Vo všetkých doterajšich pokusoch sme sa zaoberali len jednou veľkou skupinou logických obvodov, tzv. kombinačnými obvodmi.

Kombinačné logické obvody sú teda také zapojenia, u ktorých je výstup jednoznačne určený kombináciou logických signálov na vstupoch. Funkcia týchto obvodov je vyčerpávajúcim spôsobom popísaná pravdivostnou tabuľkou. Jednotlivé riadky pravdivostnej tabuľky možno voliť v ľubovoľnom poradí a výstupný signál je vždy určený len kombináciou vstupných signálov v tomto riadku.

Do skupiny kombinačných logických obvodov zahnujeme už v predošlom texte spomenuté obvody logického súčtu, logického súčinu, obvody NAND, ale aj rad ďalšich zložitejšich obvodov, ktoré možno získať kombináciou a vhodným prepojením jednoduchšich obvodov (napríklad multiplexor a demultiplexor).

Typickým predstaviteľom kombinačných obvodov (predovšetkým v integrálnom prevedení MSI a LSI) sú napríklad rôzne prevodníky kódov (dekódery a kódery).

 
 
 

Pokus 1

- indikácia logickych úrovní

Vstup signálu definovanej úrovne L alebo H:

• logickú nulu (pri kladnej konvencii obvodov TTL realizovanú nízkou úrovňou - L) v podmienkach praktika najjednoduchšie zadáme pomocou pripojenia tohto vstupu na pás uzemnenia.
• logickú jedničku (pri kladnej konvencii obvodov TTL relizovanú vysokou úrovňou - H) v podmienkach praktika najjednoduchšie zadáme pomocou pripojenia tohto vstupu na pás +5 V cez ochranný odpor ~ 1k? (v najhoršom prípade aj priamo na +5V, ak ste si istý(á), že nemáte chybu v zapojení).

1.	Indikácia logickej úrovne:

Na indikáciu logických úrovní na výstupe v najjednoduchšom prípade môžme použiť svietiace diódy LED v sérii s ochranným odporom ~ 330W. LED musí byť tak polarizovaná, aby jej anóda bola na kladnejšom potenciali ako jej katóda. Pozor bez ochranného odporu by sa dióda nadmerným prúdom zničila. Nevýhodou takehoto spôsobu indikácie je veľký prúd, ktorým zaťažuje indikátor výstup obvodu, na ktorý je pripojený.
 

Obr. 3.1a. Indikátor so svietivkou LED - spôsob 1.	Obr. 3.1b funkcia

 

Obr. 3-1c.  Indikátor so svietivkou LED - spôsob 2. Zapojenie sa chová ako indikátor logickej jedničky.

Iná modifikácia jednoduchého indikačného obvodu s LED je na obr. 3-2, ktoré je výhodnejšie ako zapojenie na obr. 3-1, pretože má menší zaťažovací prúd . Ak pripojíte na vstup A obvodu na obr. 3-2a logickú nulu (úroveň L), je na výstupe logická jednička (úroveň H) a dióda LED nesvieti. Ak pripojíte na vstup A logickú jedničku (úroveň H), bude na výstupu logická nula (úroveň L) a dióda LED bude svietiť. Zapojenie sa chová ako indikátor logickej nuly. S ohľadom na zaťažovanie výstupu indikátory z obrázkov 3-2 zaťažujú výstup len ako jeden vstup (znižujú logický zisk o 1). Logický indikátor na obr. 3-2b sa chová rovnako ako zapojenie na obr. 3-2c, teda ako indikátor logickej jedničky.
 

Ak je vstup A pripojený na logickú jedničku alebo je nezapojený je na výstupe invertora logická nula a dióda LED nesvieti. Ak je na vstupe A logická nula, dióda svieti. Obvod pracuje ako indikátor logickej nuly.

Obr. 3-2a. Indikátor s invertorom a so svietivkou LED pripojenou na zem.

