Лабораторная работа логические элементы. Исследование работы основных логических элементов

Транскрипт

1 16 Исследование логики работы логических элементов Цель работы Ц елью работы является закрепление знаний основ алгебры логики и получение навыков в исследовании логических элементов и соединении их в простейшие комбинационные схемы.

2 17 к 1. Сведения из теории омбинационные схемы состоят из логических элементов. Логическим элементом называется простейшая часть цифровой схемы, которая выполняет логические операции над логическими переменными. При использовании интегральных микросхем такими элементами обычно являются элементы типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Работа логических элементов описывается таблицами истинности. На электрических функциональных схемах логические элементы отображаются в виде условных графических обозначений (УГО). Условные графические обозначения логических элементов на два входа приведены на рис 2.1а 2.1д. Таблицы истинности для этих элементов имеют вид, показанный в табл НЕ 2И 2ИЛИ 2И-НЕ 1 1 а) б) в) г) д) Рис Условные графические обозначения логических элементов Таблица 2.1 Таблица истинности логических элементов В х о д ы Т и п э л е м е н т а a b НЕ 2И 2ИЛИ 2И-НЕ 2ИЛИ-НЕ У = а У = аb У = a v b Y = ab Y = a v b Для записи логической функции в СДНФ (совершенная дизъюнктивная нормальная форма) по таблице истинности необходимо для каждой строки таблицы, в которой функция У принимает значение «1», записать логическое произведение (конъюнкцию) входных переменных (для табл. 2.1 имеются в виду переменные a и b). При этом если переменная в данной строке принимает значение «0», то в конъюнкции она записывается с инверсией. Далее при необходимости следует минимизировать полученную функцию.

3 18 2. Краткое описание лабораторной установки В качестве лабораторной установки используется стенд типа УМ-11. Основу стенда составляют блок питания, генераторы синхроимпульсов и одиночных импульсов, набор логических элементов и триггеров, а также элементы индикации и управления. Входы и выходы всех элементов выведены на переднюю панель стенда в виде контактных гнезд. На передней панели стенда имеются условные графические обозначения логических элементов и триггеров. С помощью специальных проводов с наконечниками можно соединять элементы друг с другом, подавать на входы элементов сигналы от генераторов или с переключателей, а также наблюдать значения сигналов с помощью индикаторных лампочек или с помощью осциллографа. Фрагмент передней панели стенда показан на рис Рис Фрагмент панели стенда УМ-11 Кроме элементов на 2, 3 и 4 входа, показанных на рис. 2.2, на передней панели имеется также элемент И-НЕ на 8 входов. Такой набор элементов соответствует серии 155 интегральных микросхем. Таким образом, с помощью стенда можно собирать комбинационные схемы и проверять правильность их работы.

4 19 3. Порядок выполнения работы Задание 1. Исследовать логику работы элемента 2И-НЕ. Для этого собрать на стенде схему, приведенную на рис При построении схемы использовать переключатели, с помощью которых на вход элемента можно подавать сигналы «0» и «1». сигналы на выходе наблюдать по состоянию индикаторной лампочки. При сборке схемы следует обратить внимание на то, что каждый переключатель может задавать значение одной переменной. При этом переключатель имеет два выхода: прямой (верхний) и инверсный (нижний). Так что с верхнего выхода переключателя можно получить прямое значение переменной, а с нижнего инверсное значение (рис. 2.3). Само прямое значение переменной зависит от положения переключателя: в верхнем положении переключателя переменная равна «1», в нижнем «0». Соответственно инверсное значение будет обратным. С помощью переключателей подать на вход схемы все комбинации сигналов «а» и «b»,» и занести полученные значения выходных сигналов в таблицу истинности. Сравнить полученную таблицу с данными табл. 2.1.для элемента 2И-НЕ. В отчет занести: собранную схему, УГО элемента 2И-НЕ и полученную таблицу истинности. +5V a 1 a b Y 1 b Рис Схема для исследования элемента 2И-НЕ Задание 2. Исследовать логику работы элемента 3И-НЕ. Для этого собрать схему, аналогичную схеме рис Проверить логику работы схемы при различных значениях входных сигналов и составить таблицу истинности. Задание 3. Исследовать логику работы элемента НЕ, реализованного на основе элемента 2И-НЕ. Для этого собрать схему, приведенную на рис. 2.4,. и дополнить ее переключателем и индикаторной лампочкой. Рис Реализация схемы НЕ на элементах 2И-НЕ

5 20 Проверить логику работы схемы при различных значениях входного сигнала и сравнить ее с данными табл. 2.1 для элемента НЕ. Задание 4. Собрать схему, приведенную на рис. 2.5, и исследовать логику ее работы. Составить таблицу истинности и сравнить ее с данными табл. 2.1 для элемента 2И. Рис Схема реализации схемы И на элементах И-НЕ Задание 5. Собрать схему, приведенную на рис.2.6, и исследовать логику ее работы. Составить таблицу истинности и сравнить ее с данными табл. 2.1 для элемента 2ИЛИ. Рис Схема реализации схемы ИЛИ на элементах И-НЕ Задание 6. Собрать схему, приведенную на рис. 2.7, и исследовать логику ее работы. Составить таблицу истинности и сравнить ее с таблицей истинности для элемента 2И-2ИЛИ. Рис Пример схемы на элементах И-НЕ 4. Содержание отчета 1. Тема, цель работы, 2. Результаты выполнения заданий. По каждому заданию привести схему эксперимента, УГО исследуемого элемента и таблицу истинности. 3. Анализ полученных результатов. 4. Выводы по работе.

6 21 5. Контрольные вопросы 1. Что такое логическая функция? 2. Что такое логический элемент? 3. Поясните логику работы элемента НЕ. 4. Поясните логику работы элемента И. 5. Поясните логику работы элемента ИЛИ. 6. Поясните логику работы элемента И-НЕ. 7. Поясните логику работы элемента ИЛИ-НЕ. 8. Что такое таблица истинности? 9. Как по таблице истинности записать логическую функцию в СДНФ? 10. Как из элементов И-НЕ построить схему НЕ? 11. Как из элементов И-НЕ построить схему И? 12. Как из элементов И-НЕ построить схему ИЛИ? 13. Какую функцию реализует схема, приведенная на рис. 2.7.

