V předmětu číslicová technika se budeme zabývat funkcí a využitím číslicových (logických) obvodů.

V reálném světě se můžeme setkat se dvěma druhy signálů.

1. Spojitými (analogovými): analogové signály mohou nabývat spojitě všech hodnot v jistém intervalu. Mezi ně patří například velikost napětí na svorkách snímače teploty, které je přímo úměrné teplotě, nebo velikost napětí na výstupu mikrofonu, které je přímo úměrné okamžitému tlaku zvukové vlny, případně velikost napětí na výstupu regulátoru, kterým regulujeme průtok regulačním ventilem. Název analogové mají proto, že signál je „analogický“ (podobný, srovnatelný) hodnotě, kterou představuje.

2. Diskrétními: diskrétní signály mohou nabývat pouze několika hodnot. Mohou to být například: číslice při zobrazení čísel ve dvojkové soustavě nebo hlášení o dosažených hodnotách řízených veličin. Mezi ně patří například hlášení o dosažení požadované teploty, maximální povolené hodnoty tlaku, minimální výšce hladiny, nebo pokyny k otevření uzavíracího ventilu při logickém řízení technologických procesů. V obou případech jde o signály dvouhodnotové (binární).

V současné době je tendence, kde je to možné, převádět analogové signály na digitální a zpracovávat je počítači nebo mikrokontrolery.

Na stejném principu potom můžeme číslicově, digitálně, zpracovávat informace o zapnutí vypínačů, kontaktů termostatů atd. při logickém řízení technologických procesů i po převedení analogového signálu na digitální výpočetní techniku aplikovat například na spojitou regulaci teploty nebo na přenos a spojování hovorových signálů v telekomunikační technice.

Logické proměnné a logické funkce

Logická proměnná x_i, kde i nabývá hodnot od 1 do n, je veličina, která může nabývat pouze hodnot 0 nebo 1. Logická funkce

f(x₁, x₂, ... , x_n)

n logických proměnných x₁, x₂, ... , x_n je funkce, která může nabývat pouze hodnot 0 nebo 1.

Ve výpočetní technice logické hodnoty označují číslice 0 a 1 ve dvojkové číselné soustavě. Při logickém řízení podávají informace o tom, zda se řízená veličina nalézá v pásmu určitých hodnot nebo určují zásahy do řízeného procesu. Například rozepnutí kontaktu termostatu odpojí topné těleso ve varné konvici od zdroje elektrického napětí.

V elektronických obvodech je hodnota logické 0 realizována nízkou a logická hodnota 1 vysokou úrovní napětí. (Platí v případě tzv. pozitivní logiky.) Nízká úroveň je označována L (angl. Low), vysoká H (angl. High). Obě napěťové úrovně se nachází pásmech hodnot, které jsou od sebe bezpečně odděleny a přechod mezi nimi (tzv. přechodový jev) musí probíhat dostatečně rychle.

V případě kontaktních zapojení jsou logické hodnoty dány proudem protékajícím kontakty tlačítek, přepínačů, termostatů, reléových obvodů atd. V kontaktních zapojeních využíváme skutečnosti, že při sepnutém kontaktu proud kontaktem protéká a při rozepnutém kontaktu neprotéká. Velikou výhodou je galvanické oddělení obsluhujícího personálu a elektronických obvodů od silových částí řízeného stroje nebo provozu. Vhodně zapojené kontaktní obvody mohou také zabránit mnoha nebezpečným situacím při chybách obsluhy nebo poruchách techniky.

Jednoduché realizace základních logických obvodů

Potřebné logické operace můžeme realizovat pomocí jednoduchých obvodů s použitím polovodičových diod, tranzistorů a rezistorů. (Spolehlivější a kvalitnější realizace vyráběných a dodávaných obvodů je složitější.)

Diodové logické členy AND a OR

Diodové logické obvody jsou složeny z polovodičových diod a rezistorů. Z nich se sestavují složitější logické sítě. Protože jsou pasívní je třeba za každý druhý stupeň zařazovat zesilovače.

AND: Pokud je na všech diodách kladné napětí (log. 1), jsou všechny diody uzavřené a na výstup je připojeno přes rezistor kladné napětí zdroje +U (log. 1). Pokud je alespoň na jedné diodě napětí u_i≐0 V (log. 0), je tato dioda otevřená a na výstup je připojeno malé vstupní napětí navýšené o přibližně 0,7 V (log. 0). Tím je splněn požadavek na logický součin.

OR: Pokud je na všech diodách napětí u_i≐0 V, (log. 0) jsou diody uzavřeny a na výstup je přes rezistor ze záporného pólu zdroje přiváděno napětí U≐0 V (log. 0). Pokud je alespoň na jedné diodě kladné napětí (log. 1), je tato dioda otevřená a na výstup je připojeno kladné napětí zdroje snížené o přibližně 0,7 V (log. 1). Tím je splněn požadavek na logický součet.

Invertor

Invertor je logický člen, který realizuje funkci logické negace, tj. y=x, v elektronických logických obvodech pomocí rezistorů a tranzistorů.

Pokud je na vstupu tranzistoru napětí u_iU≐0 V (log. 0), neteče vstupním obvodem tranzistoru žádný proud. Za těchto okolností neteče proud ani výstupním obvodem tranzistoru. Na výstup je přes rezistor připojeno kladné napětí zdroje (log.1). Pokud je na vstup tranzistoru připojeno přes rezistor kladné napětí zdroje (log.1), protéká vstupním obvodem proud. Tranzistor jej několika set násobně zesílí, otevře se a tím se na výstupu obvodu objeví napětí U≐0 V (log. 0). Obvod tedy provádí funkci logické negace.

Bistabilní klopný obvod