Bevezetés az elektronikába

Átírás

1 Bevezetés az elektronikába 4. Logikai kapuáramkörök

2 Felhasznált irodalom Dr. Gárdus Zoltán: Digitális rendszerek szimulációja Mádai László: Logikai alapáramkörök BME FKE: Logikai áramkörök Colin Mitchell: 2 Transistor circuits F-alpha.net: Basic circuits - Transistor logic 2

3 Logikai áramkörök Számítógépekben, vezérlőkben alapvető szerep jut az olyan áramköröknek, melyek valamilyen logikai összefüggést fejeznek ki. Ezen logikai áramkörök építőkövei az úgynevezet kapuáramkörök, amelyek egy-egy elemi logikai összefüggés (NEM, ÉS, VGY kapcsolat) kiértékelésére képesek. logikai áramkörök tervezésénél az a cél, hogy bizonyos események bekövetkezésénél az áramkör meghatározot módon vezéreljen valamilyen eszközt. Pl. a lif induljon felfelé, ha a lifben megnyomtak egy magasabb emeletnek megfelelő gombot, de ne induljon, ha az ajtó nyitva van, stb. z eseményeket, melyek bekövetkeznek vagy nem, valamint a bekövetkezésükre utaló állításokat, melyek igaznak vagy hamisnak bizonyulnak, logikai változóknak tekinthetjük, melyeknek két lehetséges értéke (bekövetkezik, ill. igaz) és (nem következik be, illetve hamis). 3

4 Logikai áramkörök z eseményeket és összefüggéseiket kezelő logikai áramkörökben is csak kétféle állapotot különböztetünk meg. Ha a kimenet feszültsége magas (H), akkor IGEN állapotnak (), ha pedig alacsony (L), akkor NEM állapotnak () tekintjük. Ez a hozzárendelés önkényes Logikai IC-k feszültségei TTL (Transistor-transistor logic) tápfeszültség 4,5 5,5 (max. 7 V) H-jelszint: min 2 V (TTL), min..75*vcc (CMOS) CMOS (Complementary MOS) tápfeszültség V (max. 8 V) L-jelszint: max..8 V (TTL), max.,25*vcc (CMOS) 4

5 Logikai áramkörök kapcsolókkal z eseményeket kapcsolókkal is lehet szemléltetni - a kapcsoló bekapcsolása jelenti az esemény bekövetkezését, a kikapcsolt állapot pedig, hogy az esemény nem következet be. a LED csak akkor világít, ha mindkét kapcsoló "BE" állásban van. ÉS (ND) Logikai szorzás B L a LED világít, ha bármelyik kapcsoló "BE" állásban van. B L VGY (OR) Logikai összeadás 5 a LED csak akkor világít, ha a kapcsoló KI" állásban van. NEM (NOT, INV) Logikai tagadás, invertálás L

6 ÉS áramkör, kapcsolókkal LED csak akkor világít, ha mindkét kapcsoló BE állásban van ÉS (ND) Logikai szorzás L=*B B L : ha a kapcsoló zár : ha a LED világít 6

7 VGY áramkör, kapcsolókkal LED világít, ha bármelyik kapcsoló BE állásban van VGY (OR) Logikai összeadás B L : ha a kapcsoló zár : ha a LED világít 7

8 Logikai áramkör elektromágneses jelfogókkal Ha az előző példákban szereplő LED-ek helyére jelfogókat teszünk, azokkal további kontaktusokat vezérelhetünk, bonyolultabb logikai hálózatokat is kialakíthatunk. Konrad Zuse mérnök Z3 számítógépe (94 Berlin) is így működöt. SPECIFIKÁCIÓ: Számítási sebesség: összeadás.8 s szorzás 3 s Link: en.wikipedia.org/wiki/z3 ritmetikai egység: 22 bit bináris lebegőpontos, összeadás, kivonás, szorzás, osztás, négyzetgyökvonás datmemória: 64 db. 22 bites szó] Programtároló: Celluloid lyukszalag. Bemenet: kapcsolósor kimenet: lámpasor lkatrészek: kb 2 jelfogó ( 4 a memóriához) Frekvencia: 5.3 Hertz, Áramfogyasztás: kb. 4 wat, Tömeg: kb. kg 8

