На схемах каких логических устройств реализуется работы любой клавиатуры

Обновлено: 08.07.2024

Основные логические элементы реализуют 3 основные логические операции:

логическое умножение;
логическое сложение;
инверсию (отрицание).

Устройства компьютера, которые выполняют обработку и хранение информации, могут быть собраны из базовых логических элементов, у которых $2$ входа и $1$ выход. К логическим устройствам компьютера относятся группы переключателей, триггеры, сумматоры.

Связь между алгеброй логики и компьютерной техникой также лежит в двоичной системе счисления, которая используется в ЭВМ. Поэтому в устройствах ПК можно хранить и обрабатывать как числа, так и значения логических переменных.

Логический элемент компьютера – это часть электронной схемы, которая выполняет элементарную логическую функцию.

Переключательные схемы

В ЭВМ используются электрические схемы, которые состоят из большого количества переключателей. Переключатель, находясь в замкнутом состоянии ток пропускает, в разомкнутом – не пропускает. Работа таких схем удобно описывается при помощи алгебры логики. В зависимости от состояния переключателя можно регулировать получение или неполучение сигналов на выходах.

Вентили

Среди логических элементов компьютеров выделяют электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ и другие (их называют вентили).

Эти схемы позволяют реализовать любую логическую функцию, которая описывает работу устройств ПК. Обычно вентили имеют $2–8$ входов и $1$ или $2$ выхода.

Для представления двух логических состояний ($1$ и $0$) в вентилях, входные и выходные сигналы имеют разные уровни напряжения. Например, $+3 \ B$ (вольт) для состояния $«1»$ и $0 \ B$ для состояния $«0»$.

У каждого логического элемента есть условное обозначение, выражающее его логическую функцию, но не указывающее на электронную схему, которая в нем реализована. Такой подход реализован для упрощения записи и понимания сложных логических схем.

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Работа логических элементов описывается таблицами истинности.

Триггер

Триггеры и сумматоры состоят из вентилей.

Триггер – важнейшая структурная единица оперативной памяти ПК и внутренних регистров процессора.

Триггер – логическая схема, которая способна хранить $1$ бит информации ($1$ или $0$). Строится на $2$-х элементах ИЛИ–НЕ или на $2$-х элементах И–НЕ.

Самый распространённый тип триггера – $RS$-триггер (Reset/Set), который имеет $2$ входа $S$ и $R$ и два выхода $Q$ и $\bar$. На каждый из входов $S$ и $R$ могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов (рис.3): есть импульс – $1$, нет импульса – $0$.

Рисунок 3. Кратковременный импульс

Сумматор

Сумматоры широко применяются в арифметико-логических устройствах процессора и отвечают за суммирование двоичных разрядов.

Сумматор – логическая схема, которая способна суммировать 2 одноразрядных двоичных числа с переносом из предыдущего разряда.

Сумматор может находить применение и в других устройствах машины.

Для суммирования двоичных слов длиной от двух бит можно использовать последовательное соединение многоразрядных сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого.

Пример реализации логической схемы

Алгоритм реализации:

Определим количество переменных данного выражения, значит столько входов будет иметь схема. В данном случае это входы $A, B, C$.

С помощью базовых логических элементов реализуются основные операции в порядке их следования:

I – инверсия переменных $A, B, C$ реализуется логическим элементом «НЕ»;

II – логическое умножение реализуется логическим элементом «И»;

III – логическое сложение реализуется логическим элементом «ИЛИ».

На выходе каждого элемента прописывается логическое выражение, которое реализуется данным элементом, что позволяет осуществить обратную задачу, т.е. по готовой схеме составить логическое выражение, которое реализует данная схема.

У них изнутри каждая кнопка оборудована собственными выключателем и пружиной.

Он должен быть установлен в правильное положение.

Также на эту тему вам будет полезно почитать об основных функциях клавиатуры. Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора.

