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

34460. Искусство Западной Европы ХVII века. Своеобразие исторического пути Франции ХVII в. Н. Пуссен – основоположник классицизма в живописи 19.64 KB
  Творчество замечательного рисовальщика и гравера Жака Калло 1593 1635 завершавшего свое образование в Италии явно испытало заметное влияние итальянского искусства. На творчестве Луи Ленена 1593 1648 отчетливо прослеживается влияние голландского искусства художник изображает крестьян без пасторальности без сельской экзотики не впадая в слащавость и умиление. Основой теории классицизма был рационализм опирающийся на философскую систему Декарта предметом искусства классицизма провозглашалось только прекрасное и возвышенное этическим и...
34461. Развитие бытового жанра в Англии ХVIII в. У. Хогарт. Влияние идей просветителей на портрет и пейзаж середины и второй половины ХVIII в. Английская школа портрета Дж. Рейнольдс. Т. Гейнсборо 18.89 KB
  Гейнсборо. Томас Гейнсборо 1727 1788 второй великий портретист XVIII столетия. В английской живописи эпохи Просвещения Рейнолдс и Гейнсборо выражают как бы две стороны просветительской эстетики: рационалистическую и эмоциональную. Для формирования Гейнсборо проведшего свою юность и молодость в провинции и сохранившего глубокую любовь к природе своего края старые мастера за исключением разве ван Дейка не имели такого значения как для Рейнолдса.
34462. Развитие искусства Италии в ХVIII в. Италия. Творчество Д.Б.Тьеполо. Развитие пейзажа (А. Каналетто, Т. Гварди) 17.04 KB
  был Джованни Баттиста Тьеполо 1696 1770 последний представитель барокко в европейском искусстве. Тьеполо автор гигантских росписей как церковных так и светских в которых архитектура природа люди звери сливаются в одно декоративное целое в единый декоративный поток. У Тьеполо был огромный декоративный дар и высокая колористическая культура как правило вообще присущая венецианским художникам. В одном из полотен для палаццо Дольфино в Венеции Триумф Сципиона особенно наглядно видно как умел и любил Тьеполо писать триумфальные...
34463. Творчество Ж.Л. Давида. Ж.Д. Энгр и формирование принципов неоклассицизма 18.99 KB
  В преддверии Великой французской революции в живописи Франции появляется Жак Луи Давид 1748 1825. Познакомившись с памятниками античности испытав влияние трудов Винкельмана и живописи немецкого классицистического художника Рафаэля Менгса Давид находит свой путь. Так выкристаллизовывался новый стиль и Давид в своей картине Клятва Горациев 1784 1785 выступил его глашатаем.
34464. Эстетическая программа романтизма. Романтизм во Франции. Творчество Т. Жерико и Э. Делакруа. Романтизм в Германии. Творчество Ф.О. Рунге и К.Д. Фридриха 19.64 KB
  Делакруа. Энгр непримиримый враг романтиков до конца жизни говорил что Делакруа пишет бешеной метлой а Делакруа обвинял Энгра и всех художников Школы в холодности рассудочности в отсутствии движения в том что они не пишут а раскрашивают свои картины. Об этом говорят и темы экзотического Востока и иллюстрации к Байрону и Шелли и Охота на львов и портрет 20летнего Делакруа. Истинным вождем романтизма стал Эжен Делакруа 1798 1863 сын бывшего члена революционного Конвента Его первые работы Ладья Данте и...
34465. Реализм в искусстве Франции второй половины ХIХ века. Пейзаж барбизонской школы. Крестьянский жанр Ф. Милле 17.83 KB
  Одно время работал в Барбизоне Жан Франсуа Милле 1814 1875. Родившийся в крестьянской среде Милле навсегда сохранил связь с землей. Крестьянский мир основной жанр Милле.
34466. Искусство импрессионизма. История возникновения группировки импрессионистов и эстетическая платформа. Живописная система импрессионистов. Основные представители течения 14.24 KB
  Искусство импрессионизма. Импрессионизм франц. предопределил направленность импрессионизма и который также и в 1870 80е гг. Название импрессионизм возникло после выставки 1874 на которой экспонировалась картина К.
34467. Искусство постимпрессионизма. Особенности изобразительного языка. Основные представители течения (Поль Сезанн, Винсент Ван Гог, Поль Гоген) 21.89 KB
  Основные представители течения Поль Сезанн Винсент Ван Гог Поль Гоген Художники которых в истории искусства именуют постимпрессионистами Сезанн Ван Гог и Гоген не были объединены ни общей программой ни общим методом. затем уехал в родной Прованс г. Постимпрессионистом называют и великого голландца Винсента Ван Гога 1853 1890 художника воплотившего душевную смятенность современного человека. Только после 30 лет Ван Гог целиком посвящает себя живописи.
34468. Основные художественные направления в искусстве первой половины ХХ века. Фовизм. Экспрессионизм. Кубизм. Футуризм. Абстракционизм. Сюрреализм 22.45 KB
  Основные художественные направления в искусстве первой половины ХХ века. ярко прослеживаются на искусстве Франции явившейся родиной фовизма кубизма и его разновидности пуризма она дала своих дадаистов сюрреалистов абстракционистов. Сюрреалистическое направление в искусстве родилось как философия потерянного поколения чья молодость совпала с Первой мировой войной. Теория сюрреализма строилась на философии интуитивизма Анри Бергсона интуиция единственное средство познания истины ибо разум здесь бессилен и акт творчества имеет...