Rovnaký spôsob indikácie možno použiť aj pre vstupný signál. Aby indikátor menej zaťažoval meraný obvod pripojte indikačnú LED cez logický obvod zostavený s 2 logických členov negácie (invertorov), zapojených za sebou. V dôsledku dvojnásobného invertovania sa vykoná logická funkcia opakovania (skrátene označovaná ako fukcia "ANO (YES)" na rozdiel od funkcie "NIE (NO)" realizovanú invertorom)
 

Obr. 3-2b.  Indikátor s dvoma invertormi a so svietivkou LED pripojenou na zem.  Zapojenie sa chová ako indikátor logickej jedničky.

Obr. 3-2c Indikátor s invertorom a so svietivkou LED pripojenou na +5V. Zapojenie sa chová ako indikátor logickej jedničky.

2.	Ošetrenie nezapojených vstupov

Nezapojený vstup sa chová rovnako ako keby bol pripojený na logickú jedničku. V praxi sa však doporučuje nepoužívať nezpojené vstupy, pretože na takýchto vstupoch sa ľahko objavia rušivé signály, ktoré môžu spôsobiť chybnú funkciu obvodu. Vstupy, ktoré nie sú trvale pripojené k nejakému logickému signálu, preto ošetrujeme (obr. 3-3) pripojením odporu, ktorý je druhým koncom pripojený na napájacie napätie +5V.
 

Obr. 3-3  Ošetrený vstup obvodu s úrovňou H.

3.	Paralelne zapojené invertory

Obvody zapojené podľa obrázku 3-4 vykonávajú opäť funkciu logickej negácie. Paralelným zapojením sa však zvýši zaťažiteľnosť logického obvodu, ktorá sa vyjadruje tzv. logickým ziskom. Pre invertory integrovaného obvodu 7404 (podobne ako pre väčšinu obvodov rodiny 74xx) je dovolený logický zisk 10. To znamená, že výstup každého z nich smie byť zaťažený až desiatimi vstupmi iných obvodov. Paraleným zapojením dvoch obvodov sa logický zisk zdvojnásobní, takže pri 2 paralelne zapojených invertoroch 7404 bude logický zisk 20.
 

Obr. 3-4.  Paralelným  zapojením 2 invertorov 7404 sa zvýši logický zisk na 20.

Pokus 2

- logický obvod NAND

Integrovaný obvod 7400, obsahujúci 4 dvojvstupové obvody NAND (negovaný logický súčin) z obrázku 3-5 môže slúžiť ako príklad člena NAND.
 

	B	A	Y	Obr. 3-5
	0	0	1
	0	1	1
	1	0	1
	1	1	0

a) Pred ďalšími pokusmi s logickými obvodmi skúste sa najprv presvedčiť o správnej funkčnosti všetkých 4 členov NAND obvodu na základe porovnania výsledkov vášho testu s pravdivostnou tabuľkou.

Obr. 3-6 Púzdro "Dual in line" 14 - vývodového (pinového) integrovaného obvodu, akým je napr. 7400.




Obrázok ilustruje tiež spôsob. kontroly funkčnej spôsobilosti intgerovaného obvodu 7400. Po privedení podnetu na vstup (v tvare impulzu alebo v tvare logickej úrovne) sa otestuje reakcia príslušného výstupu (pomocou  osciloskopu alebo staticky pomocou voltmetra, resp. indikátora so svietivkou LED) na tento vstupný podnet. Napr. na obrázku je znázornené vnútorné prerušenie vývodu na pin 8, v dôsledku čoho toto hradlo nemá zmysel zapajať do ďalšich obvodov.




Obr. 3-7a  Realizácia testu hradla pomocou impulzov iná formulácia úlohy z obr. 3-5.




Obr. 3-7b  Statický test funkčnosti hradla pomocou úrovní L a H, realizovaných z prepínačov.




Obr. 3-7c  Dynamický test funkčnosti hradla pomocou impulzov, realizovaných z tlačítka, u ktorého je potlačený prechodový jav chvenia kontaktov pri zopnutí alebo rozopnutí.

