16283

Система проектирования электронных схем. Логические элементы

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа № Тема: Система проектирования электронных схем. Логические элементы Цель: Научиться с помощью системы EWB анализировать работу электронных схем работать с электронным знакогенератором и осциллографом. Оборудование: IBM PC Программное

Русский

2013-06-20

153 KB

12 чел.

Лабораторная работа №

Тема: Система проектирования электронных схем. Логические элементы

 Цель:   Научиться с помощью системы EWB анализировать работу электронных схем,  работать с электронным знакогенератором и осциллографом.

 Оборудование: IBM PC

 Программное обеспечение:  WINDOWS, EWB.

 Вопросы для повторения:

1. Назовите известные вам логические элементы.

2. Какие логические функции реализуют эти элементы?

3. Чем отличаются работа логического элемента  И и ИЛИ?

Теоретическая часть:

Система EWB является универсальным средством проектирования цифровых и аналоговых схем. Для работы с программой необходимо наличие WINDOWS. Запуск программы производится из группы EWB , программа DIGITAL EWB.

При запуске программы на экране появляется окно программы, которое содержит:

•     заголовок  программы

•     меню программы, состоящие из пунктов FILE, EDIT, CIRCUIT. WINDOWS, HELP

•     панель приборов; вольтметр, числовой генератор, осциллограф, логический преобразователь

•     панель элементов электронных схем

•     вертикальную и горизонтальную линии прокрутки

•       значок переключателя

•     поле для построения электронных схем

Для построения схемы необходимо выбрать элемент схемы с помощью указателя мыши, щёлкнуть левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопку, перетащить значок элемента в необходимое место экрана. Соединяются элементы линиями связи. Для этого необходимо  установить   курсор мыши   на выходе одного элемента схемы (при этом должен появиться чёрный квадрат), щёлкнуть кнопкой мыши и, не отпуская кнопку, протянуть линию связи к необходимому элементу схемы (например, на вход другого элемента}

Подключение приборов в схемы происходит так же, как и соединение элементов. Для задания числовой последовательности на входе электронной схемы необходимо:

1.    Дважды щёлкнуть   мышью по значку генератора чисел

2.    Установить необходимую числовую последовательность - для этого выбрать номер линии связи со схемой (номер контакта от 0 до 7) и с помощью стрелочки мыши установить необходимую последовательность нулей и единиц.

Для анализа работы электронной схемы используют осциллограф и (или) «лампочку». К контактам осциллографа подключаются входы и выходы схемы.  Чтобы увидеть работу осциллографа, необходимо дважды щёлкнуть мышью по его значку. «Лампочка» устанавливается в схемы для анализа работы какого-либо участка цепи, если она «загорается», значит, в данный момент на данном участке цепи присутствует сигнал высокого уровня (логическая единица, +5 вольт).

Ход работы:

1.Изучите работу логических элементов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Для этого:

  •  соберите схему для анализа логического элемента;
  •  задайте числовую последовательность на входе схемы при помощи генератора чисел;
  •  зарисуйте сигналы на входе и выходе схемы (используйте осциллограф)
  1.  Сделайте выводы.

1. Исследовать логический элемент И.

2. Исследовать логический элемент ИЛИ.

 

3. Исследовать логический элемент НЕ.

4. Исследовать логический элемент ИЛИ-НЕ.

5.  Исследовать логический элемент И-НЕ.

                                       

Лабораторная работа №

Тема:      Исследование принципиальных электрических схем простых логических элементов (И, ИЛИ, НЕ)

Цель работы: Проанализировать работу принципиальных электрических      схем простых логических элементов (И, ИЛИ, НЕ)

Оборудование:IBM PC

Программное обеспечение:WINDOWS, EWB

Вопросы для повторения:

  1.  Назовите известные вам логические элементы.
  2.  Какие логические функции реализуют эти элементы?
  3.  Чем отличается работа логического элемента И и ИЛИ?
  4.  На какой элементной базе строятся простые логические элементы?