23 1. Общие сведения о комбинационных схемах Комбинационные схемы состоят из логических элементов. При использовании интегральных микросхем такими элементами обычно являются элементы типа И-НЕ, ИЛИ-НЕ,

Лабораторная работа 8 Моделирование простейших логических схем Цель работы моделирование логических функций при помощи логических элементов. Рабочее задание Домашнее задание. В соответствии с заданным

Назначение программы 34 1. Краткое описание программы Программа Electronics Workbench предназначена для моделирования электронных схем (аналоговых и цифровых) и позволяет изображать схемы на экране и моделировать

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ Методические указания

Лабораторная работа 10 Моделирование триггеров и регистров Цель работы приобретение практических навыков построения и исследования различных типов триггеров и регистров. Рабочее задание 1 Домашнее задание

Работа 8. Исследование мультиплексоров Цель работы: изучение принципов построения, практического применения и экспериментального исследования мультиплексоров Продолжительность работы 4 часа. Самостоятельная

Практическая работа 1 Анализ и синтез логических и релейных систем управления ВВЕДЕНИЕ Устройства дискретного действия, выполненные на элементах гидро-, пневмо- и электроавтоматики, и управляющие микропроцессоры

Министерство образования и науки и РФ Федеральное автономное образовательное учреждение высшего образования ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения ЭЛЕКТРОННЫЙ

Название теста: Схемотехника Предназначено для студентов специальности: спец._ис_(2 курс_3_ г.о.) Отделение рус. ОЧНОЕ Текст вопроса 1 Дайте определение понятию символ 2 Дайте определение понятию код

Работа ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕШИФРАТОРОВ Цель работы: изучение принципов построения и методов синтеза дешифраторов; макетирование и экспериментальное исследование дешифраторов В процессе самостоятельной подготовки

Работа 1 Исследование работы логических элементов 1. Цель работы Целью работы является исследование принципа действия цифровых логических элементов (ЛЭ). 2. Методические указания 2.1. ЛЭ и операция логического

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" Факультет: Московский институт электроники и математики

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Щербакова Т.Ф., Култынов Ю.И. Комбинационные и последовательные узлы цифровых

Работа. СИНХРОННЫЕ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ТРИГГЕРЫ Цель работы изучение принципов построения и схем, статических и динамических режимов работы синхронных двухступенчатых триггеров. Продолжительность работы часа..структура

Лекция 5 Синтез комбинационных схем на дешифраторах Определение и классификация Дешифратором называют комбинационное устройство, которое в общем случае преобразует один тип двоичного кода в другой. Наиболее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 «Исследование работы Шифраторов и Дешифраторов» 1 Цель работы: 1.1 Ознакомление с основными характеристиками интегральных преобразователей кодов: дешифраторов, шифратораторов. 2 Литература:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) А.Т. КОБЯК ТРИГГЕРЫ Методическое пособие к лабораторной работе МОСКВА 2004 ТРИГГЕРЫ Триггером

Методическое пособие для учащихся по информатике Тема 1. Формы представления логических функций (совершенные дизъюнктивные и конъюнктивные нормальные формы) Приложение 2.19.5 Если логическая функция представлена

222 Лабораторная работа 13 Синтез и моделирование работы преобразователя кода 1. Цель работы Освоить порядок синтеза и моделирования преобразователя кода с помощью программы Multisim 11.0.2. 2. Общие сведения

Лабораторная работа 1 Цифровая логика компьютера. 1. Цель работы Целью работы является изучение логических элементов компьютера и их таблиц истинности, а также построение триггеров в программе Logisim.

Исследование логической микросхемы КЛА7 Цель работы изучить устройство и принцип действия логической микросхемы КЛА7. Общие сведения Интегральная схема КЛА7 содержит элемента И-НЕ, построенных на КМОП-структурах.

«ЛОГИКА-М» Учебно-лабораторный стенд Техническое описание и инструкция по эксплуатации Содержание стр. 1. Назначение... 2 2. Технические характеристики... 2 3. Конструкция стенда... 3 4. Лабораторная работа

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению контрольной работы по дисциплине «Элементы систем автоматики» студентами заочного факультета Направление подготовки 000-Электроэнергетика и электротехника

Решение задач с использованием конъюнктивной нормальной и дизъюнктивной нормальной форм Лапшева Елена Евгеньевна, ПРЦНИТ СГУ, МОУ «Физико-технический лицей г Саратова» 6 февраля 2007 г В задачниках по

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский Государственный Технический Университет ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ Методические указания к выполнению

3. Элементы схемотехники. Логические схемы Цели: - познакомиться с элементами и принципами построения логических схем; - закрепить понимание основных законов алгебры логики; - учиться упрощать логические

Контрольно-оценочные средства для проведения текущего контроля по МДК.01.01 Цифровая схемотехника (2 курс, семестр 2018-2019 уч. г.) Текущий контроль 1 Форма контроля: Практическая работа (Опрос) Описательная

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 СИНТЕЗ КОМБИНАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ ПО ЗАДАННОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ Цель работы: 1. Изучение способов синтеза комбинационных устройств по заданной логической функции. 2. Построение комбинационных

Лабораторная работа 9 Моделирование комбинационных устройств Цель работы изучение форм представления чисел в цифровых устройствах и исследование схем комбинационных цифровых устройств дешифраторов, мультиплексоров

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Методические указания

Логические модели переключательных схем Обработка б информации Физический принцип обработки информации подлежащая преобразованию информация кодируется последовательностью импульсов, обработка которых происходит

Работа. Синхронные одноступенчатые триггеры со статическим и динамическим управлением записью Цель работы изучить схемы асинхронного -триггера, который является запоминающей ячейкой всех типов триггеров,

Лабораторная работа 11 Моделирование счетчиков импульсов Цель работы изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих двоичных счетчиков, а также счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным

Лабораторная работа 2. Триггеры Цель: Изучение назначения и принцип работы устройств триггера. Знакомство с базовыми устройствами триггер из библиотеки EWB. Оборудование: Электронная лаборатория Electronics

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ Тема 2 Логические схемы и их минимизация И.В. Музылёва 23 Основные понятия алгебры логики http://cifra.studentmiv.ru Логические схемы Составление таблиц истинности для логических

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 RS И D-ТРИГГЕРА Цель занятия: построение и ознакомление с работой основных схем RS и D триггеров с помощью инструментальных средств цифровой части пакета EWB, закрепления теоретического

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1.1. Изучить функциональные и электрические характеристики АЛУ на ИМС К155 ИП3. 1.2. Получить практические навыки по исследованию работы ИМС АЛУ, путем подачи входных воздействий, наблюдения

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1.1. Изучить функциональные и электрические характеристики дешифраторов на ИМС К 155 ИД4; К 155 ИД7; 1.2. Получить практические навыки по исследованию работы ИМС дешифраторов путем подачи

Тема 4. Логические основы ЭВМ 1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ... 1 2. ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ... 4 3. ПОНЯТИЕ О МИНИМИЗАЦИИ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ... 6 4.ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ...