 


	B	A	Y	Obr. 3-8
	0	0
	0	1
	1	0
	1	1

Logické obvody NAND alebo AND sa často používajú ako tzv. hradlá. Predpokladajme napríklad, že vstup A (na obrázku 3-9a) je signálový vstup hradla a vstup B riadiaci vstup. Ak je na riadiacom vstupe B signál logickej nuly (B= L), bude na výstupu logická nula (Y=L) bez ohľadu na logickú úroveň (H alebo L) na signálovom vstupe A. Hovoríme, že hradlo je zatvorené. Logická nula (úroveň L) na vstupe B blokuje signál A.

Ak pripojíme na riadiaci vstup B logickú jedničku (B=H), bude výstupný signál určený signálom A (Y=A). Hovoríme , že je hradlo otvorené.

Kontrolná otázka:

Doplňte pravdivostnú tabuľku na obrázku 3-10.
 
 

	A	Y
	0
	1

Obr. 3-10a

Obr. 3-10b

 
 
 

Pokus 3

- Overenie funkcie obvodu s hradlami NAND

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-11.
 

Obr. 3-11

Na výstupe Y1 je logická funkcia NAND a na výstupe Y2 logická funkcia AND troch vstupov A, B, C.
 

Y1 =

inv(A.B.C)

Y2 =

A.B.C

 
 
 

Pokus 4

- štvorvstupový obvod NAND

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-12.
 

Obr. 3-12.

Okrem dvojvstupových obvodov NAND (7400) sa vyrábajú aj trojvstupové obvody NAND (7410), štvorvstupové obvody NAND (7420, 7440) a osemvstupové obvody NAND (7430).

 
 
 

Pokus 5

- logická funkcia OR, NOR

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-13 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.
 

	B	A	Y	Obr. 3-13
	0	0	1
	0	1	1
	1	0	1
	1	1	0

Tento obvod vykonáva logickú funkciu OR (logický súčet)
 

Y =

A + B

Obvod OR alebo NOR možno využiť aj vo funkcii hradla. Toto hradlo sa však otvára logickou nulou (úrovňou L) a zatvára logickou jedničkou (úrovňou H) na riadiacom vstupe – pri doteraz používanej ( pozitívnej) konvencii TTL priradenia logických úrovní. V prípade, že priradíme úrovni L význam logickej jedničky a úrovni H úroveň logickej nuly – čiže pri negatívnej konvencii priradenia logických úrovní si vymenia obvody AND a OR svoje logické funkcie. Presvedčte sa o tom na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky pre úrovne L a H, ktorým potom priradíte logické úrovne podľa príslušnej konvencie (pozri aj de Morganov teorém, umožňujúci previesť logickú funkciu AND na OR a opačne na obr. 1-3c v časti D1).

Otázka:
Akú funkciu vykonáva logický obvod zapojený podľa obrázku 3-14?
 

Obr. 3-14.

Tento obvod vykonáva logickú funkciu NOR (negovaný logický súčet) dvoch vstupov A, B.

 
 
 

Pokus 6

- trojvstupový obvod OR

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-15 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.
 

Obr. 3-15

 
 
 

Pokus 7

- logická funkcia nonekvivalencie

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-16 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.
 
 

	B	A	Y
	0	0	0
	0	1	1
	1	0	1
	1	1	0

Obr. 3-16

Funkcia Y má hodnotu logickej jedničky (úroveň H), ak sú obe vstupné hodnoty rôzne. Ak majú obidva vstupy rovnakú hodnotu, je hodnota funkcie nulová (úroveň L). Takejto funkcii sa hovorí nonekvivalencia alebo exlusive OR (XOR).
 

Obr. 3-17  Znázornenie pôsobenia najdôležitejšich logických funkcii pomocou impulzných signálov.

 
 

Pokus 8

- generovanie krátkych impulzov

	Obr. 3-18a.  Obvod pre vytváranie krátkych impulzov.
	Obr. 3-18b.  Časové priebehy pri vytváraní krátkych impulzov.

