Основы моделирования логических цифровых схем в программе Electronics Workbench 512 (Multisim)





Содержание:
  • Базовые логические элементы AND, OR, NOT
  • Логический элемент NOT
  • Логический элемент AND
  • Логический элемент OR



  • В цифровой электронике используются три базовых логических элемента, это элемент NOT - логическое отрицание (инверсия), элемент AND - логическое умножение (И), и элемент OR - логическое сложение (ИЛИ). Подробно о логических цифровых сигналах можно посмотреть здесь (откроется в отдельном окне).

    Рассмотрим самый простой элемент NOT. Элемент имеет всего один вход и один выход. В исходном состоянии, когда на входе присутствует 0, то на выходе присутствует 1.

    Логические элементы изображаются на схемах в виде прямоугольника, внутри которого указывается тип логического элемента, так для элемента NOT ставится цифра 1. Прямоугольник обозначения логического элемента располагается всегда таким образом, что входы элемента находятся слева, а выходы справа. Следует обратить внимание, что выход, имеющий в исходном состоянии логическую единицу, обозначается маленьким кружком.

    Соберём простую электрическую схему с использованием элемента NOT. Для этого, сначала расставим на поле необходимые элементы, как показано на рисунке. Элемент "Voltage source - источник напряжения" находится на панели Sources, там же где и заземление. Источник предназначен для получения сигнала логической 1, то есть +5 вольт.



    Некоторые элементы схемы, перед рисованием схемы, следует настроить. Так переключатель следует развернуть на 180 градусов. Для этого следует выделить переключатель и нажать кнопку или, нажав правую кнопку мыши выбрать в локальном меню опцию "Flip Horizontal".
    Индикаторные светодиоды следует повернуть выводами вниз. Для этого выделить светодиод и нажать несколько раз кнопку или в локальном меню выбрать "Rotate". В итоге должна получиться такая картина:



    Дале, способом, описанным в предыдущем разделе, следует произвести соединения проводниками, так как показано на рисунке.



    Для проведения эксперимента следует включить включатель питания электрической схемы установив его в положение I.
    Итак, мы видим что индикатор, подключенный к выходу элемента, загорелся (стал красного цвета). На выходе элемента присутствует значение 1. Вход элемента заземлён через контакты переключателя, то есть на входе присутствует 0 (Рисунок А). Надпись "Space" на переключателе означает, что переключать его нужно нажатием клавиши "Пробел" на клавиатуре. Переключим переключатель. Вход логического элемента соединится с источником напряжения, то есть на входе элемента появится значение 1 (о чём свидетельствует зажигание индикатора подключенного к входу), а сам логический элемент выполнит свою прямую обязанность, переключится в состояние 0 (Рисунок Б).



    Такая работа логического элемента в логике называется "Инверсия", а сам логический элемент - Инвертор.



    Логический элемент AND (И)

    Логический элемент AND является многовходовым элементом, то есть у этого элемента должно быть число входов 2 и более. Название элемента описывает его функциональное назначение: если на входе 1 и на входе 2 и на входе N присутствует логическая единица, то на выходе элемента появляется логическая единица. Во всех остальных случаях, на выходе элемента присутствует нуль. Логический элемент "И" на схеме обозначается значком &.

    Соберём, уже известным нам способом, схему, показанную на рисунке.



    Сразу начать тестирование полученной схемы нельзя, так как оба переключателя будут включаться одновременно при нажатии клавиши Пробел. Изменим назначение клавиш для переключателей, назначим им цифровые клавиши соответствующие входам элемента. Для этого следует выделить, например верхний переключатель, нажать правую кнопку мыши и в локальном меню выбрать опцию "Component properties" (Свойства компонента). На экране появится окно настроек переключателя "Switch Properties".



    В поле Key, вместо надписи Space, следует ввести 1 и нажать кнопку ОК. Теперь верхний переключатель будет переключаться при нажатии на клавиатуре клавиши 1. Аналогичные изменения следует произвести с нижним переключателем, но ввести значение 2. Теперь можно приступить к эксперименту - произвести все возможные переключения и убедиться, что элемент "И" срабатывает только тогда, когда оба переключателя включены. Переключать переключатели лучше согласно данным в представленной ниже таблице.



    Добавим ещё один логический вход нашему элементу AND. Для этого следует выделить логический элемент, нажать правую кнопку мыши и выбрать опцию в локальном меню "Component properties". В окне свойств элемента, выбрать закладку "Number of Inputs" (число входов) и установить флажок на значении 3. Нажать ОК.



    На поле схемы следует добавить ещё один переключатель и назначить ему клавишу 3. Должна получиться схема, показанная на рисунке.



    Для постановки эксперимента следует воспользоваться таблицей переключений:



    Очевидно, что число возможных переключений возросло с 4-х до 8, но логика работы схемы не изменилась - логическая единица появляется на выходе только тогда, когда на всех входах присутствует логическая единица. Элемент "И" выполняет операцию, которая в логике называется Конъюнкция.





    Логический элемент OR (ИЛИ).

    Для исследования свойств логического элемента "ИЛИ", немного изменим предыдущую схему. Выделим и удалим элемент "И", и заменим его на элемент "ИЛИ". Элемент "ИЛИ" обозначается так же как и элемент "НЕ" - 1, только на выходе не рисуется кружок. Элемент "ИЛИ", так же как и элемент "И", является многовходовым элементом.
    На поле чертежа создадим элемент "ИЛИ" с тремя входами, так, что бы получилась такая схема:



    При проведении эксперимента воспользуемся таблицей переключений и убедимся, что 1 на выходе элемента присутствует тогда, когда хотя бы на одном из входов присутствует 1.



    Такая логика работы элемента "ИЛИ" называется Дизъюнкция.

    Все три перечисленных выше логических элемента AND, OR и NOT, являются базовыми для построения сложных логических схем, таких как сумматоры, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и многие другие. Как составлять комбинированные логические схемы, речь пойдёт в следующих разделах.






    Яндекс.Метрика    ©Гуков Константин Михайлович 2006 - 2012     Почта: juvel@mail.ru