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

76634. СССР послевоенный период 1945-1953 годах 30.5 KB
  Мир разделился на два блока один из которых возглавил СССР. Верховный Совет СССР принял план реконструкции и восстановления народного хозяйства. валовая продукция сельского хозяйства СССР составляла 60 довоенного уровня. началась разработка проекта новой Конституции СССР.
76635. СССР в 1953-1964 гг. Н.С. Хрущев 40.5 KB
  Центральным аппаратом управления народным хозяйством становились СНХ СССР ВСНХ СССР. СССР выступал с предложениями о сокращении вооружения и прекращении ядерных испытаний. Для осуществления противовеса этому союзу а также для военного сотрудничества социалистических стран и СССР в мае 1955 г . была создана Организация Варшавского Договора СССР Польша Чехословакия ГДР Венгрия Румыния Болгария Албания и смотря на консолидацию внутри социалистического лагеря наблюдались противоречия вылившиеся в антисоветские выступления...
76636. СССР в 1960-1980 гг. Л.И. Брежнев, Ю.В. Андропов, К.У. Черненко 54 KB
  Андропов 1914-1984 председатель КГБ СССР; К. Громыко 19091989 министр иностранных дел СССР; Д. Устинов 19081984 министр обороны СССР и др. Подгорный ушёл в отставку а Брежнев совместил должности Генерального секретаря ЦК КПСС и Председателя Президиума Верховного Совета СССР первый в истории СССР случай объединения высшего партийного и президентского постов.
76637. Перестройка в СССР . М.С. Горбачев 43.5 KB
  Горбачев Перестройка официальный курс развития страны провозглашенный правящей верхушкой СССР во главе с М. Предполагалось что принятие решительных мер по преодолению обозначившегося снижения темпов экономического роста отставания таких отраслей промышленности как машиностроение от мирового уровня в относительно короткие сроки позволит вывести народное хозяйство СССР на новые рубежи что в свою очередь активизирует социальную политику и приведет к заметному улучшению благосостояния граждан страны. советская экономика затрещала по швам...
76638. Россия в конце 20-в начале 21 века. Глобальные проблемы человечества 71 KB
  Первым Президентом России еще в составе СССР 12 июня 1991 г. На 5 съезде Верховного Совета России председателем этого органа власти был избран Р. С кровавой войны в России началась новая эра эра президентского правления. По итогам выборов состав Государственной думы сложился следующим образом: из 450 мест наибольшее число депутатских мандатов получили представители пропрезидентского блока Выбор России Е.
76639. История в системе социально-гуманитарных наук. Основы методологии исторической науки. Факторы самобытности российской истории 35 KB
  История наука о развитии человеческого общества во всем его многообразии. История общества представляет собой совокупность конкретных и многообразных действий и поступков отдельных людей человеческих сообществ находящихся в определенной взаимосвязи составляющих все человечество. В системе социально-гуманитарных дисциплин история может играть роль всеобщей базы которая постепенно накапливается.
76640. Восточные славяне в древности 32.5 KB
  Однако историки сходятся во мнении что реальными предшественниками русских людей были восточные славяне принадлежащие к группе индоевропейских народов. В результате разгрома сарматами славяне продвигаются на север в лесную зону ассимилируя литовско-латышские и финно-угорские племена. Главными действующими лицами в нем были германцы и славяне.
76641. Особенности становления государственности в России и в мире. Киевская Русь 32.5 KB
  Центром этого государства был Киев. Название этого государства неизвестно. Иногда его называют Каганат русов поскольку глава этого государства по аналогии с соседним хазарским носил титул Кагана. На эти сведения опирается так называемая норманская теория происхождения русского государства.
76642. Крещение Руси 34.5 KB
  Оно имеет длительную историю: распространение христианства на Руси началось задолго до крещения на Днепре и продолжалось еще в течение полутора веков. Православные источники связывают проникновение христианства на территорию Киевской Руси с миссионерской деятельностью апостола Андрея Первозванного в I веке н. Владимир предпринял первую религиозную реформу суть которой состояла в попытке слияния разнородных богов всех племен Киевской Руси в единый пантеон во главе с княжеским богом Перуном.