Šírka výstupného impulzu na obrázku 3-18b sa rovná oneskoreniu signálu cez 3 hradlá NAND (~ 30 ns).
 
 

Pokus 9

- tvarovací obvod na zlepšenie strmosti impulzov

Obr. 3-19a. Tvarovací obvod na zlepšenie tvaru impulzov.

Strmosť hrany impulzu sa v dôsledku zosilňovacieho účinku hradiel postupne zyšuje (alebo presnejšie povedané trvanie čela a tyla impulzu sa skracuje).
 

Obr. 3-19b.  Tvarovací obvod na zlepšenie tvaru impulzov pomocou preklápacieho obvodu RS.

 
 

Pokus 10

- polovičná sčítačka

Všimnite si, že, logická nonekvivalencia predstavuje hodnotu artimetického súčtu pri sčítaní dvoch dvojkových číslic:
 

0 + 0 = 0,

0 + 1 = 1,

1 + 0 = 1,

1 + 1 = 0 a prenos CY=1

Ak doplníme obvod na obrázku 3-16 obvodom pre výpočet hodnoty prenosu CY (funkcia AND), dostaneme zapojenie tzv. polovičnej sčítačky, ktoré je základom aritmetickej jednotky ALU počítača.

Overte funkciu polovičnej sčítačky, nakreslenej na obr. 3-20 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.
 
 

	B	A	S	P	Obr. 3-20.  S - suma P - prenos CY
	0	0
	0	1
	1	0
	1	1

 
 

Pokus 11

- logická funkcia ekvivalencie

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-21 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.
 
 

	B	A	Y	Obr. 3-21
	0	0
	0	1
	1	0
	1	1

Funkcia Y nadobúda hodnotu logickej jedničky (úroveň H), ak majú oba vstupy rovnakú hodnotu. Ak sú obe vstupné hodnoty rôzne, nadobúda funkcia Y hodnotu nula (úroveň L). Takejto funkcii sa hovorí ekvivalencia.

Obvody ekvivalencie a nonekvivalencie sa často používajú na porovnávanie logických signálov. Takýto obvod sa niekedy nazýva komparátor (porovnávač).
 
 
 

Pokus 12

- logický prepínač

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-22 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.

	B	A	Y1	Y2	Obr. 3-22
	0	0	1	1
	0	1	0	1
	1	0	1	1
	1	1	1	0

Obvod pracuje ako demultiplexor alebo prepínač logického signálu A na výstupy Y1 alebo Y2, riadený vstupom B.

Vstupný signál je privedený paralelne na dve hradlá NAND. Jedno hradlo je riadené signálom B, druhé jeho inverziou. Zatvorené hradlo má na výstupe logickú jedničku (úroveň H). Na výstupe otvoreného hradla je negovaný signál A.
 
 
 

Pokus 13

- integrovaný demultiplexor 74154

Funkcia demultiplexora je podobná prepínaču. Vstupy A,B, C, D na obrázku 3-23a sa označujú ako adresovacie, pomocou ktorých možno vybrať jeden zo 16 výstupov. Na takto vybraný výstup sa prenesie informácia z vybavovacich vstupov G (negované vstupy AND). Na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky overte funkciu obvodu 74154. Oskúšajte tiež neštandartné použitie obvodu 74154 vo funkcii dekódera z desiatkového BCD kódu na kód 1 z 32 podľa obrázku 3-23b.
 
 

Obr. 3-23a Schématická značka integrovaného demultiplexora 74154	Obr. 3-23b Zapojenie z dvoch obvodov 74154 ako dekódera pre kód 1 z 32.

 
 

Pokus 14

- neinvertujúci logický prepínač

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obrázku 3-24a na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky (obr. 3-24b).
 

	B	Y1	Y2
	0	A	0
	1	0	A
Obr. 3-24a	Obr. 3-24b

Zapojenie na obrázku 3-24a vykonáva opäť funkciu logického prepínača, tentoraz však prechádza signál prepínačom bezo zmeny polarity. Preto sa takýto prepínač nazýva neinvertujúci logický prepínač (neinvertujúci demultiplexor).
 