Теоретическая часть:

Инвертор реализует функцию логического отрицания. Транзистор в схеме работает в режиме ключа (открыт - закрыт). Инвертор может иметь два устойчивых состояния  - состояние насыщения (транзистор открыт) и состояние отсечки (транзистор закрыт) Каждое из этих состояний определяется значением входного напряжения, которое подаётся на базу транзистора через резистор. Пусть в исходном состоянии на вход инвертора поступает код 0 (отрицательное напряжение). Отрицательное напряжение сигнала понижает напряжение базы, и транзистор полностью закрывается. Поскольку в закрытом  транзисторе сопротивление цепи коллектор – эмиттер велико по сравнению с сопротивлением резистора Rк, практически всё напряжение источника Ек падает на резисторе Rк. На выходе – логическая единица. При подаче на вход кода 1 транзистор открывается, на выходе низкий уровень напряжения, соответствующий логическому 0.

Схема совпадений на два входа реализует логическую операцию конъюнкция. В исходном состоянии диоды проводят, т.к. на входы поступают коды, соответствующие 0. Поскольку прямое сопротивление с R , при протекании по цепи тока почти всё напряжение падает на резисторе и на выходе схемы устанавливается тот же уровень сигнала, соответствующий коду 0, что и на входе. При подаче единичных сигналов одновременно на оба входа диоды закроются и на выходе схемы установится уровень напряжения, соответствующий коду 1.

Собирательная схема реализует логическую операцию дизъюнкция. В исходном состоянии оба диода открыты. При подаче на вход сигнала нулевого напряжения (код 1) ток в цепи возрастает, создавая на резисторе падение напряжения практически равное Е. на выходе схемы устанавливается напряжение, соответствующее коду 1. При одновременном поступлении сигналов по обоим входам ток, протекающий через резистор практически остаётся таким же, как и при действии одного сигнала, что объясняется незначительным прямым сопротивлением диодов по сравнению с сопротивлением. При подаче сигнала, соответствующего логическому 0 диоды не проводят и на выходе низкое напряжение, соответствующее логическому 0

Ход работы:

  1.  Проанализировать работу инвертора. Для этого собрать принципиальную электрическую схему, представленную на рисунке №1. Зарисовать временную диаграмму и таблицу истинности.

 2.Проанализировать работу схемы совпадений. Для этого собрать    принципиальную электрическую схему, представленную на рисунке №2. Зарисовать временную диаграмму и таблицу истинности.

3.Проанализировать работу схемы совпадений. Для этого собрать принципиальную электрическую схему, представленную на рисунке №3. Зарисовать временную диаграмму и таблицу истинности.

Сделать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа №

Тема:                 Исследование принципиальных электрических схем сложных логических элементов (И – НЕ, ИЛИ – НЕ).

Цель:                 Проанализировать работу принципиальных электрических схем сложных логических элементов (И – НЕ, ИЛИ – НЕ).

Оборудование: IBM PC

Программное обеспечение:WINDOWS,EWB

Вопросы для повторения:

  1.  На базе каких элементов строится сложный логический элемент И –НЕ, ИЛИ – НЕ?
  2.  Описать работу принципиальной электрической схемы логического элемента И –НЕ.
  3.  Описать работу принципиальной электрической схемы логического элемента ИЛИ –НЕ.

Теоретическая часть:

Схема элемента И – НЕ состоит из диодно – резистивной схемы совпадения и усилителя – инвертора, собранного на транзисторе и реализующего операцию НЕ

В исходном состоянии (при низком уровне входного напряжения ) диоды открыты и транзистор находится  в закрытом состоянии,  на его выходе логическая 1. При подаче на входы сигналов, соответствующих коду 1 диоды закрыты, на базу транзистора поступает положительный потенциал и транзистор открывается. На выходе схемы – логический 0.