Направление 09.03.03 Информатика 1.2 Лекция «Логические основы информатики» Лектор Молнина Елена Владимировна Старший преподаватель кафедры Информационных систем, ауд.9, гл.корпус. mail: [email protected]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОСТЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ Цель работы: исследование коэффициента передачи и сдвига фаз между силой тока и напряжением в цепях, состоящих из последовательно

Контрольное задание В зависимости от выданного варианта Вам необходимо построить КЛС дешифратора, шифратора, мультиплексора или сумматора. Вариант 7 в десятичное: «7» 7 «7» 7 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0

Поправку и у вас есть все шансы научиться разбираться в людях. В результате проведенного исследования было выявлено, что большая часть студентов использует язык жестов и частично понимает значение телодвижений.

3 Лекция 3. КОМБИНАЦИОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА План. Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов.. Мультиплексоры и демультиплексоры. 3. Сумматоры.. Выводы.. Шифраторы, дешифраторы и преобразователи

Электроника и МПТ Синтез логических схем по заданной функции Представление логических функций (ЛФ) 3 способа представления логических функций:. графиком (в виде временной диаграммы напряжения); 2. аналитическим

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Методические указания Ульяновск 2006 1 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ» Рис. 1. Общий вид лабораторного стенда 1 Работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ 1. Цель работы Ознакомление с основными функциями и тестирование

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання лабораторних робіт та практичних занять з дисципліни «АРХІТЕКТУРА КОМП ЮТЕРІВ» для студентів

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ Кафедра вычислительных машин, комплексов, систем и сетей Курсовая

{ основные понятия - составление сложных выражений - таблицы истинности - законы логики высказываний - примеры } Исходным понятием логики высказываний является простое или элементарное высказывание. Это

Лабораторная работа 3 Схемы на D-триггерах Кафедра ВС СибГУТИ 2012 год Содержание 1. Цели работы:... 3 2. Триггер в счётном режиме... 3 3. Делитель... 3 4. Описание микросхем К176ТМ1 и К176ТМ2... 4 5.

АРХИТЕКТУРА ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Лекция 3. Логические основы ЭВМ, элементы и узлы. Преподаватель Цвелой Владимир Андреевич ЦЕЛЬ: ИЗУЧИТЬ ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ, ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНАЦИОННЫХ

Глава 3 ЛОГИКА И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРА 3.1. Алгебра логики Первые учения о формах и способах рассуждений возникли в странах Древнего Востока (Китай, Индия), но в основе современной логики лежат

1 Простейшие преобразователи информации Математическая логика с развитием вычислительных машин оказалась в тесной взаимосвязи с вычислительной математикой, со всеми вопросами конструирования и программирования

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1.1. Изучить функциональные и электрические характеристики полупроводниковых ПЗУ на ИМС К155ПР6, К155ПР7. 1.2. Получить практические навыки по исследованию работы ИМС ПЗУ К155ПР6, К155ПР7

Содержание Предисловие 14 Глава 1. Цифровые системы и представление информации 19 1.1. Цифровые системы 19 1.1.1. Управляющие системы 20 Логические сигналы и функции 21 Положительная и отрицательная логика

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.

А.И.Недашковский Лабораторная работа Асинхронные и синхронные счетчики импульсов Цель работы знание структур построения, параметров и режимов работы счетчиков импульсов, умение анализировать их работу,

Министерство образования Российской Федерации ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра приборостроения Е. А. Корнев МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по дисциплинам «Вычислительная техника»,

Открытый урок «Построение логических схем. Базовые логические элементы». Тип урока: комбинированный (проверка знаний учащихся, изучение нового материала). Класс: 10 А класс Дата проведения: 17.01.2009г.

Лабораторная работа 2. Исследование работы триггеров. Кафедра ВС СибГУТИ 2012 год Содержание 1. Цель работы:... 3 2. Общие сведения... 3 3. Асинхронный RS-триггер... 4 4. Синхронный одноступенчатый D-триггер....

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Задание на работу Измерить вибрации при установке машины без амортизаторов и с амортизаторами. По результатам измерений определить эффективность виброизоляции машины. В усложненных

Цель работы . Ознакомление с основными функциями и законами алгебры логики, характеристиками логических микросхем, основами анализа и синтеза простых и сложных логических схем.

Краткие теоретические сведения.

Анализ работы цифровых устройств и синтез логических цепей производится на основе математического аппарата алгебры логики или «булевой» алгебры, оперирующей только двумя понятиями: истинным (логическая «1») и ложным (логический «0»). Функции, отображающие такую информацию, а также устройства, формирующие функции алгебры логики, называются логическими. Логические функции нескольких переменных определяют характер логических операций, в результате которых набору входных переменных x 0 , x 1 ,…, x n -1 ставится в соответствие выходная переменная F

F = f (x 0 , x 1 ,…, x n -1 ).

Функция преобразования характеризуется таблицей, в которой каждой комбинации входных переменных соответствует значение выходной переменной F . Ее называют таблицей истинности.

Основными функциями алгебры логики, с помощью которых можно осуществлять любые логические преобразования, являются логическое умножение (конъюнкция), логическое сложение (дизъюнкция) и логическое отрицание (инверсия).

Алгебра логики позволяет преобразовывать формулы, описывающие сложные логические зависимости, с целью их упрощения. Это помогает в конечном итоге определять оптимальную структуру того или иного цифрового автомата, реализующего любую сложную функцию. Под оптимальной структурой принято понимать такое построение автомата, при котором число входящих в его состав элементов минимально.

Основные законы алгебры логики .

Переместительный закон:

a + b = b + а; ab = ba .

Сочетательный закон:

(a + b) + c = a + (b + c); (ab)c = a(bc).

Распределительный закон:

a(b + c) = ab + ac; a + bc = (a + b)(a +c).

Закон поглощения:

a + ab = a(1 + b) = a; a(a + b) = a + ab = a.

Закон склеивания:

ab + a = a ; (a + b )(a + ) = a .

Закон отрицания:

или
.

