Исключающее или схема. Исключающее ИЛИ в логических схемах: принцип работы, применение и реализация

Что такое логический элемент «Исключающее ИЛИ». Как работает схема «Исключающее ИЛИ». Где применяется элемент XOR в электронике. Как реализовать «Исключающее ИЛИ» на базовых логических элементах.

Принцип работы логического элемента «Исключающее ИЛИ»

Логический элемент «Исключающее ИЛИ» (XOR) является одним из базовых компонентов цифровой электроники. Его особенность заключается в том, что он выдает логическую единицу на выходе только в том случае, когда на входах присутствуют разные логические уровни.

Таблица истинности для двухвходового элемента XOR выглядит следующим образом:

• 0 XOR 0 = 0
• 0 XOR 1 = 1
• 1 XOR 0 = 1
• 1 XOR 1 = 0

Как видно из таблицы, выходной сигнал равен 1 только когда входные сигналы различны. Это свойство делает XOR очень полезным во многих схемах.

Применение элемента «Исключающее ИЛИ» в электронных схемах

Элемент XOR нашел широкое применение в различных областях электроники благодаря своим уникальным свойствам. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных случаев использования:

Управляемый инвертор

XOR может выступать в роли управляемого инвертора. Если на один из входов подать постоянный сигнал, а на другой — входной сигнал, то:

• При подаче 0 на управляющий вход, входной сигнал будет передаваться без изменений
• При подаче 1 на управляющий вход, входной сигнал будет инвертироваться

Это свойство позволяет создавать схемы с переключаемой полярностью сигнала.

Формирователь импульсов

XOR может использоваться для выделения фронтов импульсов. Если подать на один вход исходный сигнал, а на другой — задержанную его копию, на выходе будут формироваться короткие импульсы при каждом изменении входного сигнала.

Сравнение сигналов

XOR позволяет легко сравнивать два сигнала. Если сигналы одинаковы, на выходе будет 0, если различны — 1. Это свойство используется, например, в схемах контроля четности.

Реализация «Исключающего ИЛИ» на базовых логических элементах

Хотя XOR является базовым логическим элементом, его можно реализовать, используя более простые элементы И, ИЛИ и НЕ. Одна из возможных схем реализации выглядит следующим образом:

1. Применить операцию И к инвертированному первому входу и неинвертированному второму
2. Применить операцию И к неинвертированному первому входу и инвертированному второму
3. Объединить результаты операцией ИЛИ

Эта схема может быть записана в виде логического выражения: (A AND NOT B) OR (NOT A AND B)

Особенности использования XOR в цифровых схемах

При работе с элементом «Исключающее ИЛИ» следует учитывать некоторые особенности:

• Задержка распространения сигнала через XOR обычно больше, чем у простых элементов И или ИЛИ
• XOR более чувствителен к шумам и помехам, особенно при работе на высоких частотах
• При каскадном соединении нескольких XOR нужно учитывать возможное накопление задержек

Эти особенности необходимо принимать во внимание при проектировании сложных цифровых устройств.

Применение XOR в криптографии и защите информации

Элемент «Исключающее ИЛИ» играет важную роль в криптографии и защите информации. Его свойства позволяют реализовать ряд важных криптографических примитивов:

Одноразовый блокнот

XOR используется в схеме шифрования «одноразовый блокнот». Если применить операцию XOR к исходному тексту и случайному ключу той же длины, получится зашифрованный текст. Повторное применение XOR с тем же ключом восстановит исходный текст.

Генерация псевдослучайных чисел

XOR часто используется в алгоритмах генерации псевдослучайных чисел, что важно для создания криптографических ключей.

Реализация S-блоков

В современных блочных шифрах XOR применяется для реализации S-блоков — нелинейных элементов, обеспечивающих диффузию и конфузию в алгоритме шифрования.

XOR в схемах обработки цифровых сигналов

Элемент «Исключающее ИЛИ» находит применение и в области цифровой обработки сигналов:

Фазовые детекторы

XOR используется в схемах фазовых детекторов, которые применяются в системах фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Кодирование и декодирование сигналов

XOR применяется в некоторых схемах кодирования и декодирования сигналов, например, в линейных кодах с контролем четности.

Цифровые фильтры

В некоторых типах цифровых фильтров XOR используется для реализации нелинейных преобразований сигнала.

Реализация XOR на различных технологических базах

Элемент «Исключающее ИЛИ» может быть реализован на различных технологических базах:

КМОП-технология

В КМОП-микросхемах XOR реализуется с помощью комбинации транзисторов. Такая реализация обеспечивает низкое энергопотребление и высокую скорость работы.

ТТЛ-технология

В ТТЛ-схемах XOR обычно реализуется с помощью комбинации элементов И-НЕ. Эта технология обеспечивает высокую нагрузочную способность выходов.

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)

В ПЛИС элемент XOR может быть реализован как с помощью специализированных блоков, так и с использованием общих логических ресурсов кристалла.

