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1.2.4 逻辑图

逻辑图是用二进制逻辑单元图形符号绘制的、以实现一定逻辑功能的简图。它分为理论逻辑图(纯逻辑图)和工程逻辑图(详细逻辑图)两类。理论逻辑图只表示功能而不涉及实现方法,因此是一种功能图。详细逻辑图不仅表示功能,而且表示实现方法,因此是一种电路图。

1.二进制逻辑单元图形符号

1)二进制逻辑单元图形符号的结构模式

逻辑图的主要组成部分是二进制逻辑单元。二进制逻辑单元的图形符号由一个方框或若干个方框的组合、一个或多个限定符号(包括关联标记)组成。

图1-15所示为逻辑图符号的概念图解。图中“**”表示总限定符号的最佳位置,总限定符号用以说明逻辑单元执行的逻辑功能,是表示方框功能的主要部分;“(**)”表示总限定符号的替换位置;单个“*”表示与输入、输出有关的限定符号(包括关联标记)的允许位置。

2)方框

方框有单元框、公共框和公共输出框三种,如图1-16所示。方框可以组合、邻接或镶嵌,尺寸任意。

图1-15 逻辑图符号结构的概念图解

图1-16 方框

单元框是基本框,用以表示元件的组成部分。公共框用以表示元件阵列的公共部分,其上标注阵列的公共输入、输出。公共输出单元框用以表示公共输出单元的输出。

3)限定符号(有三类)

(1)表示逻辑单元功能的限定符号(总限定符号)。

(2)与输入、输出有关的限定符号。

(3)表示某些输入间、输出间及输入与输出间特定关系的关联符号。在“关联标注法”中常使用“影响的”和“受影响的”两个术语。“影响输入”可以对“受影响的输入”或“受影响的输出”产生影响。“影响的”是主动者,“受影响的”是被动者。在应用中,在“影响”端标注关联符号,并在关联符号后紧跟一个标识符号;相应地把同一标识符号标注在“受影响”端。

2.逻辑图状态及其有关约定

1)内部逻辑状态和外部逻辑状态

逻辑代数中的变量存在两种可能的状态,称为逻辑状态。逻辑状态可以用启动与停止、接通与断开、真与假、是与非等来描述,而在二进制逻辑系统中,总用“1”、“0”表示逻辑状态。

对于逻辑单元图形符号,新标准引入了“外部逻辑状态”和“内部逻辑状态”两个概念,如图1-17所示。

图1-17 逻辑状态概念图解

内部逻辑状态指的是二进制逻辑单元图形符号框内输入、输出端处的逻辑状态。

外部逻辑状态指的是二进制逻辑单元图形符号框外输入、输出端处的逻辑状态。对于输入端而言,指的是任何限定符号之前(图1-17中输入端b的逻辑非符号的左边)的逻辑状态;对输出端而言,指的是任何限定符号之后(图1-17中输出端c的逻辑非符号的右边)的逻辑状态。

“内部逻辑状态”与“外部逻辑状态”的概念图解如图1-18所示,“*”是限定符号,a、b是输入的外部逻辑状态,a′、b′是输入的内部逻辑状态。a与a′、b与b′是否相同取决于输入的限定符号。c是输出的外部逻辑状态,c′是输出的内部逻辑状态,c与c′是否相同取决于输出的限定符号。

图1-18 内部逻辑状态与外部逻辑状态的概念图解

2)逻辑电平

逻辑电平是用来表示逻辑状态的一种物理量。在采用电子器件的数控系统中,用两个不同量值的电位表示逻辑变量的逻辑状态。

这两个电量值一般用“H”代表逻辑高电平,用“L”代表逻辑低电平。

在数字电路中,所谓电平就是电位。高、低电平表示的都是一定的电压范围。

3.逻辑状态和逻辑电平之间的关系

1)采用逻辑非符号的逻辑约定(又称单一逻辑约定)

逻辑非符号“o”一般出现在图形符号的输入、输出端,意味着符号两边的逻辑状态相反。图1-19(a)中,具有逻辑非符号的a输入端的“外部1状态”与其“内部0状态”相对应;“外部0状态”与其“内部1状态”相对应。无逻辑非符号的b输出端外部逻辑状态与内部逻辑状态相同。对于采用逻辑非符号的图形符号和逻辑图,需要确定逻辑电平和逻辑状态之间的对应关系,即进行逻辑约定。既可以采用正逻辑约定,又可以采用负逻辑约定,但在同一张逻辑图中只能采用一种逻辑约定,因此采用逻辑非符号的逻辑约定又称单一逻辑约定。

