Лаб.раб. №8 Логические элементы

Методические указания к лабораторной работе №8

Тема: «Логические элементы».

Цель:

1. Исследовать свойства элемента И.

2. Исследовать свойства элемента ИЛИ.

3. Исследовать свойства элемента НЕ.

1. Логический элемент AND (И)

Общие сведения

Логические (двоичные) элементы служат для выполнения различных логических операций над цифровыми сигналами при двоичном способе их представления. Существенная особенность двоичных цепей в том, что в них рассматриваются не столько величины напряжений, сколько двоичные сигналы. Соответствие между напряжениями и двоичными сигналами устанавливается произвольно. Чаще всего используются дискретные сигналы, нулевому значению которых соответствует уровень низкого электрического потенциала, а единичному значению - уровень высокого потенциала (положительного или отрицательного). Возможны и другие соответствия.

Свойства логических элементов подчиняются правилам Булевой алгебры. Это означает, в частности, что входные переменные логических элементов следует обозначать строчными, а выходные переменные - прописными буквами.

Основные Булевы (логические) функции следующие:

1. Функция AND (И) - конъюнкция (логическое умножение).

2. Функция OR (ИЛИ) - дизъюнкция (логическое сложение).

3. Функция NOT (НЕ) - инверсия (логическое отрицание).

Дополнительно существуют такие комбинации как:

функция NOT AND (И - НЕ),

функция NOT OR (ИЛИ - НЕ) и др.

Элемент И имеет несколько входов и один выход. Выход приобретает значение 1 только тогда, когда все входы данного логического элемента имеют значение 1. Его условное обозначение показано на рисунке 8.1 а.

Экспериментальная часть

Исследовать свойства элемента И с тремя входами со следующим соответствием сигналов

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.1 б). Подайте последовательно

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала,

ко входам х₁, х₂ и х₃, как указано в таблице 8.1. Занесите соответствующие значения выходного сигнала (0/1) в таблицу.

Рисунок 8.1

Таблица 8.1

Входные сигналы			Выходные сигналы
х1	х2	х3	F
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Примечание: Разомкнутые входы логического элемента не имеют состояния определенного сигнала. Поэтому состояния выходной переменной при разомкнутых входах не несут какой-либо определенной информации.

2. Логический элемент OR (ИЛИ)

Общие сведения

Элемент ИЛИ имеет несколько входов и один выход. Выход приобретает значение 1, когда хотя бы один вход данного логического элемента имеет значение 1. Его условное обозначение показано на рисунке 8.2 а.

Экспериментальная часть

Исследовать свойства элемента ИЛИ с тремя входами со следующим соответствием сигналов

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.2 б). Подайте последовательно

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала,

к входам х₁, х₂ и х₃, как указано в таблице 8.2. Занесите соответствующие значения выходного сигнала (0/1) в таблицу.

Рисунок 8.2

Таблица 8.2

Входные сигналы			Выходные сигналы
х1	х2	х3	F
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Примечание: Разомкнутые входы логического элемента не имеют состояния определенного сигнала. Поэтому состояния выходной переменной при разомкнутых входах не несут какой-либо определенной информации.

3. Логический элемент NOT (НЕ)

Общие сведения

Логические элементы НЕ отрицают входной сигнал, т.е. они преобразуют сигналы 1 в сигналы 0 и наоборот. Они всегда имеют по одному входу и одному выходу. Используются наряду с другими элементами в цифровых инверторах и логических устройствах. Условное обозначение элемента НЕ показано на рисунке 8.3 а.

Экспериментальная часть

Проведя необходимые измерения, исследовать свойства элемента НЕ.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.3 б). Подайте на вход сначала 0 В (сигнал 0), а затем +15 В (сигнал 1). Занесите соответствующие значения выходного сигнала (1/0) в таблицу 8.3

Рисунок 8.3

Таблица 8.3

Входной сигнал	Выходной сигнал
х	F
0
1

4. Логический элемент NOT AND (И - НЕ)

Общие сведения

Элемент И - НЕ состоит из элемента И, сопровождаемого элементом НЕ. Элементы И - НЕ предпочтительны для использования в цифровых цепях, так как все основные цепи (И, ИЛИ и НЕ) можно смоделировать с помощью этого элемента. Условное обозначение элемента И - НЕ и его функциональный эквивалент показаны на рисунке 8.4 а и 8.4 б.

Экспериментальная часть

Производя измерения, исследовать свойства элемента И - НЕ с тремя входами со следующим соответствием сигналов

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.4 в). Подайте последовательно

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала,

к входам a, b и c, как указано в таблице 8.4. Занесите соответствующие значения

выходного сигнала (0/1) в таблицу.

Рисунок 8.4

Таблица 8.4

Входные сигналы			Выходные сигналы
х1	х2	х3	F
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Примечание: Разомкнутые входы логического элемента не имеют состояния определенного сигнала. Поэтому состояния выходной переменной при разомкнутых входах не несут какой-либо определенной информации.

5. Логический элемент NOT OR (ИЛИ - НЕ)

Общие сведения

Элемент ИЛИ - НЕ состоит из элемента ИЛИ, сопровождаемого элементом НЕ. Как и элемент И - НЕ, элемент ИЛИ - НЕ предпочтителен к использованию в цифровых цепях, поскольку с его помощью можно строить основные элементы И, ИЛИ и НЕ. Условное обозначение элемента ИЛИ - НЕ и его функциональный эквивалент показаны на рисунке 8.5 а и 8.5 б.

Экспериментальная часть

Производя измерения, исследовать свойства элемента ИЛИ - НЕ с тремя входами со следующим соответствием сигналов

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно схеме (рисунок 8.5 в). Подайте последовательно

0 В º сигнал 0 º уровень низкого потенциала,

+15 В º сигнал 1 º уровень высокого потенциала,

к входам a, b и c, как указано в таблице 8.5. Занесите соответствующие значения выходного сигнала (0/1) в таблицу.

Рисунок 8.5

Таблица 8.5

Входные сигналы			Выходные сигналы
х1	х2	х3	F
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

Примечание: Разомкнутые входы логического элемента не имеют состояния определенного сигнала. Поэтому состояния выходной переменной при разомкнутых входах не несут какой-либо определенной информации.

Вопросы:

1. Какова формула операции элемента И?

2. Когда выходной сигнал элемента И имеет величину 1?

3. Какова формула операции элемента ИЛИ?

4. При каких условиях на входах выходной сигнал элемента ИЛИ имеет величину 1?

5. Какова формула операции элемента НЕ?

6. Какова формула операции элемента И - НЕ?

7. При каких входных сигналах выходной сигнал элемента И - НЕ имеет величину 0?

8. Какова формула операции элемента ИЛИ - НЕ?

9. При каких условиях на входах выходной сигнал элемента ИЛИ - НЕ имеет величину 0?

7