4. Logički sklopovi

Upoznaj logičke sklopove

Logika je u elektronici temelj svega što pokreće računala i pametne uređaje. Naučit ćemo kako elektronički sklopovi razmišljaju pomoću jednostavnih pravila i kako ta pravila možemo prikazati pomoću binarnog sustava.

Binarni sustav – jezik elektronike

U digitalnoj elektronici ne koristimo brojeve od 0 do 9, nego samo 0 i 1.

• 0 znači da nema napona (isključeno stanje)
• 1 znači da ima napona (uključeno stanje)

Kombiniranjem tih jednostavnih stanja, računala i mikrokontroleri mogu donositi odluke i obrađivati podatke.

Logički sklopovi – elektronička logika na djelu

Logički sklopovi su mali elektronički sustavi koji provode osnovne logičke operacije nad ulaznim signalima (0 i 1). Svaka operacija ima svoje pravilo odlučivanja:

• AND (I) – izlaz je 1 samo ako su oba ulaza 1.
  
• OR (ILI) – izlaz je 1 ako barem jedan ulaz ima vrijednost 1.
  
• NOT (NE INVERTER) – mijenja stanje: ako je ulaz 1, izlaz je 0 i obrnuto.
  
• NAND (NE I) – suprotan od AND-a; izlaz je 0 samo ako su oba ulaza 1.
  
• NOR (NE ILI) – suprotan od OR-a; izlaz je 1 samo ako su oba ulaza 0.
  
• XOR (ekskluzivno ILI) – izlaz je 1 samo ako su ulazi različiti.
  
• XNOR (NE ekskluzivno ILI) – suprotan od XOR-a; izlaz je 0 samo ako su ulazi različiti.
  

Svaka od ovih funkcija se može prikazati logičkom tablicom (tablicom istine, ili truth table), koja pokazuje sve moguće kombinacije ulaza i njihov izlaz.

Logička tablica istine za AND sklop

Zadatak:

• Napravi logičke tablice istine za gornje operacije.

Pakiranje više logičkih sklopova u integrirane krugove

Logička vrata poput AND-a i OR-a u seriji 74xx (npr. 74x08, 74x32) organizirana su tako da u jednom integriranom krugu imaš više istovjetnih vrata, zajedničko napajanje i definirani raspored pinova. To omogućuje da s jednim čipom realiziraš više logičkih funkcija u sklopu, bez slaganja pojedinačnih tranzistora i dioda.

Općenito o pakiranju

Logička vrata se integriraju na jedan komad poluvodičkog materijala (obično silicij) gdje su fotolitografijom iscrtani tranzistori, otpornici i veze koje čine vrata.

Taj se kristal zatim smješta u kućište (npr. DIP-14, SOIC-14), a pinovi na kućištu su dovedeni do ulaza, izlaza i napajanja vrata.
​ Na kućištu postoji urez ili točkica koji označava referencu za brojanje pinova (pin 1), a broje se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
​

74x08 – AND vrata u jednom čipu

• 74x08 je quad 2-input AND gate: u jednom integriranom krugu nalazi se četiri dvoulazna AND vrata.
  
  

74x32 – OR vrata u jednom čipu

• 74x32 je “quad 2-input OR gate”: unutra su četiri dvoulazna OR vrata, također tipično u DIP-14 kućištu.
  
  

Što znači oznaka 74x** ?

Standardna oznaka serije ima oblik 74YYYXXX, gdje XXX određuje funkciju (npr. 08 = quad 2-input AND, 32 = quad 2-input OR).

Srednja slova (LS, HC, HCT…) označavaju tehnologiju, potrošnju i brzinu (TTL low-power Schottky, CMOS high-speed itd.), ali raspored vrata i pinout unutar istog broja (08, 32…) ostaje isti kroz porodicu.

Praktična vježba

Koristeći TinkerCAD simulator elektroničkih sklopova, nacrtaj logički sa vratima AND sklop.

• AND vrata
• 2 preklopnika, tako da je jedna strana svakog preklopnika spojena preko otpornika 1kΩ na +5V, a druga strana na 0V. Srednji izvod ide na ulaz logičkih vrata.
• otpornik 220V u seriji sa LED diodom, tako da je anoda preko otpornika spojena na izlaz logičkih vrata, a katoda na 0V.
• izvor napajanja 5V

Mijenjajući položaj preklopnika, provjeri točnost logičke tablice istine.

Dodatna pitanja i zadaci:

• Možeš li napraviti gornju vježbu koristeći logička vrata:
  • OR
  • NAND
  • NOR
  • XOR
  • XNOR

Što smo naučili?

• Upoznali smo binarni sustav i način kako računala razumiju 0 i 1.
• Istražili smo osnovne logičke funkcije i njihova pravila.
• Kroz praktičnu vježbu vidjeli smo kako logička vrata odlučuju na temelju ulaza.
• Shvatili smo da se kombinacijom jednostavnih logičkih sklopova mogu izgraditi svi složeni digitalni uređaji koji nas okružuju.

Razgovaraj na Discord-u. (pridruži se)