Логические элементы . Логические элементы используют в качестве значений входных и выходных напряжений лишь два уровня: «высокий» и «низкий». Если логическому «0» соответствует напряжение низкого уровня, а логической «1» – высокого, то такую логику называют положительной, и наоборот, если за логический «0» принимают напряжение высокого уровня, а за логическую «1» – напряжение низкого уровня, то такую логику называют отрицательной. В транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ) напряжение логического «0» – U 0 составляет десятые доли вольт (менее 0,4 В), а напряжение логической «1» – U 1 >2,4 В. Логические элементы реализуют простейшие функции или систему функций алгебры логики.

	Таблица 1

ростейшей функцией алгебры логики является функция НЕ. Она реализуется с помощью инвертора, условное графическое обозначение которого приведено на рис. 1. На вход инвертора подается величинаX , которая может принимать два значения: «0» и «1». Выходная величина Y , при этом тоже принимает два значения: «1» и «0». Взаимно однозначное соответствие X и Y дается таблицей истинности (табл. 1), причем значение выходной величины Y зависит не от предыдущих значений, а лишь от текущего значения входной величины X : Y =

Это справедливо для всех логических элементов, не имеющих памяти, у которых в таблице истинности значение Y не зависит от порядка строк.

		Таблица 2

огическими элементами, реализующими функции логического сложения и логического умножения, являются элементы ИЛИ и И. Таблицы истинности для этих элементов однозначно связывают значение выходной величиныY со значениями двух (или более) входных величин х l , х 2 , ... x n . Условные графические обозначения логических элементов ИЛИ и И приведены соответственно на рис. 2 и 3, а их таблицы истинности – в таблицах 2 и 3. Например, для логического элемента 2-ИЛИ, реализующего дизъюнкцию

Y = х l + х 2 или Y = х l  х 2 ,

а для элемента 2-И, реализующего конъюнкцию

Y = х l  х 2 или Y = х l  х 2 .

		Таблица 3

а наборе логических элементов И, ИЛИ, НЕ можно реализовать любую сколь угодно сложную логическую функцию, поэтому данный набор элементов называют функционально полным.

На практике часто используется расширенный набор логических элементов, позволяющих также составлять функционально полные системы. К ним относятся элементы:

ИЛИ-НЕ (элемент Пирса), реализующий функцию

;

И-НЕ (элемент Шеффера), реализующий функцию

Их обозначения и таблицы истинности приведены на рис. 4 и в табл. 4.

			Таблица 4

В частности функционально полные системы могут состоять из элементов только одного типа, например, реализующих функцию И-НЕ либо ИЛИ-НЕ.

Комбинационные логические цепи – это такие цепи, выходные сигналы которых однозначно определяются сигналами, присутствующими на их входах в рассматриваемый момент времени и не зависят от предыдущего состояния.

Набор логических элементов, входящих в состав учебного стенда по основам цифровой техники не содержит элементов, реализующих функцию ИЛИ-НЕ, что ограничивает число вариантов построения логических схем при их синтезе и позволяет составлять схемы только в базисе элементов И-НЕ.

Прежде чем перейти к вопросам анализа и синтеза логических устройств в заданном базисе элементов (И-НЕ), необходимо составить таблицу, в которую будут сведены все возможные формы представления выходных сигналов указанных элементов при условии, что на их входы поданы логические переменные х l и х 2 . При синтезе схем можно использовать два технических приема: двойное инвертирование входного исходного выражения или его части и применение теорем Де-Моргана. При этом функция преобразуется к виду, содержащему только операции логического умножения и инверсии, и переписывается через условные обозначения операции И-НЕ и НЕ.

Последовательность проведения анализа и синтеза комбинационных логических цепей:

Составление таблицы функционирования логической цепи (таблицы истинности).

Запись логической функции.

Минимизация логической функции и преобразование ее к виду, удобному для реализации в заданном базисе логических элементов (И-НЕ, НЕ).

Пример проведения анализа и синтеза логических цепей .

Пусть необходимо построить мажоритарную ячейку (ячейку голосования) на три входа, т.е. такую ячейку, у которой сигнал на выходе равен единице тогда, когда на двух или трех входах цепи присутствует сигнал единицы, в противном случае выходной сигнал должен быть равен нулю.

Вначале заполним таблицу истинности (табл. 5). Поскольку в данном случае имеются три входных сигнала х 1 , х 2 , х 3 , каждый из которых может принимать одно из двух возможных значений (0 или 1), то всего может быть восемь различных комбинаций этих сигналов. Четырем из этих комбинаций будет соответствовать выходной сигнал F , равный единице.

Таблица 5

x 1	x 2	x 3

Пользуясь данными табл. 5, можно записать логическую функцию, которую должна реализовать синтезируемая цепь. Для этого нужно представить эту функцию в виде суммы логических произведений, соответствующих тем строкам табл. 5 (3, 5-7), для которых функция F равна единице. Аргументы записываются без инверсии, если они равны единице и с инверсией, если равны нулю.

Если в синтезируемой таблице истинности выходная величина чаще принимает значение «1», то синтезируются строки, в которых выходная величина равна «0».

При выполнении заданной процедуры получим функцию

F = . (1)

Для минимизации (упрощения) данной функции нужно применить основные законы алгебры логики. Возможна следующая последовательность преобразований, например, с применением закона склеивания (теоремы Де-Моргана):

F = =

+
=
. (2)

Как видно, полученное конечное выражение гораздо проще исходного.

Аналогично проводится анализ (составление таблиц истинности) и более сложных логических схем.

Для выполнения задания предлагается набор наиболее распространенных логических элементов (рис. 5).

Рис. 5. Набор логических элементов для выполнения задания

Задание к лабораторной работе

1. Составить таблицы истинности для всех логических элементов, приведенных на рис. 5.

2. Для каждого логического элемента из набора представленных на рис. 5. составить логические выражения, реализующие их функции в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ и начертить полученные тождественные схемы.

3. Собрать рассмотренные схемы на стенде и, путем перебора комбинаций входных сигналов, составить их таблицы истинности.

4. Используя законы отрицания (теоремы Де-Моргана) произвести преобразование минимизированной функции (2) для реализации ее в базисе логических элементов НЕ и И-НЕ и начертить полученную тождественную схему.

5. Собрать представленную схему на стенде и, путем перебора комбинаций входных сигналов, проверить соответствие ее работы таблице истинности (табл. 5).

Контрольные вопросы

Что такое функционально полная система и базис логических элементов?

В чем особенности синтеза логических устройств?