Достоинство в том, что при выходе из строя одной из кнопок, остальные продолжают работать. Буду благодарен всем, кто поделится этой публикацией в социальных сетях.

Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют. Далее подробно рассмотрены все группы клавиш с их скэн-кодами.

Тем не менее, интерес к архитектуре ЭВМ и программированию на уровне машинных кодов не угасает, но и явно растет по двум причинам. Более подробное техническое описание клавиатуры можно прочитать чуть ниже: 1.

Как чистить клавиатуру ПК

Другие компоненты обычной клавиатуры

Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу. Три линии порта 1 Р1.

Все клавиатуры, которые имеют стандартный разъем для подключения к материнской плате, используют обычный интерфейс клавиатуры независимо от 5-контактного разъема DIN или 6-контактного разъема mini-DIN. Режим автоповтора облегчает ввод с клавиатуры большого количества одинаковых символов.

Как устроена

Обычно проблем с индикаторами не возникает. Требования к клавишам.

Материнские платы в старых РС без чипсетов использовали в качестве контроллера клавиатуры микросхему Intel , которая стала стандартной почти для всех РС. Принципы работы клавиатуры Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру тонким кабелем. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Следует отметить, что клавиатура содержит внутренний байтовый буфер, через который она осуществляет обмен данными с компьютером. Также на эту тему вам будет полезно почитать об основных функциях клавиатуры. Как правило, эти преобразования выполняют модули BIOS. Принципиальная схема интерфейса клавиатуры Кликните для увеличения На схеме показано, как можно подключить 12 кнопок к таймеру для генерации 12 различных частот. Строение экземпляров подороже, более сложное: кнопки уже присутствуют физически.

Контроллер клавиатуры реализует и другие функции в РС. У купольных конструкций, каждая кнопка оборудована отдельной микромембраной с контактом. Замыканию и размыканию любого из переключателей соответствует уникальный цифровой код scan code размеров 1 байт. Дисплейная часть обеспечивает работу с дисплеем на семисегментных индикаторах их может быть до 32 шт.
Ремонт клавиатуры Genius. The fixing of keyboard

Немного о матрице

В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. Однако почти во всех РС до сих пор используется обычный интерфейс несмотря на растущую популярность шины USB.

Более подробное техническое описание клавиатуры можно прочитать чуть ниже: 1. В одном из предыдущих постов, вскользь, была затронута тема устройства компьютерной клавиатуры.

Только этот компьютер состоит из одной микросхемы и выполняет специализированные функции. Снижение себестоимости БИС возможно лишь при максимальной автоматизации этапов, предшествующих их изготовлению, и массовости производства.

Основа нашей кнопочной клавиатуры — интегральный таймер , который сконфигурирован как несинхронизированный мультивибратор. Примечание: Здесь рассматриваются только обычные компоненты стандартной клавиатуры.

Логические схемы "И" на диодах

Схема И может быть собрана на диодах (рис. 2, б, в). Принцип построения схемы основан на том, что при наличии сигнала 0 хотя бы на одном входе сигнал 0 передается со входа на выход через открытый диод и обеспечивает запирание диодов, на входах которых действуют сигналы 1.

Рис. 2. Схема И на диодах

На рис. 2, б приведена схема для положительной логики. Сигнал 0 (е_н) по абсолютной величине больше сигнала 1 (е_в). Если на вход В подается сигнал 0, например 10 В, а на входах А и С действуют сигналы 1, например 2, то открытым окажется диод с наиболее низким потенциалом катода, т.е. диод, присоединенный ко входу В, а два других диода будут закрыты. Напряжение сигнала 0 (10 В) выделяется на резисторе Rн, с которого снимается сигнал выхода.

