11849

Логический элемент с тремя состояниями

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа №3 Логический элемент с тремя состояниями Теоретическое введение. Схема логического элемента с тремя состояниями заимствована из монографии и несколько модифицирована с учетом возможностей программы ЕWB. За основу взят базовый элемент сери...

Русский

2013-04-13

68 KB

17 чел.

Лабораторная работа №3

«Логический элемент с тремя состояниями»

Теоретическое введение.

Схема логического элемента с тремя состояниями заимствована из монографии и несколько модифицирована с учетом возможностей программы ЕWB. За основу взят базовый элемент серии 134 и к нему добавлен элемент, обеспечивающий возможность реализации режима третьего состояния или так называемого Z-состояния. Следует отметить, что рассматриваемый элемент является важным компонентом многих цифровых ИМС, начиная от простейших логических элементов (например, К155ЛА9) и кончая сложными регистрами и шинными формирователями, обеспечивающими возможность реализации наиболее распространенных архитектур ЭВМ и микропроцессорных систем управления с общей шиной.

Принципиальная схема логического элемента с тремя состояниями представлена на рис. 9.15. Она содержит базовый логический элемент серии 134 на транзисторах VT1...VT4, резисторах R1...R4 и диоде VD2. В базовом элементе в качестве VT1 используется так называемый многоэмиттерный транзистор, однако ввиду отсутствия такового в библиотеке EWB он представлен обычным транзистором. Ко входу In логического элемента подключен имитатор входного сигнала на переключателе D, управляемый с клавиатуры клавишей D, резистора Rd, имитирующего выходное сопротивление источника логического нуля, и источника напряжения V=+5 В с внутренним сопротивлением 1 к Ом, имитирующего источник входного сигнала в режиме генерации логической единицы. К точке А схемы подключены диод VD1 и имитатор источника управления состоянием выхода логического элемента на переключателе Е, управляемого клавишей Е. Все элементы дополнительной схемы компоненты из библиотек Passive и Control. В исходном состоянии диод VD1 закрыт напряжением положительной полярности на его катоде и он не оказывает влияния на работу схемы. К эмиттеру транзистора VT1 подключен резистор Rd, на котором создается падение напряжения

Uin = Rd(Ucc - Ube)/(Rl - Rd), (9.1)

где Ucc=5 В — напряжение питания; Ube=0,7 В — напряжение база-эмнттер открытого транзистора.

При

Uin<0,4 В (9.2)

логический элемент воспринимает входной сигнал как сигнал логического нуля. При этом напряжение на коллекторе транзистора VT1 и базе VT2 недостаточно для открывания последнего. В результате падение напряжения на резисторе R3 близко к нулю и транзистор VT4 будет закрыт, а база транзистора VT3 соединена с источником питания Ucc через резистор R2 и VT3 будет открыт. При этом выходное напряжение Uy, измеряемое мультиметром, примерно равно

Uy = (Ucс –Uкб нас Uпр)Ry/(Ry+R4), (9.3)

где Uкб нас <1 В — напряжение насыщения транзистора VT4; Uпp< 1 В — падение напряжения на диоде VD2; Ry — сопротивление нагрузки, равное в данном случае входному сопротивлению мультиметра.

Если выбрать Ry»R4, то Uy>3 В, т.е. при подаче на вход сигнала логического нуля на выходе получим сигнал логической единицы. Таким образом, схема на рис. 9.15 является логическим элементом НЕ (инвертором).

Рис. 9.15. Логическим элемент с тремя состояниями

При переводе клавишей D одноименного переключателя в другое положение на эмиттер транзистора VT1 подается сигнал логической единицы, в результате чего эмиттерный переход закрывается, и транзистор VT1 переводится в инверсный режим. В этом случае под действием тока, протекающего по цепи база-коллектор VT1, транзистор VT2 открывается и за счет падения напряжения на резисторах R2, R3 транзистор VT3 закроется, a VT4 — откроется, и на выходе Y установится сигнал логического нуля.