В чем заключаются принципы минимизации логических устройств?

Назовите основные операции булевой алгебры.

Что отражают теоремы булевой алгебры? Сформулировать теоремы Де-Моргана: поглощения и склеивания.

Какие цифровые устройства называются комбинационными?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Электрическая схема, предназначенная для выполнения какой-либо логической операции с входными данными, называется логическим элементом. Входные данные представляются здесь в виде напряжений различных уровней, и результат логической операции на выходе - также получается в виде напряжения определенного уровня.

Операнды в данном случае подаются - на вход логического элемента поступают сигналы в форме напряжения высокого или низкого уровня, которые и служат по сути входными данными. Так, напряжение высокого уровня - это логическая единица 1 - обозначает истинное значение операнда, а напряжение низкого уровня 0 - значение ложное. 1 - ИСТИНА, 0 - ЛОЖЬ.

Логический элемент - элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы обычно используются для построения логических схем вычислительных машин, дискретных схем автоматического контроля и управления. Для всех видов логических элементов, независимо от их физической природы, характерны дискретные значения входных и выходных сигналов.

Логические элементы имеют один или несколько входов и один или два (обычно инверсных друг другу) выхода. Значения «нулей» и «единиц» выходных сигналов логических элементов определяются логической функцией, которую выполняет элемент, и значениями «нулей» и «единиц» входных сигналов, играющих роль независимых переменных. Существуют элементарные логические функции, из которых можно составить любую сложную логическую функцию.

В зависимости от устройства схемы элемента, от ее электрических параметров, логические уровни (высокие и низкие уровни напряжения) входа и выхода имеют одинаковые значения для высокого и низкого (истинного и ложного) состояний.

Традиционно логические элементы выпускаются в виде специальных радиодеталей - интегральных микросхем. Логические операции, такие как конъюнкция, дизъюнкция, отрицание и сложение по модулю (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ) - являются основными операциями, выполняемыми на логических элементах основных типов. Далее рассмотрим каждый из этих типов логических элементов более внимательно.

Логический элемент «И» - конъюнкция, логическое умножение, AND

«И» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Данный элемент может иметь от 2 до 8 (наиболее распространены в производстве элементы «И» с 2, 3, 4 и 8 входами) входов и один выход.

Условные обозначения логических элементов «И» с разным количеством входов приведены на рисунке. В тексте логический элемент «И» с тем или иным числом входов обозначается как «2И», «4И» и т. д. - элемент «И» с двумя входами, с четырьмя входами и т. д.

Таблица истинности для элемента 2И показывает, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если логические единицы будут одновременно на первом входе И на втором входе. В остальных трех возможных случаях на выходе будет ноль.

На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах - прямоугольник с символом «&».

Логический элемент «ИЛИ» - дизъюнкция, логическое сложение, OR

«ИЛИ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом. Условные обозначения логических элементов «ИЛИ» с различным количеством входов показаны на рисунке. Обозначаются данные элементы так: 2ИЛИ, 3ИЛИ, 4ИЛИ и т. д.

Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была на первом входе ИЛИ на втором входе. Если логические единицы будут сразу на двух входах, на выходе также будет единица.

На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах - прямоугольник с символом «1».

Логический элемент «НЕ» - отрицание, инвертор, NOT

«НЕ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий один выход и только один вход, называют еще инвертором, поскольку он на самом деле инвертирует (обращает) входной сигнал. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «НЕ».

Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.

На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах - прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе.

Логический элемент «И-НЕ» - конъюнкция (логическое умножение) с отрицанием, NAND

«И-НЕ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Другими словами, это в принципе элемент «И», дополненный элементом «НЕ». На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2И-НЕ».

Таблица истинности для элемента «И-НЕ» противоположна таблице для элемента «И». Вместо трех нулей и единицы - три единицы и ноль. Элемент «И-НЕ» называют еще «элемент Шеффера» в честь математика Генри Мориса Шеффера, впервые отметившего значимость этой в 1913 году. Обозначается как «И», только с кружочком на выходе.

Логический элемент «ИЛИ-НЕ» - дизъюнкция (логическое сложение) с отрицанием, NOR

«ИЛИ-НЕ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Иначе говоря, это элемент «ИЛИ», дополненный элементом «НЕ» - инвертором. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2ИЛИ-НЕ».

Таблица истинности для элемента «ИЛИ-НЕ» противоположна таблице для элемента «ИЛИ». Высокий потенциал на выходе получается лишь в одном случае - на оба входа подаются одновременно низкие потенциалы. Обозначается как «ИЛИ», только с кружочком на выходе, обозначающим инверсию.

Логический элемент «исключающее ИЛИ» - сложение по модулю 2, XOR

«исключающее ИЛИ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения по модулю 2, имеет два входа и один выход. Часто данные элементы применяют в схемах контроля. На рисунке приведено условное обозначение данного элемента.

Изображение в западных схемах - как у «ИЛИ» с дополнительной изогнутой полоской на стороне входа, в отечественной - как «ИЛИ», только вместо «1» будет написано «=1».

Этот логический элемент еще называют «неравнозначность». Высокий уровень напряжения будет на выходе лишь тогда, когда сигналы на входе не равны (на одном единица, на другом ноль или на одном ноль, а на другом единица) если даже на входе будут одновременно две единицы, на выходе будет ноль - в этом отличие от «ИЛИ». Данные элементы логики широко применяются в сумматорах.

Цель работы : 1) изучение принципов построения серийных логических микросхем;

2) исследование логических функций одного и двух переменных и их реализация.

Общие сведения:

Логические элементы (ЛЭ) широко применяются в автоматике, вычислительной технике и цифровых измерительных приборах. Их создают на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме, при котором уровни сигналов могут принимать только два значения. В положительной логике принято, что высокий уровень сигнала соответствует логической единице (1), а низкий – логическому нулю (0).

Логическая функция выражает зависимость выходных логических переменных от входных и принимает значения 0 или 1. Любую логическую функцию удобно представить в виде таблицы состояний (таблицы истинности), где записываются возможные комбинации аргументов и соответствующие им функции.

Работу логических устройств анализируют с помощью алгебры логики (булевой алгебры), где переменная может принимать только два значения: 0 или 1.

Основными логическими операциями являются (табл.1):

1) логическое умножение: y =x 1 ·x 2 ·...·x n (читается “и х 1 , и х 2 ,..., и х n ”);

2) логическое сложение: y =x 1 +x 2 +...+x n (читается “или х 1 , или х 2 ,..., или х n ”);

3) логическое отрицание: (читается “не х ”).