Логические схемы "И" на транзисторах

Рис. 3. Схема И на транзисторах

Логические схемы "ИЛИ" на диодах

Рис. 4. Схема ИЛИ на диодах

На выходе схемы ИЛИ возникает сигнал 1, если такой же сигнал подан на один или несколько входов. Схема ИЛИ является схемой сборки (информации); по какому бы каналу ни пришел сигнал 1, он появляется на выходе. Схема ИЛИ осуществляет логическое сложение, что подтверждается выражением:

Схема ИЛИ может быть собрана на диодах в варианте для положительной логики (Рис. 4, б) и для отрицательной логики (рис. 4, в). Принципы действия этих схем и логических схем И на диодах ничем не отличаются. При перемене уровня сигналов 1 и 0 схема ИЛИ может выполнять функции схемы И.

Логические схемы "ИЛИ" на транзисторах

На рис. 5, а приведена схема ИЛИ на транзисторах для положительной логики. Схема имеет два входа А и В и один выход.

Рис. 5. Схема ИЛИ на транзисторах

Логическая схемы "НЕ" (инвертор)

Логическая схема НЕ имеет один вход и один выход. Моделью схемы может служить электрическая цепь (рис. 6, а) с размыкающим контактом реле Р.

Рис. 6. Схема НЕ (инвертор)

При срабатывании реле (сигнал 1 на входе) лампа не горит (сигнал 0 на выходе), при отпускании реле (сигнал 0 на входе) лампа горит (сигнал 1 на выходе). Таким образом, схема НЕ является инвертором, т. е. преобразователем сигнала одного вида в противоположный.

Что такое триггер?

Триггер как логический элемент может осуществлять функцию памяти, так как переходит из одного устойчивого состояния в другое при наличии запускающего или переключающего сигнала. Схема симметричного триггера с внешним смещением приведена на рис. 7, а.

Рис. 7. Симметрический триггер с внешним смещением

В схеме используется источник внешнего положительного смещения Еб, и база каждого транзистора имеет потенциал, значение которого лежит между +Е_б и отрицательным потенциалом коллектора другого транзистора.

Если под действием отрицательного импульса начнет открываться транзистор Т2 (начало координат), то возникнет ток в цепи коллектора и потенциал коллектора станет выше. Благодаря делителю R2 - R_1б это же состояние будет на базе транзистора Т1, ток в цепи коллектора которого уменьшится, и потенциалы коллектора Т1 и базы Т2 станут ниже, что приведет к дальнейшему открыванию транзистора Т2. Процесс переключения триггера протекает лавинообразно, поэтому можно считать, что кривые коллекторных напряжений имеют прямоугольную форму.

Схема несимметричного триггера представлена в статье "Судовая пожарная сигнализация" - схема автоматического извещателя.

Синхронизирующие устройства

Рис. 8. Синхронизирующее устройство и векторная диаграмма выходных напряжений

Рис. 9. Нуль-орган с использованием логических элементов ИЛИ-НЕ

Напряжение стабилизации стабилитронов ограничивается напряжением Uогр. Резисторы R1 и RЗ служат добавочными и совместно со стабилитронами создают схемы стабилизации напряжения. Каждый полупериод стабилизированное напряжение подается на вход транзистора Т. Резисторы R2 и R4 ограничивают базовый ток транзистора.

Датчики параметров

Датчики параметров служат для преобразования контролируемых параметров в преобразовательных устройствах (обычно тока и напряжения) в выходное напряжение. В большинстве случаев информация о напряжении и токе требуется в виде постоянного напряжения, для чего в датчике устанавливается выпрямитель и емкостный фильтр.

Датчики тока и напряжения (рис. 10) в трехфазной сети используют соответственно трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы тока устанавливаются во все три фазы и соединяются звездой (вторичные обмотки), переменное напряжение подается на выпрямитель, собранный по схеме Ларионова, а затем на делитель напряжения, состоящий из двух резисторов.

Рис. 10. Датчики параметров

На одном из устанавливается емкостный фильтр, и с него снимается напряжение пропорциональное среднему значению тока. В датчике напряжения используется трехфазный трансформатор напряжения, и выходное напряжение пропорционально среднему действующему значению переменного напряжения. К1 и К2 - коэффициенты пропорциональности.

