Логические операции. Обозначение функций

Любая электрическая схема логична. Это значит, что она выполняет (реализует) необходимые операции (функционирует, действует) в точном соответствии с заданием. Если логика нарушится – схема либо откажет, либо будет работать неверно.

Логическая операция (функция) выражает зависимость выходных сигналов от входных. Элементарные логические схемы – элементы – реализуют основные логические операции И, ИЛИ, НЕ, а схема любой сложности представляет собой сочетание элементов. Подчеркнем, что одна и та же функция может осуществляться различными техническими средствами, например контактными реле, полупроводниковыми приборами, магнитными усилителями и т.д. Речь, конечно, идет только о принципиальной возможности реализации функции, но не о свойствах, которые определяются возможностями и особенностями используемых средств. Например, релейные схемы срабатывают относительно медленно, а полупроводниковые – безынерционны и т.д.

Количество входов и выходов вообще не ограниченно. Но элементарной считается схема с одним выходом и любым числом входов.

Наиболее наглядны схемы, построенные на базе электромагнитных реле. Рассмотрим их, обратившись к рис. 2.11.1, а. На этом рисунке входы обозначены буквами х ₁ – х ₃; выходы буквами у ₁ – у ₁₁. Катушки обозначены прописными (большими) буквами, а контакты теми же строчными (маленькими) буквами. Например, А – катушка, а и - контакты. Заметьте: у замыкающих контактов буквы без черточек, у размыкающих – с черточками. Черточка – это знак инверсии (отрицания). Он указывает на то, что состояние размыкающего контакта всегда противоположно состоянию замыкающего. Иными словами, если замыкающий контакт замкнут, то размыкающий разомкнут. И наоборот: если размыкающий – замкнут, то замыкающий разомкнут. Сигналы воспринимаются лампами Н1 – Н9. Чтобы подать сигнал на вход схемы, надо включить катушки соответствующих реле с помощью выключателей S1 – S3. Теперь можно не отвлекаясь рассматривать схемы логических операций, т.е. таких операций, которые реализуют логические функции.

Рис. 2.11.1. Примеры, иллюстрирующие содержание логических функций

Схема И. Чтобы включить лампу Н1, надо подать питание на выход у ₁, т.е. в цепи лампы замкнуть и контакт а и контакт б. Следовательно, надо подать питание на оба входа х ₁ и х ₂, т.е. включить S1 и S2. Схему И называют также схемой совпадения. В алгебре логики операция И называется конъюнкцией, а бесконтактный логический элемент, реализующий функцию И, - конъюнктором. Пример дан ниже на рис. 2.11.4, г.

Схема ИЛИ. Чтобы включить лампу Н2, надо подать питание на выход у ₂. Для этого достаточно замкнуть или контакт а или контакт б, или оба контакта. Следовательно, для включения лампы нужно подать питание или вход х ₁, или на вход х ₂. Схему ИЛИ называют также собирательной схемой. В алгебре логики операция ИЛИ называется дизъюнкцией, а бесконтактный логический элемент, реализующий функцию ИЛИ – дизъюнктором, см. рис. 2.11.4, в.

Схема НИ…НИ. Чтобы на выходе у ₃ было напряжение, нужно не подавать питание ни на вход х ₁, ни на вход х ₂, т.е. нужно не включать ни S1, ни S2.

Схема НЕТ. Напряжение на выходе у ₄ будет лишь в том случае, если питание подано только на вход х ₁, но не подано на вход х ₂. В результате на выходе у ₄ напряжение будет независимо от того, есть ли оно на входе х ₂. Схему НЕТ называют также схемой запрета.

Схема память. При включении S1 (сигнал подан на вход х ₁) срабатывает и самоблокируется через собственный контакт К1:1 реле К1. Его контакт К1:2 подает питание на выход у ₅. Выключатель S1 можно разомкнуть. Однако лампа Н5 останется включенной. Она как бы «запомнит» свое состояние. Чтобы погасить лампу, достаточно подать питание на вход х ₂. При этом реле В сработает, разомкнет контакт в цепи реле К1, реле К1 возвратится и более не включается до следующей подачи питания на вход х ₁. Лампа погаснет.

Схема НЕ. Пока на вход х ₃ питание не подано, реле С отпущено, лампа Н6 горит, так как на выходе у ₆ есть напряжение. Если подать питание на вход х ₃ (т.е. включить S3) – лампа Н6 погаснет. Схему НЕ называют также схемой отрицания или схемой инверсии. Бесконтактный логический элемент, реализующий функцию НЕ, называют инвертором (см. рис. 2.11.4, б).

Схема задержки. При подаче напряжения на вход х ₃ включается реле времени К1, которое спустя некоторое время, т.е. с задержкой, подает питание на выход у ₇: лампа Н7 включается. Бесконтактные логические элементы, реализующие задержку, показаны на рис. 2.11.4, д и е.

Схема повторителя. При подаче питания на вход х ₃ срабатывает реле С и включает реле К2, которое как бы повторяет состояние реле С. Через контакты повторителя сигналы поступают на выходы у ₈ – у ₁₁ (в нашем примере): лампа Н8 включается, лампа Н9 гаснет. Обратите внимание: релейный повторитель может выполнять функции: а) размножителя контактов (в нашем примере у реле С один контакт, а у его повторителя К2 – четыре); б) инвертора (контакты К2:3 и К2:4); в) усилителя. Так, например, контакт реле С рассчитан на весьма ограниченный ток, например на 0,1 А, а контакты реле К2 могут коммутировать значительно большие токи, например 10 А. Бесконтактный логический элемент – повторитель показан на рис. 2.11.4, а.

Важное замечание. В данной работе рассматриваются предусмотренные ЕСКД УГО элементов для схем цифровой техники. Но логические элементы, независимо от того, какими средствами они реализуют свои функции, часто изображают символами, не входящими в ЕСКД. Примеры приведены на рис. 2.11.1, б, где слева – входы, справа - выходы.

Обозначения функций или их совокупности, как выяснится из дальнейшего, записывают в первую строку условного графического обозначения (примеры см. на рис. 2.11.4). Эти обозначения образуются из прописных (больших) букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков.

Обозначения, а они весьма многочисленны, приведены в ГОСТ 2.743 – 82. Приведем несколько примеров.

Логическое И	& или И
Логическое ИЛИ	³ 1, допускается 1
Шифратор	СD
Дешифратор	DС
Повторитель
Сравнение	= =
Генератор серии прямоугольных импульсов	G n
Генератор одиночного импульса (одновибратор)	G1 или
Пороговый элемент	или ТН
Триггер	Т
Триггер двухступенчатый	ТТ
Задержка	или DL
Усилитель	или >
Усилитель с повышенной нагрузочной способностью (усилитель мощности)	или >>

Функции элементов, не выполняющие функции алгебры логики, но применяемые в логических цепях, тоже обозначают буквами, но перед ними ставят звездочку. Например: