Bramki logiczne
W artykule tym znajdziesz podstawowe informacje dotyczące najważniejszych "cegiełek" wszystkich układów cyfrowych - czyli bramek logicznych. Znajdziesz tu opis poszczególnych bramek, ich symbol graficzny i tablice prawdy, a także sposoby zastąpienia jednej bramki - innymi.
Tablica prawdy - jest to (najczęściej) tabela, która ukazuje jak przy danych stanach logicznych ustawionych na wejściach bramki będzie ustawione wyjście bramki.
Stan logiczny - w bramkach logicznych można spotkać się z dwoma możliwymi stanami: jedynką logiczną "1" lub zerem logicznym "0". W najpopularniejszej technologii TTL sygnałowi "1" odpowiada napięcie ok. +5V, a sygnałowi "0" napięcie bliskie 0V.
Zapoznajmy się teraz z najważniejszymi bramkami logicznymi.
Bramka NOT (negacja)
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Jest to najprostsza bramka; jej zadaniem jest odwracanie (negowanie) sygnału wejściowego. Gdy na wejściu ustawimy sygnał "1" to na wyjściu otrzymamy "0", a gdy na wejściu ustawimy "0" to na wyjściu pojawi się "1".
Wejście bramki, wg przedstawionego wyżej symbolu graficznego znajduje się po lewej stronie; po prawej jest jej wyjście. Bramka ta zawsze ma tylko jedno wejście. Układ scalony zawierający bramki NOT to na przykład układ 7404.
Bramka AND (iloczyn)
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Bramka ta realizuje tzw. iloczyn logiczny. Na wyjściu stan "1" występuje tylko i wyłącznie wtedy gdy na wszystkich wejściach bramki ustawiony jest również stan logiczny "1". Bramka ta posiada conajmniej dwa wejścia (u nas po lewej stronie) - może jednak posiadać ich więcej - teoretycznie nieskończenie wiele. W praktyce spotyka się bramki posiadające do 8 wejść. Natomiast wyjście wszystkie bramki mają tylko jedno. Bramki AND można znaleźć np. w układzie 7408.
Bramka OR (suma)
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Jest to tzw. bramka sumy logicznej. W przypadku tej bramki wystarczy aby choć na jednym z jej wejść pojawił się stan "1" i wtedy na wyjściu również pojawi się jedynka logiczna "1". Odnośnie ilości możliwych wejść - jak wyżej. Bramki OR znajdują się między innymi w układzie 7432.
Bramka NAND (negacja iloczynu)
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Bramka ta stanowi jakby połączenie bramki AND i NOT. Zero logiczne "0" na wyjściu jest ustawiane tylko wtedy gdy na obu wejściach jest jedynka logiczna "1". W pozostałych przypadkach na wyjściu zawsze jest stan "1". Widać więc, że jest ona dokładną odwrotnością bramki AND - porównaj tablice prawdy dla obu bramek. Również i ta bramka może mieć wiele wejść i tylko jedno wyjście. Bardzo popularnym układem scalonym jest układ 7400 zawierający cztery bramki NAND.
Bramka NOR (negacja sumy)
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Bramka XOR (Exclusive OR)
|
q |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Alternatywa wykluczająca (alternatywa rozłączna, różnica symetryczna, suma modulo 2, kontrawalencja, XOR, exclusive or, EOR) to logiczny funktor zdaniotwórczy (dwuargumentowa funkcja boolowska) . Różnica symetryczna zdań
jest prawdziwa wtedy i tylko wtedy, gdy dokładnie jedno ze zdań p,q jest prawdziwe:
Bramki wielowejściowe
Wyżej napisałem, że bramki mogą mieć więcej niż dwa wejścia, ale nie podałem żadnego konkretnego przykładu. Zobaczmy zatem jak wygląda to w praktyce na przykładzie bramki AND z czteroma wejściami:
Symbol graficzny |
Tablica prawdy |
|
|
Ufff. :) Jak widać idea pozostaje ta sama; na symbolu graficznym dochodzą tylko dodatkowe wejścia podobnie jak w tablicy prawdy - zamiast dwóch wejść mamy cztery. A ponieważ jest to bramka AND, wyjście przyjmuje stan "1" tylko wtedy gdy wszystkie wejścia również są ustawione w stan "1". Przykładem układu scalonego, w którym można znaleźć dwie takie czterowejściowe bramki jest układ 7421.