 
 

Pokus 15

- multiplexor

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-25 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.

Obr. 3-25

Všimite si, že ak je vstupný signál C=0, je výstupný signál Y určený logickou hodnotou vstupného signálu A a nezáleží na signále B. Naopak pri C=1 je výstup Y určený logickou hodnotou signálu B a nezáleží na signále A.

Zapojenie na obrázku 3-25 sa nazýva multiplexor. Podľa hodnoty riadiaceho signálu C je na výstup Y pripojený buď logický signál zo vstupu A alebo logický signál zo vstupu B.

Multiplexor má teda funkciu opačného prepínača ako demultiplexor. V integrovanom multiplexore 74151 na obrázku 3-26  informácia (dáta 0 až 7) prítomná na jednom z 8 vstupov sa prenáša na jediný výstup. Vstup z ktorého má byť prenos uskutočnený sa volí pomocou 3 adresovacích vstupov A, B, C. Obvod je okrem toho opatrený ďalšim vybavovacim vstupom S, ktorý umožňuje ovládať výstup nezávisle na stave ostatných vstupov. Obvod 74151 má dva komplementárne výstupy. Na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky overte funkciu obvodu 74151.
 

Obr. 3-26 Schématická značka osem vstupového integrovaného multiplexora 74151

 
 

Pokus 16

- dekóder z prirodzeného dvojkového  kódu na kód jeden zo štyroch

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-27 na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.

	B	A	V0	V1	V2	V3
	0	0	0	1	1	1
	0	1	1	0	1	1
	1	0	1	1	0	1
	1	1	1	1	1	0

obr. 3-27

Na obrázku 3-27 uvedený obvod je príkladom dekóderu, teda obvodu, ktorý konvertuje (prevádza) znaky z jedného kódu do druhého. V našom prípade sa jedná o dekoder, ktorý mení prirodzený dvojkový (binárny) kód na invertovaný kód „jedna zo štyroch“. Pre každú kombináciu vstupných logických signálov je logická nula (úroveň L) len na jednom zo výstupov. Ostatné výstupy majú úroveň logickej jedničky (úroveň H). Napríklad kombináciou vstupných signálov 00B (B - binárne), ktorá znamená číslo 0, zodpovedá logická nula (úroveň L) na výstupe Y0. Pri kombinácii vstupných signálov 01B, ktorá zodpovedá číslu 1, je logická nula (úroveň L) na výstupe Y1 atď. Až pri kombinácii 11B, ktorá je dvojkovým kódom čísla 3, je logická nula (úroveň L) na výstupe Y3-
 
 
 

Pokus 14

- jednoduchý dekóder pre zobrazovaciu jednotku

Overte funkciu obvodu, nakresleného na obr. 3-28a na základe zhotovenia pravdivostnej tabuľky.

Obr. 3-28a

Pri overovaní zapojte k výstupom jednoduchý indikačný obvod s LED diódami. Tento dekóder umožňuje ovládať sedemsegmentový zobrazovací člen (segmentovku LED) tak, aby na ňom svietili znaky L, H, O P uvedené v poslednom stĺpci tabuľky. Sedemsegmentový zobrazovací člen (sedemsegmentovka LED) je súčiastka, ktorá obsahuje sedem nezávisle ovládaných svietiacich diód LED v tvare úsečiek (tzv. segmentov), z ktorých možno poskladať číslice a niektoré písmená.
 
 

B	A	a	b	c	d	e	f	g	Znak
0	0	1	1	1	0	0	0	1	L
0	1	1	0	0	1	0	0	0	H
1	0	0	0	0	0	0	0	1	O
1	1	0	0	1	1	0	0	1	P

tab. 3-28b

Niektoré často používané kombinačné obvody, ako napríklad multiplexory, demultiplexory, dekódery ap., sa vyrábajú tiež ako integrované obvody, nazývané obvykle obvody strednej hustoty integrácie (MSI).