Схема элемента ИЛИ – НЕ аналогична по построению предыдущей схеме с той лишь разницей, что вместо элемента И в её состав входит диодная собирательная схема ИЛИ. При поступлении на один из входов сигнала, соответствующего логическому 0, диоды закрыты, на базу транзистора действует отрицательное напряжение источника и транзистор закрывается. На выходе схемы – логическая 1.  При поступлении на один из входов сигнала логической 1 соответствующий диод открывается, на базе транзистора напряжение поднимается до некоторого значения и транзистор открывается. На выходе схемы  - логический 0

Ход работы:

  1.  Проанализировать работу элемента ИЛИ – НЕ. Для этого собрать схему, представленную на рисунке 1. Зарисовать временную диаграмму, составить таблицу истинности.
  2.  Проанализировать работу элемента И – НЕ. Для этого собрать схему, представленную на рисунке 2. Зарисовать временную диаграмму, составить таблицу истинности.

  1.  Сделать вывод.

Лабораторная работа №

Тема: Анализ работы триггеров.

Цель: С помощью системы EWB проанализировать работу триггеров.

Оборудование. IBM PС.

Программное обеспечение: windows, ewb.

Вопросы для повторения:

  1.  Что такое триггер?
  2.  Какие бывают триггеры?
    3.Принцип работ триггера?

Теоретическая часть

Практически все устройства ЭВМ совмещают функции переработки и хранения информации. Неотъемлемая часть таких устройств - элемент памяти. В арифметических и логических устройствах для хранения информации чаще всего используют элемент с двумя устойчивыми состояниями - триггер.

Структуру триггера можно представить в виде запоминающей ячейки 

Классификация триггеров

В основу классификации триггерных устройств положены два основных признака: функциональный признак и способ записи информации в триггер.

Функциональная классификация - это классификация триггеров по типам схем управления. По функциональному признаку различают RS, S, R, Е, Т, D, TV, DV, RST и JK триггеры.

Классификация по способу записи информации характеризует временную диаграмму работы триггера, т.е. определяет ход процесса

записи информации в триггер:

Отличительной особенностью асинхронных триггеров является то, что запись информации в них осуществляется непосредственно в момент поступления информационного сигнала на вход триггера.

Запись информации в синхронные тактируемые триггеры осуществляется только при подаче разрешающего импульса (синхроимпульса) на синхронный вход С. Синхронные триггеры подразделяются на две категории: триггеры, срабатывающие по переднему фронту синхроимпульса ("по уровню 0"), и триггеры, срабатывающие по заднему фронту синхроимпульса ("по спаду О").

Синхронные триггеры могут быть однотактными и многотактными. Многотактные триггеры характеризуются тем, что формирование нового состояния триггера завершается с поступлением n-го синхроимпульса. Наибольшее распространение получили двухтактные синхронные триггеры.

Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов или составленными в соответствии с этими таблицами логическими уравнениями.

Входы триггеров обозначаются следующим образом:

С - вход синхронизации;

S (set) - вход установки триггера в 1;

R (reset) - вход сброса триггера в 0;

D (delay) - "задержка";

Т (trigger) - "защелка";

J - вход установки JK-триггера в 1;

К - вход установки JK-триггера в 0;

V - управляющий вход DV-триггера.

Выходы триггеров: Q - прямой выход, Q - инверсный выход.

Таблица переходов асинхронного RS – триггера

R

S

Q(t+1)

0

0

Q(t)

0

1

1

1

0

0

1

1

х

Таблица переходов синхронного RS – триггера

R

S

С

Q(t+1)

0

0

1

Q(t)

1

0

0

Q(t)

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

Х

Таблица переходов JK – триггера

J

K

C

Q(t+1)

0

0

1

Q(t)

1

0

0

Q(t)

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

Ход работы.

