Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.1 Logické obvody Kapitola 7 Základní pojmy logických obvodů Ing. Igor Třaska 1.9.2013
Obsah ÚVOD... 1 1 ZÁKLADNÍ POJMY LOGICKÝCH OBVODŮ... 2 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 5 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 6
Úvod Výukový materiál vysvětluje pojmy logický obvod, logický signál, logická hodnota 0, logická hodnota 1, logický člen, logický systém, výraz, výrok, logická proměnná a logická funkce. Výukový materiál je doplněn o pracovní list, který je zaměřen na kontrolní otázky k probíranému tématu. Výukový materiál je přednostně určen studentům 4. ročníku vzdělávacího oboru 39-41- L/01 Autotronik a vzdělávacího oboru 23-45-M/01 Dopravní prostředky. Vzdělávací materiál pokrývá nejdůležitější obsahovou část odborných předmětů Automatizace, Aplikovaná elektronika a Odborný výcvik. Každý pracovní list (dále jen PL) provede studenta probíranou tématikou ve formě praktického zapojování, měření a výpočtu, kdy si student sám ověří platnost probírané problematiky. Pro úspěšné zvládnutí měřicích úloh je nezbytná dostatečná teoretická příprava studentů v elektrotechnických odborných předmětech, zejména v předmětu Elektronika a elektrotechnika a Automatizace. 1
1 Základní pojmy logických obvodů V této kapitole si definujeme a vysvětlíme základní názvosloví, které se používá v logických obvodech. Názvosloví logických obvodů Logický obvod je druh fyzikálního systému, který se vyznačuje tím, že každá veličina v tomto obvodu nabývá v ustáleném stavu pouze dvou hodnot, jenž patří do dvou vzájemně se nepřekrývajících množin. Zkráceně řečeno: Logický obvod, je takové zařízení, do kterého vstupují, ve kterém se zpracovávají a ze kterého vystupují pouze logické signály. Co je to logický signál? Logický signál je druh fyzikálního signálu, který nabývá pouze dvou hodnot patřících do dvou vzájemně se nepřekrývajících se množin Tyto množiny označujeme: Logická hodnota 0 Označuje se Log 0 nebo L (Low - nízký), v případě měření logickou sondou je indikována LED diodou zelené barvy. Pro práci integrovaných obvodů (IO) se jedná o napěťový signál nižší než 0,7 V. Logická hodnota 1 Označuje se Log 1 nebo H (High - vysoký), v případě měření logickou sondou je indikována LED diodou červené barvy. Pro práci integrovaných obvodů (IO) se jedná o napěťový signál vyšší než 2,4V (max. 5V). Logický člen je součástka nebo zařízení, kterým se realizují logické funkce. Logický systém je ucelený soubor logických členů, kterými se realizují logické obvody. Skládá se z členů, které umožňují: získat informaci snímače zpracovat informaci - funkční část přenést informaci využit informace - výkonové výstupní obvody Logické obvody pracují podle pravidel matematické logiky. 2
Matematická logika je matematická disciplína, která je teoretickým základem pro navrhování logických obvodů - a tím i číslicových počítačů. Je to dvouhodnotová algebra logiky nazvaná podle svého zakladatele Booleova algebra Vychází z tzv. výrokové logiky: výroku, který je pravdivý - platí - přiřazujeme logickou hodnotu 1. výroku, který je nepravdivý - neplatí - přiřazujeme logickou hodnotu 0. Co je to výrok? Výrok - je každé tvrzení, o které lze prohlásit, že je pravdivé nebo nepravdivé. Na každý výrok se dá jednoznačně odpovědět ANO nebo NE. Například: Jestliže řekneme - v této místnosti svítí zářivka - jedná se o výrok, poněvadž lze naprosto jednoznačně určit, zda tento výrok je pravdivý nebo nepravdivý. Naopak řekne - li někdo, že je venku pěkně - nejedná se o výrok, poněvadž je posouzení tohoto stavu relativní. Pravdivost či nepravdivost určitého výroku nazýváme logickou proměnnou. Shrneme-li současné poznatky, můžeme konstatovat: Logická proměnná je každý výrok (vstupní signál), který může být buď pravdivý, nebo nepravdivý. Logické proměnné dělíme na: nezávisle proměnné závisle proměnné Nezávislé proměnná - je taková proměnná (vstupní signál - výrok), která může nabývat obou stavů (log 0 nebo log1) nezávisle na jiných skutečnostech. Závislé proměnná - je taková proměnná (výstupní signál - výraz), jejíž stav je závislý jednak na vstupních signálech (výrocích) a dále na ostatních částech logického obvodu, tzn. na tom, jak jsou vstupní signály postupně zpracovávány. Závislé proměnné (výstupní signály) jsou označovány jako výraz. 3
Logická funkce - je přiřazení -vztah mezi závislými (výstupními signály - výrazy) proměnnými a nezávislými (vstupními signály - výroky)proměnnými. Reálně jde o funkční předpis logického obvodu, podle něhož příslušný logický obvod pracuje. Kontrolní otázky: Co je to logický signál: Co je logická hodnota 0: Co je logická hodnota 1: Co je to výrok: Co je to výraz: Definujte pojem závisle proměnná: Definujte pojem nezávisle proměnná: 4
2 Doporučená literatura 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 4. Maťátko, Ján. ELEKTRONIKA, Praha : IDEA SERVIS., 2007. ISBN 978-80-85970-64-7. 5. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 5
3 Použitá literatura a zdroje 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 6