Как видно из табл.1, выходной сигнал у элемента ИЛИ равен 1, если хотя бы один из его входов подан сигнал 1. Элемент И выдает 1, если на все входы поданы сигналы 1.

Все возможные логические функции n переменных можно образовать с помощью комбинации трех основных операций: И, ИЛИ, НЕ. Поэтому такой набор называют логическим базисом или функционально полным. Используя законы булевой алгебры (табл. 1), можно доказать, что таковыми являются наборы из одной функции И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

В базовых элементах одной серии использована одинаковая микросхемная реализация. Серия характеризуется общими электрическими, конструктивными и технологическими параметрами.

Интегральные микросхемы серии 155 представляют собой транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ) элементы с 14 или 16 выводами. Базовым элементом серии является логический элемент И-НЕ, состоящий из многоэмиттерного транзистора VT1 и сложного усилителя-инвертора.

Таблица 1

Тип Элемента	Логическая функция (операция)	Обозначение Логической Операции	Таблица истинности	Условное Изображение
x 1
x 2
Элемент НЕ (инвертор)	Логическое Отрицание, Инверсия	ùx	x		X 1 y

Элемент И (конъюнктор)	Логическое умножение, Конъюнкция	x 1 ·x 2 x 1 x 2 x 1 Ùx 2 x 1 &x 2	x 1 ·x 2			x 1 & y x 2 y=x 1 ×x 2
Элемент ИЛИ (дизъюнктор)	Логическое сложение, Дизъюнкция	x 1 +x 2 x 1 Úx 2	x 1 +x 2			x 1 1 y x 2 y=x 1 +x 2
Элемент И-НЕ (элемент Шеффера)	Отрицание конъюнкции	_____ x 1 ·x 2	_____ x 1 ·x 2			x 1 & y x 2 y=
Элемент ИЛИ-НЕ (элемент Пирса)	Отрицание дизъюнкции	_____ x 1 +x 2	_____ x 1 +x 2			x 1 1 y x 2 y=

В настоящее время применяется несколько разновидностей серий микросхем с элементами ТТЛ: стандартные (серии 133; К155), высокого быстродействия (серии 130; К131), микромощные (серия 134). Кроме расширения номенклатуры элементов серий К531 и К555 сейчас активно развиваются наиболее перспективные серии ТТЛШ - микромощная К1533 и быстродействующая К1531, выполненные на основе последних достижений технологии изготовления ИС - ионной имплантации и прецизионной фотолитографии.

В последние годы получили развитие программируемые логические элементы, на которых с помощью программаторов можно построить многие цифровые устройства.

Любая сложная логическая функция может быть реализована с помощью ЛЭ, выполняющих элементарные функции И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Пусть требуется составить комбинационную схему с четырьмя входами x 1 , x 2 , x 3 , x 4 и одним выходом y . Высокий уровень напряжения должен появляться на выходе только при наличии высоких уровней на трех входах, т.е. y =1 при x 1 =x 2 =x 3 =1 и x 4 =0. Такую схему можно составить путем подбора элементов. Например, элемент 3И-НЕ при подаче на его входы x 1 =x 2 =x 3 =1 дает на выходе сигнал y 1 =0. Подавая его и x 4 =0 на вход элемента 2ИЛИ-НЕ, получаем y =1(рис.1).

Порядок выполнения эксперимента:

1) Установить блок логических элементов (ЛЭ).

2) Подключить источник питания ГН1 к гнёздам "5В".

3) Изучить принцип работы ЛЭ. Для этого подавать на их входы сигналы (0 или 1). Выходы контролировать при помощи логического тестера.

4) Собрать на ЛЭ комбинационные схемы (рис.2).

Проверить их работу. Составить таблицы истинности исследуемых схем.

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Схемы логических элементов.

4. Таблицы истинности.

5. Вывод по работе.

В выводе указать назначение логических элементов и область их применения.

Контрольные вопросы:

1. Какие операции алгебры логики Вы знаете?

2. Приведите примеры простейших цифровых устройств на основе логических элементов.

3. Поясните работу базовых логических элементов.

4. Как классифицируются ЛЭ по микросхемной реализации.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИГГЕРОВ НА ЛОГИЧЕСКИХ ИМС .

Цель работы: изучение схем и функциональных возможностей основных типов триггеров; экспериментальное изучение триггеров и схем управления.

Е.Н. Малышева

Основы

Микроэлектроники

Лабораторный практикум

Тобольск - 2012

УДК 621.3.049.77

Печатается по решению кафедры технологии и технических дисциплин ТГПИ им. Д.И. Менделеева

Малышева Е.Н. Основы микроэлектроники. Лабораторный практикум: Учебное пособие. – Тобольск: ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2012. – 60 с.

Рецензент: Новоселов В.И., к.ф.-м. н., доцент кафедры физики и МПФ

Данное учебное пособие выполнено в виде рабочей тетради и предлагается в сопровождение к лабораторному практикуму для студентов педагогических вузов, изучающих основы микроэлектроники. Лабораторный практикум проводится с использованием стенда универсального и посвящен исследованию элементов, узлов и устройств цифровой техники.

1. Исследование работы основных логических элементов.

2. Исследование работы триггеров.

3. Исследование работы регистров.

4. Исследование работы комбинационных преобразователей кодов.

5. Исследование работы счетчиков.

6. Исследование работы сумматора.

7. Исследование работы арифметическо-логического устройства.

8. Исследование работы оперативного запоминающего устройства.

9. Исследование работы модели ЭВМ.

Каждая работа включает в себя следующие разделы:

Теоретический материал, освоение которого необходимо для выполнения работы;

Описание работы;

Вопросы к зачету данной работы.

Лабораторная работа № 1.

Исследование работы основных логических элементов

Цель работы: изучение принципов действия и экспериментальное исследование работы логических элементов.

Общие сведения

Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией. Их создают на базе электронных устройств, работающих в ключевом режиме, который характеризуется двумя состояниями ключа: «Включено» - «Отключено». Поэтому цифровую информацию обычно представляют в двоичной форме, когда сигналы принимают только два значения: «0» (логический нуль) и «1» (логическая единица), соответствующие двум состояниям ключа. Эти два положения (логическая 1 и логический 0) составляют электронный алфавит, или основание двоичного кода.