Выбор конкретной технологии реализации зависит от требований к быстродействию, энергопотреблению и стоимости разрабатываемого устройства.

Все своими руками Логический элемент Исключающее ИЛИ • Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 23 сентября, 2014

Рубрика: Логические схемы

     На практике наиболее часто используют двухвходовые элементы «исключающее ИЛИ. На рис. 1 показано условное графическое обозначение элемента без инверсии и его таблица состояний. По простому, суть данного элемента сводится к следующему, сигнал на выходе появляется только в том случае, когда логические уровни на входах не одинаковые.

     В данной схеме три элемента «Исключающий ИЛИ» используются для задержки импульсов. DD1.4 — суммирующий. Выходные импульсы имеют стабильные фронты и срезы. Длительность каждого выходного импульса равна утроенному времени задержки переключения каждого из трех элементов. Временной промежуток между фронтами выходных импульсов равен длительности входного импульса. Так же это устройство удваивает частоту входного сигнала.

     Есть еще одно интересное свойство «Исключающее ИЛИ». Если на один из входов подать постоянный «0», то сигнал на выходе элемента будет повторять входной сигнал, а если постоянный «0» поменять на постоянную «1», то выходной сигнал уже будет инверсией входного.

     Иногда появляется необходимость получить элемент «исключающее ИЛИ» из отдельных стандартных логических элементов. Примером может служить схема элемента «исключающее ИЛИ» реализованная на четырех элементах 2-И-НЕ. На рисунке 3 показана схема «исключающее ИЛИ» в четырех ее состояниях. Здесь показаны все возможные логические уровни на каждом из используемых логически элементов 2-И-НЕ.

     Такие элементы входят в схему контроллера шагового двигателя. В данной схеме элемент «Исключающий ИЛИ» выполнен на четырех элементах 2-И-НЕ, входящих в один корпус микросхемы К561ЛА7.

     Схема формирователя показана на рисунке 4. Здесь логический элемент «исключающее ИЛИ» также реализован на четырех элементах 2-И-НЕ.

На входы 1 и 2 формирователя падают импульсы прямоугольной формы (см. графики 1 и 2), которые различаются частотой следования. Узел на логических элементах DD1.1—DDI.4 перемножает эти сигналы. Выходной импульсный сигнал (график 3) с элемента DD1.4 подается на интегрирующую цепь R3, С1, преобразующую его в сигнал треугольной формы (график 4) с частотой, равной разности частот входных сигналов, а ОУ DA1 преобразует полученный сигнал в меандр (см. график 5). Резистором R1 регулируют длительность положительной и отрицательной полуволн выходного сигнала. Очень интересная схема. Радиоконструктору, есть над чем подумать. Например, сигнал, показанный на третьем графике, является сигналом ШИМ синусоиды.
     Конечно диапазон использования элементов «исключающее ИЛИ» намного шире. Я привел здесь на мой взгляд более интересные для радиолюбителей.

Используемая литература:
• Б.И. Горшков Элементы радиоэлектронных устройств Издательство «Радио и связь»
• Цифровые интегральные схемы М.И. Богданович Справочник Минск «Беларусь»-«Полымя» 1996

Просмотров:11 692

Метки: Логика

Логический элемент Исключающее ИЛИ | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! Сегодня мы рассмотрим последние два элемента, которые выполняют простейшие логические функции. Такими элементами являются Исключающее ИЛИ (Exclusive-OR, XOR) и Исключающее ИЛИ-НЕ (None Exclusive-OR, NXOR). Предыдущие статьи смотрите здесь, здесь, здесь и здесь.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Логический элемент

Исключающее ИЛИ, как и ранее рассмотренные логические элементы имеет несколько равноправных входов и один выход, но не один из входных выводов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал к уровню единицы или нуля. Исходя из сказанного, можно установить логику работы элемента Исключающее ИЛИ: высокий логический уровень на выходе появляется только тогда, когда только на одном из входов есть высокий уровень, а если на всех входах одновременно присутствуют сигналы логического нуля или логической единицы, то на выходе буде низкий уровень напряжения. Так же как и все остальные логические элементы элемент Исключающее ИЛИ может иметь инверсию на выходе, такой элемент называют Исключающее ИЛИ-НЕ. Логика работы такого элемента следующая: высокий уровень на выходе логического элемента Исключающее ИЛИ-НЕ появиться только в том случае, когда на всех входах одновременно присутствует сигналы лог. 0 или лог. 1. Таким образом таблица истинности логических элементов Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ будет иметь следующий вид:

Входные выводы		Тип логического элемента
1	2	Исключающее ИЛИ	Исключающее ИЛИ-НЕ
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

Элементы Исключающее ИЛИ из-за своего специфического функционала не имеют широкого применения, поэтому отдельных суффиксов в их обозначении не присутствует, они в основном входят в серию ЛП (например, К555ЛП5, КР1533ЛП12, К561ЛП2), в составе которой микросхемы с различным функционалом.

