Потенциальная система кодирования, положительная и отрицательная логика

Кодирование логической и двоичной информации электрическими сигналами.

Сигнал – это любая физ.величина измен. во времени. Эл.сигнал – это электр. величина измен. во времени. Основные типы эл. Сигналов: аналоговые и цифровые.

Аналоговый – это сигнал, который может принимать бесконечное кол-во значений в определ. диапазоне. Этот сигнал является непрерывным.

Цифровой – это сигнал, который может принимать только два значения 0 и 1. Цифровые сигналы имеют высокую помехо защищенность.

Логическое проектирование цифровых вычислительных машин(ЦВМ) широко использует методы алгебры логики, которая оперирует понятиями -- логическая переменная и логическая функция. Эти понятия, по определению, могут иметь только два значения -- истинно или ложно. С целью упрощения приняты обозначения: истинно - 1, ложно - 0.

Арифметическими основами построения ЦВМ является применение двоичной позиционной системы счисления, в которой для обозначения количеств имеются только две цифры - 0 и 1.

Таким образом, при построении ЦВМ возникает необходимость отобразить (закодировать) только два значения 0 и 1 электрическими сигналами.

Значения логических и арифметических переменных в большинстве случаев кодируются электрическим напряжением. При этом используются, в основном, две системы кодирования: потенциальная, импульсная. Потенциальная система использует для кодирования двух значений переменных различные уровни (величины) электрических напряжений. Так в ТТЛ системах для кодирования “0” используют диапазон уровней напряжения от 0В до 0,8В, а для “1” -- 2,4-5В. Диапазон напряжений 0,8-2,4В --запрещенный. Если при кодировании выбрано, что “1” отображается более высоким уровнем напряжения чем “0”, то система кодирования называется -- положительная логика, в противном случае -- отрицательная логика.

Импульсная система предусматривает кодирование “1” наличием импульса напряжения, а “0” отсутствием импульса.

3. Реализация ф–ии “И” на диодах.

Если хотя бы одно из входных напряжений равно нулю, то соответствующий ему диод будет смещен в прямом направлении, и напряжение на выходе будет определяться соотношением Uout= (U1=0 или U2=0)+Uvd, где Uvd -- падение напряжения на прямосмещенном диоде и Uout=0,7В, что соответствует F=0. Если оба входных напряжения имеют единичный уровень, то выходное напряжение определяется соотношением резисторов R1 и Rn - сопротивлением нагрузки

. Из уравнения видно, что выходное напряжение сильно зависит от величины сопротивления нагрузки. Так если Rn=0,5R1, то Uout=1,67В -- находится в запрещенном диапазоне кодирующих напряжений. Функция “И” не выполняется. При Rn=R1 -- Uout=2,5В и функция “И” выполняется. Зависимость выполнения функции от параметров схемы - существенный недостаток диодной схемы “И”.

4. Реализация ф–ии “ИЛИ” на диодах.

Если хотя бы одно из входных напряжений имеет единичное значение (2,4-5В), то и функция будет иметь единичное значение, так как один из диодов будет смещен в прямом направлении.

Выходное напряжение мало зависит от сопротивления нагрузки, если источники входных напряжений имеют малое внутреннее сопротивление. Однако, если последовательно включено четыре схемы “ИЛИ” при входном напряжении 5В и на каждом прямосмещенном диоде падение напряжения равно 0,7В, то на выходе будем иметь Uout=5 - 4*0,7=2,2В. Полученное значение находится в запрещенном диапазоне и функция “ИЛИ” не выполняется, что является существенным недостатком диодной схемы “ИЛИ”.

У диодных схем существует важная особенность: схема выполняющая в положительной логике функцию “И” (“ИЛИ”) в отрицательной логике выполняет функцию “ИЛИ” (“И”).

5. Реализация ф–ии “НЕ” на диодах.

Схемотехническая реализация функции “НЕ” выполняется на транзисторном ключе. Сопротивление в цепи коллектора Rk вместе с сопротивлением нагрузки Rn определяют выходное напряжение при закрытом транзисторе. Сопротивление в цепи базы Rb формирует ток базы таким образом, чтобы транзистор в открытом состоянии находился в режиме насыщения. Режим насыщения необходим для того, чтобы при открытом транзисторе выходное напряжение не зависело от нагрузки. Если Ui принимает значение единичного уровня, то базовый ток транзистора, определяемый соотношением , переключает транзистор в режим насыщения, при котором напряжение коллектор-эмиттер имеет малую величину, обычно Uke =0-0,5В. Если же Ui принимает значение нулевого уровня, то этого напряжения недостаточно чтобы сформировать базовый ток для открывания транзистора и он находится в режиме отсечки. При этом выходное напряжение определяется соотношением резисторов Rk и Rn.

Из приведенных рассуждений можно сделать вывод: если входная переменная истинна, то выходная переменная ложна (и наоборот), т.е. реализуется логическая функция отрицания. Зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки ─ существенный недостаток приведенной схемы. Соединение диодных схем со схемой инвертора позволяет получить схемотехническую реализацию совмещенных функций.

Дата добавления: 2014-12-24