИЛИ», дополненный элементом «НЕ» — инвертором. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2ИЛИ-НЕ».

Таблица истинности для элемента «ИЛИ-НЕ» противоположна таблице для элемента «ИЛИ». Высокий потенциал на выходе получается лишь в одном случае — на оба входа подаются одновременно низкие потенциалы. Обозначается как «ИЛИ», только с кружочком на выходе, обозначающим инверсию.

Логический элемент «исключающее ИЛИ» — сложение по модулю 2, XOR

«исключающее ИЛИ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения по модулю 2, имеет два входа и один выход. Часто данные элементы применяют в схемах контроля. На рисунке приведено условное обозначение данного элемента.

Изображение в западных схемах — как у «ИЛИ» с дополнительной изогнутой полоской на стороне входа, в отечественной — как «ИЛИ», только вместо «1» будет написано «=1».

Этот логический элемент еще называют «неравнозначность». Высокий уровень напряжения будет на выходе лишь тогда, когда сигналы на входе не равны (на одном единица, на другом ноль или на одном ноль, а на другом единица) если даже на входе будут одновременно две единицы, на выходе будет ноль — в этом отличие от «ИЛИ». Данные элементы логики широко применяются в сумматорах.

Похожие статьи:

  • Экономическое сечение провода определение ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7 Раздел 1. Общие правила Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны Выбор сечения проводников по экономической плотности тока 1.3.25. […]
  • Автомат выключатель освещения схема Автомат выключатель освещения схема Простая система автоматически включает свет в прихожей при открывании входной двери. Свет горит примерно 1,5 минуты, за которые вполне успеваешь войти и раздеться-разуться, а потом свет автоматически […]
  • Провода трещат Почему ЛЭП трещат? 4 Причины. Причин появления треска на линиях электропередач может быть множество. Стоит разобраться в самых распространенных из них. Причина №1: атмосферное перенапряжение. Чаще всего такие явления возникают из-за […]
  • Кабель и провода журнал Онлайн журнал электрика Статьи по электроремонту и электромонтажу Навигация по записям Провода и кабели в системах автоматики В системах автоматики используют огромное количество кабелей и проводов различных по предназначению и […]
  • Схема электрического щита с узо Схема сборки распределительного щитка в квартире и частном доме Чтобы электропроводка была безопасной, удобной в обслуживании и к тому же способной выдержать нагрузку от всех электроприборов жилья, необходимо правильно подойти к […]
  • Реле тока рт-40 технические характеристики Реле тока РТ-40, РТ-140 Реле тока РТ-140 применяется в схемах релейной защиты и автоматики энергетических систем в качестве органа, реагирующего на повышение тока. Условия эксплуатации реле РТ40, РТ-140 Высота над уровнем моря до […]