При переводе клавишей Е одноименного переключателя во второе положение напряжение коллектора транзистора VT2 (точка А) будет равно

Uа =Uпр + (UccUпр)Rd/(Rd  + R2). (9.4)

При выполнении неравенства RRd напряжение Uпр<l В, что недостаточно для открытия двух переходов (эмиттерного и диодного), и транзистор VT3 будет закрыт вне зависимости от состояния транзистора VT2. Если этот транзистор открыт (наихудший случай), то с учетом его напряжения насыщения, сравнимого с Uпр, падение напряжения на резисторе R3 будет ничтожно малым, следовательно, транзистор VT4 будет закрыт. Таким образом, выход схемы полностью отключается от нагрузки, что может быть зафиксировано мультиметром в режиме омметра — он будет измерять очень большое сопротивление.

Кроме демонстрации рассмотренных режимов схемы, она может быть использована также для исследования:

  •  помехоустойчивости по основному «ходу и входу разрешения третьего состояния путем варьирования сопротивления Rd с учетом выражений (9.1), (9.2) и (9.4);
  •  влияния сопротивления нагрузки на амплитуду выходного напряжения вентиля при формировании сигнала логической единицы путем изменения входного сопротивления мультиметра с учетом выражения (9,3);
  •  влияния сопротивления нагрузки, подключенной между выходом и шиной питания Ucc, на выходное напряжение вентиля при формировании сигнала логического нуля;
  •  влияния емкостной нагрузки на форму и амплитуду выходного сигнала вентиля; в этом случае к выходу необходимо подключить конденсатор переменной емкости и осциллограф, а для генерации прямоугольных сигналов необходимо удерживать клавишу D, при этом частота следования импульсов будет равна частоте повторения символов для донной клавиатуры;
  •  аналогичного элемента с тремя состояниями в более быстродействующей серии 155, для чего сопротивления всех резисторов необходимо уменьшить в 10 раз.

Заметим, что в составе библиотеки компонентов имеется неинвертирующий элемент с тремя состояниями. Он показал на рис. 9.16, где обозначено: In, Out, Enable — вход, выход и вход сигнала разрешения. При подаче логического нуля на вход разрешения выход буфера переводится в третье состояние.

Рис. 9.16. Буферный элемент с тремя состояниями

В заключение упомянем о логическом элементе с открытым коллектором. Его схема отличается от рис. 9.15 тем, что в ней отсутствует транзистор VT3, а коллектор транзистора VT4 подключен к одному из внешних выводов. На этот вывод через резистор нагрузки подается напряжение питания, которое может превосходить напряжение питания всей ИМС.


Ответы на контрольные вопросы

  1.  Какими замечательными свойствами обладает логический элемент с тремя состояниями, какие задачи цифровой техники он позволил решить?

и

  1.  Проведите исследования логического элемента на рис. 9,15 в соответствии с приведенными в конце раздела рекомендациями.

И


Список литературы:

  1.  Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: “Солон-Р”, 2000.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37223. Экономическое содержание и классификация основных средств 58 KB
  Экономическое содержание и классификация основных средств В соответствии с ПБУ 6 01 Учет основных средств утвержденным приказом Минфина РФ от 30 марта 2001 г. При этом объект основных средств должен быть предназначен для использования в производстве продукции выполнении работ оказании услуг или для управленческих нужд организации и способен приносить организации экономические выгоды доход в будущем. В составе основных средств учитываются также: капитальные вложения на коренное улучшение земель осушительные оросительные и другие...
37224. Содержание, методы и информационная база анализа финансового состояния предприятия 74.5 KB
  Финансовое состояние организации определяет конкурентоспособность организации ее потенциал в деловом сотрудничестве позволяет оценить в какой степени гарантированы экономические интересы самого предприятия и его партнеров. Финансовое состояние организации отражает конечные результаты ее деятельности характеризующиеся определенной совокупностью показателей которые интересуют различные группы пользователей: менеджеров организации и в первую очередь финансовых менеджеров; персонала организации; собственников предприятия в том числе его...
37225. Доходы организации и их классификация 55.5 KB
  Суммы полученные в порядке предварительной оплаты продукции товаров работ услуг; авансы в счет оплаты продукции товаров работ услуг; суммы полученных задатков; суммы полученных залогов если договором предусмотрена передача заложенного имущества залогодержателю; суммы полученные в погашение кредита займа предоставленного заемщику. Доходы организации в зависимости от их характера условий осуществления и направлений деятельности подразделяются на: Доходы от обычных видов деятельности выручка от продажи продукции и товаров а также...
37226. Содержание и классификация расходов предприятия 43.5 KB
  Термин расходы в большей степени имеет отношение к бухгалтерскому учету затрат в целях налогообложения прибыли . В соответствии с Положением по бухгалтерскому учету Расходы организации ПБУ10 99 утвержденным приказом Министерства финансов РФ от 6 мая 1999г. Расходы предприятия в зависимости от их характера условий осуществления и направлений деятельности организации подразделяются на: Расходы по обычным видам деятельности расходы связанные с изготовлением продукции и продажей продукции приобретением и продажей товаров выполнением...
37227. Экономическое содержание, функции и виды прибыли 60 KB
  Экономическое содержание функции и виды прибыли. Экономическая сущность прибыли является одной из сложных и дискуссионных проблем в современной экономической науке. Экономическое содержание прибыли проявляется в выполняемых ею функциях среди которых можно выделить следующие: Прибыль характеризует экономический эффект полученный в результате деятельности организации т. Стимулирующая функция прибыли проявляется в том что прибыль выступает основным внутренним источником формирования финансовых ресурсов организации обеспечивающих ее развитие...
37228. Практика и перспективы использования технических средств в учреждении культуры 40.5 KB
  Кроме финансовой затратности изготовления жестких декораций имеется и несколько отрицательных художественнопостановочных моментов их применения. Смена жестких декораций не всегда возможна в течение концерта или спектакля по техническим и экономическим причинам. Проекционные декорации создаваемые позволяют радикальным образом решить все проблемы связанные с использованием жестких декораций следующим образом. Проецируемый слайд точно вписывается в подвешенный экран без геометрических искажений создавая полную иллюзию реальности создаваемых...
37229. Электромузыкальные инструменты 69 KB
  Электромузыкальные инструменты Принцип действия Виды электромузыкальных инструментов Потребительские свойства электромузыкальных инструментов Хранение инструментов Заключение Введение Эмоциональный мир человека невозможно представить без музыки. А термин электрический музыкальный инструмент используется для обозначения инструментов звук которых воспроизводится механически и усиливается или изменяется с помощью электроники. Появлению электромузыкальных инструментов ЭМИ предшествовали инструменты построенные на...
37230. Фотоаппаратура в СКД 106 KB
  Фотоаппаратура в СКД История фотоаппаратуры Виды фотоаппаратов Основные детали фотоаппаратов Современная фотоаппаратура Управление современной фотоаппаратурой Режимы фотоаппаратов Заключение Введение Постоянный обмен информацией короткое время производства экономия финансов польза для окружающей среды вот только несколько причин которые объясняют гигантский рост интереса к фотоаппаратам . Фотоаппарат устройство для получения и фиксации неподвижных изображений материальных объектов при помощи света. Фотоаппарат фотокамера...
37231. Разработка художественно-технических приемов обеспечения проведения социально-культурного мероприятия техническими средствами СКД на основе сценарного плана социально-культурного мероприятия 141.5 KB
  Проведение школьной дискотеки 1.Интерьер помещения для дискотеки 1.Световое оборудование Заключение Введение В большинстве случаев к сожалению дискотеки в школах получают неудовлетворительную оценку. Раньше для успеха дискотеки достаточно было использовать кассету с зарубежными хитами а в качестве освещения использовать 4 фонаря и зеркальный шар.