Логические элементы Исключающее ИЛИ имеют своё графическое обозначение, которое приведено ниже.

Условное графическое обозначение элементов Исключающее ИЛИ: DIN (слева) и ANSI (справа).

С точки зрения математики, элемент Исключающее ИЛИ выполняет операцию суммирования по модулю 2. Поэтому эти элементы иногда называют сумматорами по модулю два. Основное предназначение элементов Исключающее ИЛИ состоит в сравнении двух входных сигналов (когда на входы приходят два высоких или два низких логических уровня на выходе формируется лог. 0), очень часто данный элемент применяют для формирования задержки сигнала или формирования коротких импульсов.

Управляемый инвертор

Важное применение элементов Исключающее ИЛИ – управляемый инвертор. Опишем его работу. Один из входов используется как управляющий, а на другой поступает сигнал. Если на управляющем входе высокий логический уровень, то сигнал инвертируется, а если низкий, то не инвертируется. Чаще всего управляющий сигнал задаётся постоянным уровнем, определяя режим работы элемента, а информационный сигнал является импульсным. То есть элемент Исключающее ИЛИ может изменять полярность входного сигнала или фронта, а может и не изменять в зависимости от управляющего сигнала.

Элемент Исключающее ИЛИ в качестве управляемого инвертора.

Смешивание сигналов

В случае, когда имеется два сигнала и исключается их одновременный приход на элемент Исключающее ИЛИ, то он может быть использован для смешивания сигналов. Такое применение данного элемента может быть использовано в тех случаюх, когда остаются неиспользованными некоторые элементы Исключающее ИЛИ.

Применение элемента Исключающее ИЛИ для смешивания двух неодновременных сигналов.

Формирование коротких импульсов

Второе важное применение данного элемента – выделение фронта и среза входного импульса, которое традиционно делали с помощью дифференцирующего RC-звена, с последующим усилением и формированием сигнала. Микросхема с элементами Исключающее ИЛИ упрощает данную задачу.

Выделения фронта и среза импульса.

Ниже представлена схема для выделения среза и фронта входящего импульса. Входной сигнал задерживается цепочкой элементов, а затем исходный сигнал и его задержаная копия поступают на входы элемента Исключающее ИЛИ. В результате такого преобразования можно говорить об удвоении частоты входного сигнала, так как выходные импульсы следуют вдвое чаще, чем входные.

Схема реализующая выделение фронта и среза импульса.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

jsonschema — Схема JSON: XOR в обязательных полях

Задавать вопрос

спросил

6 лет, 5 месяцев назад

Изменено 4 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

Схемы JSON требуют , в котором перечислены обязательные поля в объекте JSON. Например, следующая (упрощенная) схема проверяет вызов, который отправляет текстовое сообщение пользователю:

 {
  "тип": "объект",
  "характеристики": {
    "userId": { "тип": "строка" },
    "текст": { "тип": "строка" },
  },
  "обязательно": ["userId", "текст"]
}
 

Предположим, я хочу включить отправку сообщения нескольким пользователям, т.е. иметь либо поле userId , либо массив из userId (но не оба или ни то, ни другое). Есть ли способ выразить такое условие в схеме JSON?

Естественно, в этом случае есть способы обойти проблему — например, массив

userId с одним элементом — но общий случай интересен и полезен.

• json
• jsonschema
• json-schema-validator
• required-field

Вы, вероятно, уже разобрались с этим, но это сработает, используя oneOf field014 типа .

 {
  "тип": "объект",
  "характеристики": {
    "ID пользователя": {
      "один из": [
        {
          "тип": "строка"
        },
        {
          "тип": "массив",
          "Предметы": {
            "тип": "строка"
          }
        }
      ]
    },
    "текст": {
      "тип": "строка"
    }
  },
  "обязательно": ["userId", "текст"]
}
 

Совсем не изящно, но думаю можно вырубить из всех и одного из . Что-то вроде:

 {
   "все" : [
      {
        "тип": "объект",
        "характеристики" : {
          // здесь находятся базовые свойства
        }
      },
      "один из" : [
        {
        "характеристики" : {
             "userIds": {"тип": "массив"}
          },
          "требуется": ["идентификаторы пользователей"]
        },
        {
          "характеристики" : {
             «Идентификатор пользователя»: {«тип»: «число»}
          },
          "требуется": ["идентификатор пользователя"]
        }
      ]
   ]
}
 

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

xsd — XML-схема для эксклюзива или случая?

Задавать вопрос

спросил 9 лет, 6 месяцев назад

Изменено 9 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

Любой из первых двух случаев допустим, а второй — нет. Можно ли создать xsd для этого xml или он недействителен?

 <книга />

    <книга>что-то

<
<книга>
    что-то другое

 

РЕДАКТИРОВАТЬ: Вот схема, которую я пытался использовать — я все еще очень новичок в xml, поэтому я не могу обещать, что это близко к правильному…

• xml
• xsd
• xml-validation
• eclipse-wtp

В XSD 1.