Лабораторная работа №1 Исследование логического элемента “и – не”

Цель работы: исследование статических характеристик ТТЛ логического элемента “И – НЕ”; синтез комбинационных схем на логических элементах.

1. Теоретическая часть

Основу современных цифровых устройств составляют интегральные логические элементы ЛЭ, одним из которых является элемент “2И-НЕ ” (рис. 1.1). ЛЭ “2И-НЕ ” представляет собой ключ, имеющий 2 входа, 1 выход и реализующий функцию отрицания логического произведения входных сигналов. Принципиальная схема ТТЛ ЛЭ и его условное графическое обозначение УГО приведены на рис. 1.1. Это универсальный элемент с помощью которого, в сочетании с логической парой “ИЛИ-НЕ”, возможно построение любой логической системы.

а) б)

Рисунок 1.1. – Принципиальная схема (а) и УГО на принципиальных

схемах (б) ТТЛ ЛЭ “2И-НЕ” (в режиме инвертора)

Работа ЛЭ по постоянному току описывается статической передаточной характеристикой (рис.1.2).

Рисунок 1.2. – Статическая передаточная характеристика

Работа ЛЭ по переменному току описывается схемой замещения (рис. 1.3).

На рис. 1.2 приведены рабочие точки ЛЭ: А₁ в состоянии отсечки – логическая “1”, А₀ – в состоянии насыщения – логический “0”.

– запас помехоустойчивости ЛЭ при передаче “0” и “1”, т.е. допустимая аддитивная амплитуда помехи, не вызывающая ложного срабатывания ЛЭ;

– пороговые напряжения переключения ЛЭ при переходе из “1” в “0” и из “0” в “1” соответственно.

Рисунок 1.3. – Схема замещения ТТЛ ЛЭ

Типовые значения параметров схемы замещения ТТЛ ЛЭ «И-НЕ»:

2. Порядок выполнения работы

1. Макет лабораторной работы №1

2. Экспериментально снять статическую передаточную характеристику

логического элемента DD1 “И-НЕ” в режиме инвертора.

Для того, чтобы установить передаточную характеристику логического элемента DD1 “И-НЕ” необходимо, плавно поворачивая ручкой U_вх, регулировать величину входного сигнала от нуля до значения , при котором элемент переходит из состояния логической единицы “1” в состояние логического “0”. При этом необходимо с помощью цифрового вольтметра зафиксировать пороговые значения входных напряжений и .

При измерении зафиксировать две точки на участках устойчивых состояний “1” и “0”, три значения – в переходной области.

3. Исследовать работу трехвходового логического элемента “3И-НЕ” DD5. Его функция описывается таблицей истинности. Составить таблицу истинности (табл. 1.1), для этого необходимо представить все возможные комбинации переменных x1, x2, x3 от (0,0,0) до (1,1,1) и каждой комбинации поставить в соответствие . Затем проверить эту таблицу экспериментально, для чего входы ЛЭ DD5 соединительными проводниками подключить к выходам x1, x2, x3 генератора Г, а выход этого ЛЭ – к индикатору У (его свечение соответствует высокому уровню – логическая “1”, а наоборот – логический “0”).

Рисунок 1.4. – Макет лабораторной работы №1

Нажать кнопку “Сброс” для установки генератора Г в исходное состояние. Затем нажимая кнопку “Пуск” каждый раз фиксировать выходной сигнал ЛЭ по индикатору У и определить его соответствие табл. 1.1.

Таблица 1.1 –

Таблица истинности ЛЭ “3И-НЕ”

№ п.п.

x1

x2

x3

4. С помощью передаточной характеристики логического элемента (пункт 2) определить параметры логического элемента: выходные напряжения , пороговые напряжения . Определить статическую помехоустойчивость, т.е. максимальную амплитуду помехи, которая, будучи наложенной на сигнал, не вызывает ложного срабатывания.

5. Для заданных преподавателем логических выражений 3х переменных составить таблицы истинности и реализовать их с помощью ЛЭ DD2-DD6. Данные занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2 –

Таблица истинности комбинационной схемы, реализующей функцию

F = xxxxxx.

№ п.п.

x1

x2

x3

Примечание: при реализации функции F использовать входы x1, x2, x3 ( ) генератора Г, наборное поле логической “1” и логического “0”; дизъюнктивную функцию преобразовать в конъюнктивную по правилу Де Моргана, затем собрать схему и проверить таблицу истинности с использованием индикатора У.

3. Содержание отчета

1. Схемы эксперимента.

2. Для ЛЭ “2И-НЕ”: таблица истинности, график статической передаточной характеристики и статические параметры.

3. Для элемента “3-И-НЕ”: таблица истинности.

4. Преобразование с помощью правила Де Моргана заданных логических функций F и структурные схемы реализации их в базисе “И-НЕ”.

5. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы

1. Привести передаточные характеристики для инвертирующего и неинвертирующего элемента.

2. Что такое “помехоустойчивость ЛЭ”?

3. Привести уровни логических “0” и “1”, пороги срабатывания ЛЭ для серии К155.

Лабораторная работа №2

Дешифратор и мультиплексор

Цель работы: исследовать работу дешифратора и мультиплексора.

1. Теоретическая часть

Дешифратором называется устройство, распознающее кодовые комбинации. Дешифратор имеет число входов, равное разрядности принимаемого кода n, и число выходов, равное возможному числу кодовых комбинаций N = 2ⁿ. Такое устройство вырабатывает сигнал “1” на каждом выходе только в том случае, когда на вход поступает код числа, соответствующего номеру этого выхода. Дешифратор (рис. 2.1) является полным, т.е. имеет восемь выходов, соответствующих 3х разрядному коду числа. На рис. 2.1 приведено условное графическое обозначение дешифратора, которое используется в структурных, функциональных и принципиальных схемах.

Мультиплексор (коммутатор) – устройство для переключения в определенном порядке сигналов с нескольких входов на один выход. Во многих схемах мультиплексор выполняет функцию многопозиционного переключателя. Управление мультиплексором производится по адресным и разрешающим входам. Число информационных входов N связанно с числом адресных входов n следующим выражением N = 2ⁿ.

DD

Рисунок 2.1. – Дешифратор трехразрядного кода

Набор сигналов на адресном входе определяет соединение информационных входов с выходом. Например, мультиплексор с двумя информационными входами 2x1 можно реализовать следующим образом:

Рисунок 2.2. – Мультиплексор 2x1

На принципиальных схемах мультиплексор имеет обозначение, приведенное на рис. 2.3

Рисунок 2.3. – Мультиплексор 2ⁿx1