Spis symboli elementów elektronicznych
Symbol |
Oznaczenie |
Opis |
|
|
Ścieżki i punkty łączenia ścieżek - należy zwracać uwagę na czarne kropeczki w miejscu krzyżowania się ścieżek, bowiem oznaczają one, że te ścieżki łączą się ze sobą. Ścieżki które się krzyżują i nie ma w miejscach ich przecięcia tych punktów nie mają ze sobą połączenia elektrycznego. |
|
M |
Masa - wszystkie końce ścieżek, zakończone symbolem masy są połączone ze sobą, a następnie połączone z odpowiednim punktem napięcia zasilania. Jest to uproszczenie schematu w celu zwiększenia jego czytelności. |
|
|
Uziemienie - podobnie jak w przypadku masy, wszystkie końce ścieżek, zakończone tym symbolem są połączone ze sobą, a dodatkowo powinny zostać połączone z uziemieniem. |
|
Vcc |
Zasilanie - dodatni biegun zasilania - wszystkie końce ścieżek, zakończone tym symbolem są połączone ze sobą, a następnie połączone z odpowiednim punktem napięcia zasilania. Jest to uproszczenie schematu w celu zwiększenia jego czytelności. Napięcie Vcc stosuje się, gdy na schemacie występują układy scalone wykonane w technologii bipolarnej. |
|
Vdd |
Zasilanie - dodatni biegun zasilania - wszystkie końce ścieżek, zakończone tym symbolem są połączone ze sobą, a następnie połączone z odpowiednim punktem napięcia zasilania. Jest to uproszczenie schematu w celu zwiększenia jego czytelności. Napięcie Vdd stosuje się, gdy na schemacie występują układy scalone wykonane w technologii unipolarnej (CMOS). |
|
R |
Rezystor (opornik stały) - symbol zalecany |
|
R |
Rezystor (opornik stały) - symbol spotykany |
|
P, PR |
Rezystor zmienny, rezystor nastawny, potencjometr - symbol ogólny |
|
P, PR |
Rezystor zmienny, rezystor nastawny, potencjometr - symbol zalecany |
|
P, PR |
Rezystor zmienny, rezystor nastawny, potencjometr - symbol spotykany |
|
R, RT, t |
Termistor |
|
R |
Fotorezystor |
|
L, Dł |
Cewka lub Dławik |
|
L, Dł |
Cewka z rdzeniem |
|
L, Dł |
Cewka z rdzeniem regulowanym |
|
Tr |
Transformator z rdzeniem (najczęściej spotykany) |
|
Tr |
Transformator bez rdzenia |
|
Tr |
Transformator regulowany, autotransformator |
|
Tr |
Transformator z odczepem (odczepów może być więcej) |
|
C |
Kondensator (stały) |
|
C |
Kondensator - symbol okładziny w formie łuku może oznaczać: elektrodę zewnętrzną w kondensatorach stałych papierowych i ceramicznych, element ruchomy (rotor) w kondensatorach zmiennych (nastawnych), elektrode o niskim potencjale |
|
C |
Kondensator elektrolityczny (biegunowy) |
|
C |
Kondensator elektrolityczny (biegunowy) |
|
C |
Kondensator elektrolityczny (biegunowy) |
|
C |
Kondensator elektrolityczny (biegunowy) |
|
C |
Kondensator zmienny, kondensator nastawny, trymer |
|
C |
Kondensator dostrojczy, trymer |
|
C |
Kondensator elektrolityczny niebiegunowy |
|
X |
Kwarc - Rezonator kwarcowy |
|
U, A |
Bateria (zespół ogniw galwanicznych), akumulator |
|
D |
Dioda półprzewodnikowa |
|
D, DZ |
Dioda Zenera (stabilizacyjna) |
|
D, LED |
Dioda LED (świecąca) |
|
D |
Fotodioda (reagująca na światło) |
|
D |
Dioda pojemnościowa, warikap, waraktor |
|
D, D1-D4, M |
Mostek prostowniczy Graetza - montuje się go na płytce z czterech diod prostowniczych lub jest to element z czteroma końcówkami; z zamkniętymi w jego wnętrzu diodami prostowniczymi. |
|
T, Q |
Tranzystor bipolarny NPN |
|
T, Q |
Tranzystor bipolarny PNP |