Выходное устройство предназначено для окончательного формирования и усиления импульсов управления. В качестве ключа в схемах выходных устройств могут применяться транзисторы или тиристоры. В схемах используются элементы, позволяющие формировать импульсы специальной формы, обеспечивающие форсировку включения тиристора.

На рис. 11 показан транзисторный вариант такой схемы. Конденсатор С в промежутках между подачей входных импульсов Uвх заряжается напряжением питания Ек. При подаче входного импульса между эмиттером и базой транзистора Т, если его значение больше напряжения смещения Еб, транзистор открывается и конденсатор С разряжается на первичную обмотку трансформатора. Скорость разряда конденсатора обеспечивает уменьшение тока в первичной обмотке трансформатора и максимальное значение вторичной э.д.с. и выходного напряжения Uвых.

Рис. 11. Схема для формирования импульсов специальной формы

После разряда конденсатора ток первичной обмотки ограничивается сопротивлением резистора R1. Диод Д1 шунтирует входную цепь транзистора при подаче Uвх обратного знака. При снятии входного импульса транзистор закрывается напряжением смещения Еб.

Прямого падения напряжения на диоде Д1 от напряжения смещения достаточно доя запирания транзистора Т. Резистор R2 ограничивает базовый ток. Диод Д2 в цепи вторичной обмотки трансформатора создает разрядный контур для вторичной э. д. с. обратной полярности.

Напряжение Uвых прикладывается между управляющим электродом и катодом тиристора, резистор R4 ограничивает ток управления тиристора. Многофазная схема выпрямления использует несколько выходных устройств, причем их число равно числу тиристоров в схеме.

Базовые логические элементы реализуют три основные логические операции: «И», «ИЛИ», «НЕ».

Логический элемент «НЕ» (инвертор)

Простейшим логическим элементом является инвертор, выполняющий функцию отрицания. Если на вход поступает сигнал, соответствующий 1, то на выходе будет 0. И наоборот.

У этого элемента один вход и один выход. На функциональных схемах он обозначается:

Говорят также, что элемент «НЕ» инвертирует значение входной двоичной переменной.

Логический элемент «И» (конъюнктор)

Логический элемент «И» (конъюнктор) выдает на выходе значение логического произведения входных сигналов.

Он имеет один выход и не менее двух входов. На функциональных схемах он обозначается:

Сигнал на выходе конъюнктора появляется тогда и только тогда, когда поданы сигналы на все входы. На элементарном уровне конъюнкцию можно представить себе в виде последовательно соединенных выключателей. Известным примером последовательного соединения проводников является елочная гирлянда: она горит, когда все лампочки исправны. Если же хотя бы одна из лампочек перегорела, то гирлянда не работает.

Логический элемент «ИЛИ» (дизъюнктор)

Логический элемент «ИЛИ» (дизъюнктор) выдает на выходе значение логической суммы входных сигналов. Он имеет один выход и не менее двух входов. На функциональных схемах он обозначается:

Сигнал на выходе дизъюнктора не появляется тогда и только тогда, когда на все входы не поданы сигналы.

На элементарном уровне дизъюнкцию можно представить себе в виде параллельно соединенных выключателей.

Примером параллельного соединения проводников является многорожковая люстра: она не работает только в том случае, если перегорели все лампочки сразу.

Пример 1.
Составьте логическую схему для логического выражения: F=A \/ B /\ A.

1. Две переменные – А и В.

2. Две логические операции: 1-/\, 2-\/.

Пример 2.
Постройте логическую схему, соответствующую логическому выражению F=А/\В\/ ¬(В\/А). Вычислить значения выражения для А=1,В=0.

1. Переменных две: А и В; 1 4 3 2

2. Логических операций три: /\ и две \/; А/\В\/ ¬ (В\/ А).

3. Схему строим слева направо в соответствии с порядком логических операций:

Читайте также: