Synthese digitaler Schaltkreise. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur

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So ein seriöser Institutsname ... Lassen Sie sich nicht vorzeitig abschrecken. Lass uns der Reihe nach gehen.

In der Elektronik wird häufig der Begriff „Black Box“ verwendet. Dies ist natürlich nicht die Black Box, nach der das Ministerium für Notsituationen nach einem weiteren Absturz der Tu-154 von Aeroflot sucht. Noch eine Kiste...

In der Elektronik ist eine „Black Box“ eine Art Schaltkreis, der sich nur schwer zeichnen lässt. Diese Schaltung hat einige Eingänge, einige Ausgänge, und wir wissen genau, wie sie sich verhält. Das heißt, Sie können leicht vorhersagen, was am Ausgang passieren wird, wenn Sie etwas auf den Eingang anwenden. Grob gesagt wird die Black-Box-Schaltung durch einen mathematischen Ausdruck der Form beschrieben:

y = f(x),

wo

x - Eingangssignal

y - Ausgangssignal.

Black Boxes haben einfach viele Beispiele aus dem Leben ... Nehmen Sie zumindest so etwas Triviales wie ein Bügeleisen. Es verfügt über einen Temperaturregler und einen Dampfablassknopf – das sind die „Eingänge“ der Blackbox. Außerdem hat es eine Heizfläche und darin Löcher – das sind „Ausgänge“.

Wie hängen Ein- und Ausgänge zusammen?

1. Die Oberflächentemperatur ist proportional zum Drehwinkel des Knopfes
2. Beim Drücken der Taste tritt Dampf aus den Löchern aus.

Dieses Beispiel mag eher primitiv sein, aber es ist obszön offensichtlich. Schließlich denken Sie morgens beim Hosenbügeln nicht darüber nach, wie das Bügeleisen funktioniert? Aber Sie wissen ganz genau, was mit Stift und Knopf zu tun ist, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen ...

Warum bin ich das alles? Und darauf, dass man in der Technik oft auf das Konzept einer „Black Box“ zurückgreifen muss, um die Entwicklung in einem bestimmten Stadium zu vereinfachen. In den folgenden Schritten müssen Sie die Black Box jedoch noch „entfalten“, also ihren Schaltkreis entwerfen.

Und da Sie und ich den stolzen Namen Elektronikingenieure tragen und nicht nur Anteilseigner-Tüftler, sondern auch Designer-Entwickler sind, ist es unsere direkte Pflicht, aus der Beschreibung der Blackbox ein Schema zu erarbeiten.

Natürlich werden wir keine Bügeleisen herstellen. Besonders – im Bereich der Digitaltechnik. Wir beschäftigen uns besser mit der Synthese digitaler Schaltkreise nach der Wahrheitstabelle.

Aufgabe Nummer eins

Es gibt ein bestimmtes Element mit zwei Eingängen und einem Ausgang, und seine Wahrheitstabelle ist bekannt:

Es ist notwendig, ein Diagramm dieses Elements auf der Grundlage bekannter logischer Elemente zu erstellen.

Wir schauen genau hin und denken ...

Uns interessieren die Stellen der Wahrheitstabelle, an denen das Ausgangssignal 1 ist.

ABER! So sehen wir: Eine Einheit am Eingang b führt in jedem Fall zu einer Einheit am Ausgang. Groß!

So können wir den Eingang verbinden b direkt mit der Ausgabe c ... Genauer gesagt, sie könnten. Aber wir haben noch eine weitere Einheit am Ausgang – wenn an beide Eingänge Nullen angelegt werden. Erinnern Sie sich, welches Element auf zwei Nullen reagiert? Lassen Sie mich den vorherigen Absatz betrachten ...

Genau, das „ODER-NICHT“-Element! Das bedeutet, dass die zweite Einheit durch das OR-NOT-Element gebildet wird. Zeichnen wir für jeden Fall unser eigenes Diagramm:

Jetzt müssen wir diese Schemata zu einem kombinieren. Bitte beachten Sie, dass Sie digitale Ausgänge nicht direkt anschließen können. Sie müssen sie also über ein Element verbinden. Darüber hinaus sollte dieses Element dem Ausgang eine Einheit geben, wenn mindestens ein Eingang eine Einheit hat. Nun, was ist das für ein Element?

Natürlich ist es "ODER".

Also:

Das ist das ganze Schema. Ziemlich einfach, oder?

Weiter schlimmer.

Die Aufgabennummer lautet wie folgt

Das Element, zu dem Sie ein Diagramm zeichnen möchten, hat drei Eingänge und einen Ausgang.

Dementsprechend vergrößert sich die Wahrheitstabelle automatisch auf 8 Zeilen:

Also was denkst du???

Hmm, das ist etwas komplizierter. Aber! Es ist nicht schwer für uns, oder? Dann – vorwärts und mit Liedern!

Wir wählen also die Zeilen aus, in denen das Ausgangssignal = 1 ist. Es gibt nur fünf davon:

Lassen Sie uns nun für jede ausgewählte Zeile ein separates Diagramm zeichnen und dabei nur die Elemente „AND“ und „NOT“ verwenden.

Alle! Jetzt müssen diese Schemata nur noch zu einem zusammengefasst werden. Dadurch wird die Anzahl der Wechselrichter sofort reduziert:

Nun, okay?

Ich erkläre: Wir haben zwei Gruppen von Eingaben erstellt – direkte und inverse (also „umgekehrte“) – und die „AND“-Elemente gemäß den zuvor entwickelten Schemata mit diesen Gruppen verbunden.

Die Ausgangssignale der „AND“-Elemente werden über ein „OR“-Element mit 5 Eingängen gemischt.

Kaskadierende „AND“- und „OR“-Elemente

Wie Sie sehen, haben wir in der letzten Schaltung „AND“-Elemente mit drei Eingängen und ein „OR“-Element mit bis zu fünf Eingängen verwendet! Jemand wird wahrscheinlich eine Frage haben: Was sind ihre Wahrheitstabellen?

Es ist alles in Ordnung, meine Herren! Das „AND“-Element bleibt auch bei 100 Eingängen das „AND“-Element. An seinem Ausgang ist eine Einheit nur möglich, wenn auf alle Eingänge Einheiten angewendet werden.

Das Gleiche gilt für das OR-Element. Es wird eine Eins ausgegeben, wenn mindestens ein Eingang eine Eins hat, selbst wenn es mindestens tausend Eingänge gibt.

Solche Elemente mit mehreren Eingängen können leicht aus gewöhnlichen Elementen mit zwei Eingängen erhalten werden, indem sie in eine Kaskadenschaltung integriert werden:

Wenn Sie mir nicht glauben, erstellen Sie eine Wahrheitstabelle für jeden „Schritt“ der Kaskade – und überprüfen Sie sie :)

Veröffentlichung: radiokot.ru

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