|
T, Q |
Tranzystor bipolarny NPN |
|
T, Q |
Tranzystor bipolarny PNP |
|
T, Q |
Tranzystor polowy złączowy JFET o kanale tyu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy złączowy JFET o kanale tyu P |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale zubożanym typu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale zubożanym typu P |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale zubożanym typu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale zubożanym typu P |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale wzbogacanym typu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale wzbogacanym typu P |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale wzbogacanym typu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET typu MOSFET o kanale wzbogacanym typu P |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET cienkowarstwowy TFT o kanale typu N |
|
T, Q |
Tranzystor polowy z izolowaną bramką IGFET cienkowarstwowy TFT o kanale typu P |
|
T, Q |
Fototranzystor NPN |
|
T, Q |
Fototranzystor PNP |
|
T, Q |
Fototranzystor NPN |
|
T, Q |
Fototranzystor PNP |
|
D, Q, DIAC |
Diak - tyrystor diodowy dwukierunkowy |
|
Th, TR |
Tyrystor (SCR) - tyrystor triodowy jednokierunkowy |
|
T, TK, Q, TRIAC |
Triak - tyrystor triodowy dwukierunkowy |
|
P, W, Wł, S |
Przełącznik |
|
P, PZ, S |
Przekaźnik (cewka i styk) |
Układy scalone można przestawiać na schematach tak jak na rysunku A, ale sposób ten zaciemnia schemat i utrudnia analizę działania urządzenia.
Lepszym i częściej spotykanym sposobem jest przedstawianie układów za pomocą symboli jak na rysunku C. Przedstawione na rysunku C "elementy" nie są tak naprawdę fizycznymi elementami a jedynie symbolicznie przedstawionymi blokami funkcjonalnym układu scalonego. Należy pamiętać, że często przy takim sposobie przedstawiania nie zaznacza się na schemacie napięć zasilania układu scalonego - co wcale nie oznacza, że układ scalony będzie działał bez ich podłączenia. Zasilanie układu scalonego jest zazwyczaj oczywiste i nie przedstawia się go, aby nie zaciemniać schematu urządzenia. Oto lista najczęściej stosowanych symboli bloków układów scalonych:
Symbol |
Opis |
|
Wzmacniacz, wzmacniacz operacyjny, komparator (chodź nie jest to zaznaczone układ wymaga zasilania) |
|
Wzmacniacz, wzmacniacz operacyjny, komparator (dodatkowe końcówki mogą symbolicznie reprezentować zasilanie, lub inne końcówi układu scalonego) |
|
Bufor |
|
Bufor z wejściem Schmitta |
|
Inwerter |
|
Inwerter z wejściem Schmitta |
|
Bramka AND |
|
Bramka AND Schmitta |
|
Bramka NAND |
|
Bramka NAND Schmitta |
|
Bramka OR |
|
Bramka OR Schmitta |
|
Bramka NOR |
|
Bramka NOR Schmitta |
|
Bramka EXOR |
|
Bramka EXOR Schmitta |
|
Bramka EXNOR |
|
Bramka EXNOR Schmitta |
|
Przerzutnik typu D |
|
Przerzutnik typu RS |
|
Przerzutnik typu JK |
Przerzutnik typu D (delay) (ang. Flip-flop) - jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych, nazywany układem opóźniającym. Jest on modyfikacją przerzutnika typu JK. Modyfikacja ta polega na połączeniu wejścia J z zanegowanym wejściem K. Zmiana danych następuje tylko w momencie zmiany zbocza zegara (zbocze narastające lub opadające - zależy od typu przerzutnika D). Na wyjście Q w momencie zmiany zbocza następuje przepisanie wartości z wejścia D.
Wyszukiwarka