  1.  Изучить работу асинхронного RS-триггера. Собрать схему:

Зарисовать временную диаграмму и составить таблицу истинности

  1.  Изучить работу D-триггера. Собрать схему:

  1.  Изучить работу JK-триггера. Собрать схему:

Зарисовать временную диаграмму и составить таблицу истинности.

4.Сделать вывод.


Триггеры

Управляемые уровнем синхроимпульса

С внутренней задержкой

многотактные

Асинхронные

Управляемые уровнем входного сигнала

С внутренней задержкой

однотактные

Синхронные


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45004. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА 224.5 KB
  Снять зависимость задерживающего напряжения от частоты излучения. Поглощение оптического излучения веществом часто сопровождается электрическими явлениями которые получили название фотоэлектрического фотоэффекта. ВНЕШНИМ ФОТОЭФФЕКТОМ называется явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Характер зависимости фототока I от разности потенциалов между анодом и катодом U при постоянной интенсивности падающего на фотокатод монохроматического излучения приведен на Рис .
45005. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА 493.5 KB
  Измерить показатели преломления материала призмы для различных длин волн спектра ртутной лампы. Построить зависимость показателя преломления материала призмы от длины волны света.Показатель преломления. Абсолютный показатель преломления вещества равен отношению фазовой скорости света в вакууме к фазовой скорости света в веществе: n = c v.
45006. ОСНОВЫ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 295 KB
  Изучение законов преломления и отражения света и методики измерения показателя преломления.Определение зависимости показателя преломления от концентрации глицерина поваренной соли в водном растворе. Законы преломления и отражения света. Аналогично вводятся угол отражения угол β и угол преломления угол γ.
45007. ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ГОНИОМЕТРА Г-5 542 KB
  Измерить углы между гранями стеклянной призмы. Измерение углов призмы методом отражения. Схема измерения углов призмы методом отражения углы между нормалями к граням призмы. Призму устанавливают таким образом чтобы пучок света идущий из коллиматора отражаясь от одной из граней призмы давал в перекрестии сетки окуляра изображение щели...
45008. ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ 412 KB
  Атомы излучают световые волны независимо друг от друга поэтому световая волна излучаемая телом в целом в течение некоторого времени наблюдения характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора рис. рис. Волна называется поляризованной по кругу или волной с циркулярной поляризацией если конец вектора E описывает в фиксированной плоскости перпендикулярной направлению распространения волны окружность рис. Рис.
45009. АНАЛИЗ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО СВЕТА 664 KB
  Изучить типы поляризации света и методы их описания. Ознакомиться с методикой анализа поляризации света. Провести анализ поляризации лазерного излучения. Определить угол Брюстера и показатель преломления стекла на длине волны излучения лазера.
45010. Дифракция Фраунгофера 481 KB
  Цель работы: изучение дифракции Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке. Основные положения дифракции света. Необходимо отметить также что при дифракции за препятствием возникает перераспределение светового потока. Однако принцип Гюйгенса не дает информации об интенсивности волн распространяющихся в различных направлениях и не объясняет перераспределение светового потока при дифракции.
45011. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ВЕЩЕСТВОМ 247.5 KB
  Ознакомиться с механизмом поглощения света изучить основные закономерности поглощения света веществом. ОСЛАБЛЕНИЕ СВЕТА Опыт показывает что при прохождении света через слой вещества его интенсивность уменьшается. Этот факт является результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веществом при котором происходит поглощение и рассеяние света а также отражения света на границах раздела различных сред.
45012. Интерференция света и метод определения кривизны линзы с помощью интерференционных полос равной толщины 272 KB
  Возникновение интерференции связано во-первых с тем что для векторов напряженности электрических полей описывающих электромагнитные волны выполняется принцип суперпозиции. Так при наложении двух волн каждая из которых создает в точке наблюдения соответственно электрические поля напряженностью E1 и E2 результирующая напряженность в точке наложения будет равна: Ep = E1 E2 1 Во-вторых возникновение интерференции связано с тем что...