图1-19 不同的逻辑约定

所谓正(负)逻辑约定就是约定H(L)电平与逻辑“1”状态相对应,L(H)电平与逻辑“0”状态相对应。在正逻辑约定中,高电平(H)与逻辑“1”状态相对应,低电平(L)与逻辑“0”状态相对应;在负逻辑约定中,高电平(H)与逻辑“0”状态相对应,低电平(L)与逻辑“1”状态相对应。

2)采用极性指示符号的逻辑约定(又称混合逻辑约定)

极性指示符号“ ”也用在图形符号的输入、输出端,通过极性指示符号的有无来表示输入、输出端的外部逻辑电平与内部逻辑状态之间的关系。例如,在图1-19(b)中,当a输入端有极性指示符号时,其外部L电平与内部“1”状态相对应,其外部H电平与内部“0”状态相对应;当b输入端(c输出端)无极性指示符号时,其外部H电平与内部“1”状态相对应,其外部L电平与内部“0”状态相对应。

值得强调的是,在采用逻辑非符号的图形符号中,既存在外部逻辑状态又存在外部逻辑电平,此时不能同时使用极性指示符号;在采用极性指示符号的图形符号中,只存在外部逻辑电平,不存在外部逻辑状态,此时不能使用逻辑非符号,如图1-20所示。

图1-20 内部或外部逻辑状态(或电平)图解

4.逻辑图的特点

1)逻辑图的布图

逻辑图的布图通常从左到右或从上到下,清晰反映信息的流向,图形符号的方位不能任意改变,输入线和输出线分别置于图形符号相对的两侧,并与图形符号的框线相垂直,一般输入线在左侧,输出线在右侧。

2)连接线及其标记

二进制逻辑单元图形符号和符号之间的连接线(如输入/输出线)是构成逻辑图的两个基本要素。逻辑图上各单元之间的连接线及单元的输入、输出线称为信号线。

在绘制逻辑图时,需在连接线上给出连接线标记,以使逻辑图更易被绘制和理解。新标准规定,组成逻辑图连接线完整信息的标记字符串通常应提供下述三类信息:给出信号相互关联的信息;给出信号的功能说明,即信号名;在采用极性指示符号的图中,还应给出信号名的真值与逻辑电平之间的对应关系,而将所对应的电平书写在信号名字符之后,并用圆括号括起来,例如ALARM(H)或ALARM(L)。

3)非逻辑元件的连接

逻辑图中经常需要用到一些非逻辑元件,如电容器、电阻器、指示灯、继电器、开关等。这些元件控制逻辑单元时,在这类元件的连接处要标出波形、电平来表示它们动作的条件。这些元件的接线端子上不能出现逻辑非符号。

4)时序图

在时序电路中,为了更清晰地反映时钟脉冲CP、输入信号、输出信号之间的对应关系,即信号出现的顺序,以便于对设备维护、调整或阐明电路功能,除了用逻辑图外,还要画出它们的工作波形图,即时序图。

5)真值表

真值表是一种列出了逻辑变量全部取值情况的表格。真值表列出了逻辑图中所有逻辑变量的全部取值情况,真值表是逻辑图的重要补充,可以更充分地表达逻辑图的功能。

5.理论逻辑图和工程逻辑图

理论逻辑图(也称纯逻辑图)用以表达系统的功能、逻辑连接关系及工作原理,而不涉及实现逻辑功能的硬件电路,在理论逻辑图上只反映逻辑状态,不反映逻辑电平,当然也不涉及逻辑约定问题。因此,理论逻辑图只能采用逻辑非符号,而不能采用极性指示符号绘制。

工程逻辑图(也称详细逻辑图)不仅要表明系统的功能、逻辑连接和工作原理,还要确定实现逻辑功能的硬件电路,要确定实现逻辑功能的实际器件和工程化的内容。诸如数字电路的品种型号,它们之间的连接及未用单元和未用引出端的处理等。为了实现数字系统产品的某种电气特性和机械特性,还需确定插接件、电阻器、电容器等其他非数字电路元件。因此,工程逻辑图既可以采用逻辑非符号也可以采用极性指示符号。采用逻辑非符号时,应在逻辑图上注明所采用的逻辑约定是正逻辑还是负逻辑;在采用极性指示符号时,不需要注明逻辑约定。工程逻辑图比理论逻辑图要复杂得多,它是数字系统产品生产、检查、调试、使用和维修中不可缺少的文件。

根据理论逻辑图绘制工程逻辑图时,应按下列步骤和方法进行。

(1)确定可以采用的硬件电路和逻辑约定。

(2)用硬件电路的图形符号代替理论逻辑图中相应功能的图形符号,并用连接线连接起来。此外,在需要的地方可插入非门或反相器。

(3)补充信号名及其他信息。 BlwRXCy+TbAvXqMRDHNz+MhyvBUMgnEEtxQKcVWBzBPspJa+IJGxZVUMiihHtwvN

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