构建继电器计算机（第1部分）：Y开关

文章：javier piay

英语中的“Y”听起来像西班牙语(我的母语)中的“guay”，是一种俗语或俚语，意思是“酷”。用双关语开始听起来是个不错的主意，但事实是我确实相信Y键真的很酷。

虽然这个术语不是很常用(如果曾经使用过)，但我认为它非常描述或说明了这个开关的工作方式。图1显示了Y型开关的原理图。它包括一个可控制的开关，该开关可以改变其位置，并将一个端子连接到其他两个端子中的任何一个。

图1. Y开关原理图（来源：javier Piay）

由于各种自适应的动作或刺激可能发生这种变化：在没有这种刺激的情况下，手动，机械，电气，电子等，开关保持在其静止/断电位置，连接所谓的公共端子（COM）到所谓的常闭终端（NC）。如果应用刺激，则开关将改变为其有功/通电位置，将COM端子连接到所谓的正常开放端子（NO）。

Y开关也被称为我家的或转换这种开关通常被称为单极双掷(SPDT)开关(参见“开关弹跳和去抖动（第1部分）：交换机类型“）。

图2显示了Y开关的不同实现。从左到右，通过手动，机械，电气和电子方式控制或操作所示的设备。不言而喻，有类似的设备实现其他类型的交换机，如单杆，单掷（SPST），双极，单掷（DPST），双极，双掷（DPDT）等。

图2.从左到右，旨在通过手动，机械，电气和电子方式操作的Y开关。（来源：javier Piay）

任何电动开关通常被称为继电器（图2中的第二列）。与其他形式的交换机一样，机电继电器具有各种类型，包括SPST，SPDT，DPST，DPDT等。

图3显示了Y或SPDT继电器的示意图。将使开关的COM终端翻转在NC和NO终端之间的电刺激（输入信号）连接到标记为S的第四终端（意为“选择”）。

图3. SPDT继电器示意图（来源：javier Piay）

SPDT继电器是我们将在继电器计算设计和仿真项目中使用的主要组件(如果不是唯一的组件)。作为构建阶段,实施/我现在更倾向于使用这个设备的电子版本(第一列在图2)的可观的原因和它的体积小(三个或四个开关/ IC),非常低的价格(3美分/开关),快速原型(试验板兼容),非常广泛的数字和模拟信号电平，并易于耦合到其他电子设备(如果需要)。

在SPDT继电器(或电子开关)的四个端子/引脚中，只有S始终作为输入。在某些使用场景中，COM终端作为输入，NC和NO终端都作为输出。在其他使用场景中，NC和NO终端作为输入，COM终端作为输出。与任何开关一样，一旦继电器成为更大的电路的一部分，这些配置就会自动采用。

图4示出了上述配置。出于演示目的，左侧的SPDT继电器的COM端子配置为输出。在这种情况下，NC和NO终端都可以携带逻辑0（暗绿色）或逻辑1（浅绿色）值，并且继电器在这些终端之间选择并将所选择的信号传递给COM输出。由于该继电器被示出为非活动或断电（S = 0），因此COM输出反映了NC输入上的逻辑0值。

图4。SPDT继电器允许的输入/输出(I/O)配置。（来源：javier Piay）

通过对比，将右侧SPDT继电器的COM端配置为输入端。由于这个继电器被显示为有功或通电(S = 1)， NO输出反映了COM输入上的逻辑1值;同时，NC输出处于高阻抗(Z)状态，这意味着其他继电器可以安全地将逻辑0或1值驱动到连接到这个终端的信号(即导线)上。

在基于继电器的二进制或数字计算中，大多数(如果不是全部)继电器在计算模块/系统中执行逻辑功能和实现逻辑门，与执行功率和负载切换的独立继电器的通用应用相反。

SPDT继电器之所以这么酷是因为它实际上是一个通用逻辑门在自己的权利;也就是说，它可以用于实现任何双输入逻辑功能。通过刚刚意识到图4中的左侧的SPDT继电器充当多路复用器（MUX），可以容易地证明这一点可以很容易地证明，众所周知，该组件是通用逻辑门。

MUX:如果S等于0，则设置COM为NC，否则设置COM为NO。

相比之下，图4中的右侧的SPDT继电器充当多路分解器（DEMUX）。

解除：如果S等于0，则设置NC为COM，否则设置NO为COM。

图5显示了如何使用SPDT继电器实现任何原始逻辑门以及完整加法器。

图5. SPDT继电器作为通用逻辑门，实现任何原始逻辑门和完整加法器。（来源：javier Piay）

不是:如果A等于0，则将输出设置为1，否则将输出设置为0。

和：如果A等于0，则将输出设置为（0），否则将输出设置为B.

或者:如果A等于0，则将output设为B，否则将output设为A(1)。

XOR：如果a等于0，则将输出设置为b，else设置为not b。

NAND:如果A等于0，则将output设置为NOT A(1)，否则将output设置为NOT B。

也不：如果A等于0，则将output设置为NOT B，否则将output设置为NOT A(0)。

XNOR:如果A等于0，那么将output设置为NOT B，否则将output设置为B。

完整加法器（S = A + B + CIN）：s =一个xor b xor cin。如果XOR B等于0，则将COUT设置为A，否则将COUT设置为CIN。

作为“建立继电器计算机”迷你系列的第1部分中的最终示例，图6显示了使用SPDT继电器的4:16解码器的实现。

图6.使用SPDT继电器的4:16解码器实现。（来源：javier Piay）

我希望你发现了这篇文章有趣的未来继续阅读列在这个短篇,我们将讨论如何构建基于寄存器、计数器、一个算术逻辑单元(ALU),和其他计算模块,最终使我们能够构建一个继电器计算机,所有基于不起眼的“Y”开关的概念。