9 Kalmár-féle logikai gép Kifejlesztő intézmény: Kalmár László (95-976), József tla Tudományegyetem (JTE), Szeged Kibocsátás éve: 956-ban kezdte az építését és 958 májusában készült el. Kalmár László a gép tervezője Muszka Dániel építette a gépet gép vezérlése elektromechanikus, memóriája 8 bites jelfogós, a dugaszolás útján felépített huzalos áramkör memóriacélokat is szolgált, a vizsgálandó formulát a vizsgálat befejezéséig tárolta. gép kimenete jelzőlámpákkal volt megoldva, mutatták a gép állapotát, a logikai változók és a vizsgált formula logikai értékét, és jelezték, hogy a vizsgált formulák közül hánynak igaz a logikai értéke. 9 Wikipédia: Kalmár-féle logikai gép Tipikus alkalmazások: Elsősorban oktatásra készült, de gyakorlat feladatokat is megoldottak segítségével, pl. telefonközpontkapcsolások, vasútbiztosító áramkörök ellenőrzése

10 Elektroncsöves számítógépek: ENIC ENIC (946) első elektronikus számítógép elektroncső, 72 félvezető dióda 5 jelfogó 2,5 m magas volt, 4 m hosszú és 3 tonna Energiaigény: 4 kw Órajel: khz Művetvégzés ideje: Link: ENIC - Wikipédia Elektroncső Összeadás:,2 ms Szorzás: 3 ms Osztás: 3 ms

11 Elektroncsöves számítógépek: Ural-2 Szovjet elektroncsöves számítógép, 959 és 964 közöt 39 db készült belőle. Ebből 3 db került Magyarországra. 2 lebegőpontos műveletet/s, ferritgyűrűs memória, 3 kw Link: Ural-2 - Wikipédia

12 Elektroncsöves számítógépek: M-3 z M 3 első generációs számítógép. z MT Kibernetikai Kutatócsoportja által, szovjet tervdokumentáció alapján, az első Magyarországon építet elektronikus számítógép. Tungsram szubminiatűr elektroncsövekből épült. Egyedi magyar fejlesztés volt a memóriát helyetesítő 24 szavas mágnesdob is, melyet később ferritgyűrűs tárra cseréltek Műveleti sebesség: mágnesdobbal 3/s, ferritgyűrűvel 5/s 77 elektroncső, 2 dióda, KW, 3 m² alapterület Link: M-3 - Wikipédia 2

13 RTL Logikai áramkörök: Inverter RTL = Resistor-Transistor Logic, a kapcsolásban ellenállások és tranzisztorok vannak. Nézzük például az inverter kapcsolását! Ha a nyomógombot zárjuk, az bemenet magas szintre kerül, a tranzisztor kinyit, s a Q kimenet alacsony szinten lesz. Ha a nyomógombot elengedjük, alacsony szintre kerül, a tranzisztor lezár, a Q kimenet magas szinten lesz Rajzjele: Igazságtáblázata L Q Q= felülvonás a negáció jele 3

14 RTL Logikai áramkörök: Inverter Építsük meg és próbáljuk ki a kapcsolást! Q L 4

15 RTL NEM-VGY (NOR) áramkör NEM-VGY kapuáramkör kimenete a VGY kimenetének ellentetje: a kimenet alacsony, ha bármelyik bemenet magas Q= + B felülvonás a negáció jele B L 5

16 RTL NEM-VGY (NOR) áramkör Építsük meg és próbáljuk ki az áramkört! 6 B L

17 Tranzisztorok lábkiosztása Ügyeljünk a polaritásra és a tokozás eltéréseire! NPN tranzisztorok PNP tranzisztorok 7

18 Ellenállás színkódok 8