На вход любого цифрового устройства поступает набор кодовых слов, которые оно преобразует в другие кодовые слова или слово. Кодовые слова на выходе являются некой функцией, для которой входные кодовые слова приходятся аргументом этой функции. Их называют функции алгебры логики.

Логические функции, как и математические, можно записать в виде формулы или таблицы – таблицы истинности, которая приводит все возможные сочетания аргументов и соответствующие им значения логических функций. Устройство, предназначенное для выполнения определенных функций алгебры логики, называется логическим элементом. Рассмотрим некоторые их них.

Логический элемент НЕ

логического отрицания (инверсии) . Логическим отрицанием высказывания A называется высказывание X, истинное в том случае, когда А ложно .

Логический элемент И

Предназначен для выполнения функции логического умножения (конъюнкции). Логическим умножением называют такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X истинно лишь в том случае, когда одновременно истинны оба высказывания.

Логический элемент И-НЕ

Предназначен для выполнения функции отрицания логического умножения (отрицания конъюнкции). Отрицанием умножения или функцией Шеффера называют такую связь между двумя простыми высказываниями A и B, в результате которой сложное высказывание X ложно лишь в том случае, когда одновременно истинны оба высказывания.

Порядок выполнения работы

Оборудование: стенд универсальный, блок питания, плата П1, технологические карты I-1 − I-9.

1. Проанализируйте работу светодиодного индикатора стенда для определения уровней логических сигналов.

2. Исследуйте работу логических устройств, последовательно используя технологические карты. Выполните для каждой схемы следующие задания:

а. заполните таблицы истинности,

б. используя полученные данные, определите логические элементы,

в. назовите выполняемые ими функции алгебры логики,

г. обозначьте логические элементы на схеме соответствующими условными обозначениями,

д. запишите формулы, выражающие связь между входными и выходными характеристиками.

x1	x2	y1	x3	x4	y2	y3

x1	x2	y1	y2	y3	y4

Вопросы к зачету

1. Каковы назначение и область применения логических элементов?

2. Дайте определение основным логическим функциям.

3. По светодиодному индикатору определите уровень логического сигнала на выходе схемы.

4. Определите по выходным данным типы логических элементов в схеме.

5. По маркировке интегральных микросхем, расположенных на используемой плате, дайте их характеристику.

Лабораторная работа № 2.

Общие сведения

Из логических элементов строятся более сложные цифровые устройства. Одним из наиболее распространенных узлов цифровой техники является триггер.

Триггер – это устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способные под воздействием управляющего сигнала переходить скачком из одного состояния в другое.

Каждому состоянию триггера соответствует определенный (высокий или низкий) уровень выходного напряжения, который может сохраняться как угодно долго. Поэтому триггеры называют простейшими цифровыми автоматами с памятью, т.е. их состояние определяется не только входными сигналами в данный момент времени, но и их последовательностью в предыдущие такты работы триггера.

В настоящее время большинство триггеров выполняется на основе логических элементов в виде интегральных микросхем (ИМС). Они применяются как переключающие элементы самостоятельно или входят в состав более сложных цифровых устройств, таких как счетчики, делители частоты, регистры и др.

По способу записи информации триггеры подразделяют на синхронные и асинхронные устройства. В асинхронных триггерах запись информации осуществляется непосредственно с поступлением входных сигналов. В синхронных (тактовых) триггерах информация будет записана только при наличии тактового синхроимпульса.

По функциональному признаку различают триггеры: с раздельным запуском (RS-триггеры), с элементами задержки (D-триггеры), со счетным пуском (Т-триггеры), универсальные (JK-триггеры).

Как правило, у триггера два выхода: прямой () и инверсный (). Состояние триггера определяется по величине напряжения на прямом выходе . Входы триггеров имеют следующие обозначения:

S – раздельный вход установки триггера в единичное состояние;

R – раздельный вход установки триггера в нулевое состояние;

D – информационный вход;

C – вход синхронизации;

T – счетный вход и другие.

Основой всех триггерных схем является асинхронный RS-триггер. Существует два типа RS-триггеров: построенных на логических элементах «ИЛИ-НЕ» и на логических элементах «И-НЕ». Они различаются уровнем активных сигналов и имеют свое обозначение (см. таблицу).

RS-триггеры имеют режимы работы: установка в нулевое или единичное состояние, хранения, запрещенный режим. Запрещенная комбинация (на оба входа подаются активные сигналы) реализуется при подаче противоречивой команды: одновременно установиться в единичное и нулевое состояние. При этом на прямом и инверсном выходах реализуются одинаковые уровни напряжения, чего по определению не должно быть.

Тактируемые D-триггеры имеют вход D для подачи информации (0 или 1) и синхровход С. На вход С подаются синхроимпульсы (С=1) от специального генератора импульсов. D-триггеры избавлены от запрещенной комбинации входных сигналов.

Счетный Т-триггер имеет один управляющий вход Т. Смена состояний триггера происходит всякий раз, когда меняется управляющий сигнал. Т-триггеры одного типа реагируют на фронт импульса, т.е. на перепад 0-1, другие - на срез (перепад 1-0). В любом случае частота выходных импульсов в 2 раза ниже частоты входных. Поэтому Т-триггеры используются как делители частоты на 2 или счетчики по модулю 2. В виде ИМС триггеры этого типа не выпускаются. Их можно легко создать на основе D- и JK-триггеров.

JK-триггеры относятся к универсальным, имеют информационные входы J и K и синхронизирующий вход С. Они используются при создании счетчиков, регистров и других устройств. При определенном переключении входов JK-триггеры могут работать как RS-триггеры, D- триггеры и Т-триггеры. Благодаря такой универсальности они имеются во всех сериях ИМС.

Порядок выполнения работы

Оборудование: стенд универсальный, блок питания, плата П2, технологические карты II-1 − II-4.

1. Выделите в схеме триггер.

2. Выполните для каждой схемы следующие задания:

а) запишите название триггера,

б) составьте таблицу изменений состояний в зависимости от входных сигналов, активные сигналы обозначайте стрелкой ( - высокий уровень – логическая единица, ¯ - низкий уровень – логический ноль),

в) определите тип входа (R или S), укажите эти обозначения в таблице и обозначьте на схеме (для карт II-1 и II-2),

г) обозначьте режимы работы триггера,

д) составьте временную диаграмму состояний триггера.

HL1	HL2	x1	x2	y1	y2	Режим работы

Триггер ______________________________________________________

HL1	HL2	x1	x2	y1	y2	Режим работы

Триггер ______________________________________________________

HL1	HL2	HL3	HL4	Режим работы

Триггер ______________________________________________________

D	C	HL1	HL2	Режим работы

Вопросы к зачету

1. Что такое триггер?

2. Объясните назначение входов триггеров.

3. Что такое активный уровень сигнала?

4. В чем отличие синхронных от асинхронных триггеров?

5. Объясните характер «запрещенного» состояния в RS-триггере.

6. Расскажите по диаграмме о состоянии триггера в каждый такт работы.

7. По маркировке интегральных микросхем, расположенных на используемой плате, дайте их характеристику.

Лабораторная работа № 3.

Общие сведения

Регистр – это операционный узел, состоящий из триггеров и предназначенный для приема и хранения информации в двоичном коде . Длина кодовых слов, записываемых в регистр, зависит от количества составляющих его триггерных ячеек. Т.к. триггер может принимать в данное время только одно устойчивое состояние, то, к примеру, для записи 4-разрядного слова необходимо иметь регистр из четырех триггерных ячеек.

По способу записи кодовых слов различают параллельные, последовательные (сдвигающие) и универсальные регистры. В параллельных регистрах запись кодового слова осуществляется в параллельной форме, т.е. во все триггерные ячейки одновременно. В последовательном регистре запись кодового слова происходит последовательно, начиная с младшего или старшего разряда.

Все триггеры, входящие в состав регистра, объединены общим входом синхронизации, некоторые типы схем имеют общий вход R для операции обнуления.

Параллельный 3-разрядный регистр
Информация поступает в виде параллельного кода. Входы обозначим X, Y, Z. На тактовые входы всех триггеров одновременно подается логический сигнал C (команда «запись»). Во время фронта импульса C срабатывают все триггеры. Информация хранится в параллельном регистре в виде параллельного кода и может быть считана с выходов триггеров: Q1,Q2,Q3.
Последовательный 3-разрядный регистр
Записываемое число поступает на один вход Х в виде последовательного кода, т.е. значения разрядов передаются последовательно. При поступлении каждого импульса С в момент его фронта в каждом триггере записывается значение логического сигнала на его входе.

Порядок выполнения работы

Оборудование: стенд универсальный, блок питания, платы П2, П3, перемычка, технологические карты II-5, II-6, III-1, III-2.

1. Запишите название устройства с указанием его разрядности.

2. Проанализируйте работу двухразрядных регистров.

3. Выполните для каждой схемы следующие задания:

а) запишите название регистра,

б) запишите в регистр несколько различных кодовых слов, результаты внесите в таблицу зависимости выходных состояний от входных сигналов,

в) нарисуйте условное обозначение устройства,

II-5 (П2)

Выходы D2 D1 Q2 Q1

II-6 (П2)

_______________________________________________________________

Выходы D Q2 Q1

Вывод: ________________________________________________________

________________________________________________________

4. Для четырехразрядных регистров выполните задания:

а) запишите название регистра с указанием его разрядности,

б) зарисуйте внутреннюю логическую структуру,

в) запишите в регистр несколько различных кодовых слов, результаты внесите в таблицу зависимости выходных состояний от входных сигналов,

г) сделайте вывод: за сколько тактов записывается в данном регистре одно кодовое слово.

III-1 (П3)

_______________________________________________________________

Вход	Выходы
D	Q4	Q3	Q2	Q1

Вход	Выходы
D	Q4	Q3	Q2	Q1

Вывод: _________________________________________________________

_________________________________________________________

III-2 (П3)

_______________________________________________________________

Входы	Выходы
D4	D3	D2	D1	Q4	Q3	Q2	Q1

Вывод: ___________________________

___________________________

Вопросы к зачету

1. Какое устройство называется регистром? Для чего он предназначен?

2. Какие типы регистров знаете? Чем они различаются?

3. Объясните понятие «разрядность». Что означает выражение «4-разрядный регистр»?

4. Каким образом необходимо изменить функциональную схему, чтобы из двухразрядного регистра получить четырехразрядный?

5. Сколько разных слов можно записать с помощью 2- (4-) разрядного регистра?

6. Объясните на каждой функциональной схеме, как вы осуществляли запись кодового слова?

Лабораторная работа № 4.

Общие сведения

Комбинационные преобразователи кодов предназначены для преобразования m-элементного параллельного кода на входах цифрового автомата в n-элементный код на его выходах, т.е. для преобразования кодового слова из одной формы в другую. Связь между входными и выходными данными можно задать с помощью логических функций или таблиц истинности. Наиболее распространены такие типы преобразователей кодов, как шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры.

Шифраторы используются в системах ввода информации для перевода единичного сигнала на одном из его входов в многоразрядный двоичный код на выходах. Так, сигнал от каждой клавиши на клавиатуре, обозначающей цифру или букву, поступает на соответствующий вход шифратора, а на его выходе этот символ отображается в двоичного кодового слова. Дешифраторы выполняют обратную операцию и используются в системах вывода информации. Для визуальной оценки выведенной информации дешифраторы используют вместе с системами индикации. Одним из типов индикаторов являются 7-сегментные индикаторы на светодиодах или жидких кристаллах. Для этого выходные сигналы дешифратора переводятся в код 7-сегментного индикатора.

Мультиплексоры решают задачу выбора информации от нескольких источников, демультиплексоры – задачу распределения информации по нескольким приемникам. Эти устройства используются в процессорных системах цифровой техники для связи отдельных блоков процессора между собой.

Порядок выполнения работы

Оборудование: стенд универсальный, блок питания, плата П4, технологические карты IV-1, IV-2, IV-3.

1. Проанализируйте работу дешифратора.

2. Выполните для схем IV-1 и IV-2 следующие задания:

а) составьте таблицу зависимости выходных состояний от входных сигналов,

б) сделайте вывод: из какой системы кодирования в какую устройство переводит?

в) сколько разрядов имеет двоичное число в схеме IV-2? Какую задачу выполняет тумблер SA5?

Мультиплексор

3. Проанализируйте работу схемы, содержащей мультиплексор и выполните задания:

а) найдите на схеме мультиплексор,

б) проверьте, откуда информация поступает на входы мультиплексора,

в) проверьте, с помощью какого устройства задается адрес мультиплексору,

г) задайте мультиплексору адрес того информационного входа, сигнал с которого вы хотите послать на его выход,

д) заполните таблицу зависимости выходного сигнала от входной информации и заданного мультиплексору адреса, вводя различные адреса и подавая различную информацию на входы.