24211

Исследование Логических элементов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выбор двоичной системы счисления диктовался требованиями простоты технической реализации самых сложных задач с использованием всего одного базового элемента ключа который имеет два состояния: включен замкнут или выключен разомкнут. В цифровой технике практические аналоги рассмотренных схем принято называть логическими элементами. Графические обозначения буферного логического элемента а элементов И ANDб ИЛИ OR в Исключающее ИЛИ XOR г и их инверсные варианты во втором ряду NOT NAND NOR XNOR соответственно.

Русский

2013-08-09

111 KB

22 чел.

4

Лабораторная работа № 7

исследование Логических элементов

Цель работы: закрепить теоретические знания, полученные при изучении логических элементов, провести анализ и синтез схемы элемента Исключающее ИЛИ.

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий.

Краткие теоретические сведения

Известно, что математической основой цифровых вычислительных устройств является двоичная арифметика, в которой используются всего два числа — 0 и 1. Выбор двоичной системы счисления диктовался требованиями простоты технической реализации самых сложных задач с использованием всего одного базового элемента — ключа, который имеет два состояния: включен (замкнут) или выключен (разомкнут). Если первое состояние ключа принять за условную (логическую) единицу, то второе будет отражать условный (логический) ноль или наоборот. Возможные комбинации состояния ключей показаны на рис.1,2 и 3.

На рис. 1 показаны ключи 1 и 0, управляемые клавишами 1 и 0 соответственно, если он находится в положении 1, лампа горит (рис. 1,а), или не горит, если он находится в положении 0 (рис. 1,б).

                         а)    б)     

Рис.7.1. Схемы электромеханических имитаторов логической единицы (а) и нуля (б).

  а)     б)

Рис. 7.2. Электромеханические имитаторы логической единицы (а) и нуля (б) в инверсном режиме.

Возможно другое расположение ключей по отношению к вспомогательным устройствам, показанное на рис. 2. В этих схемах состояние индикаторов нуля или единицы противоположно показанному на рис. 1. При нажатии на клавишу 1 индикатор фиксирует состояние 0 (рис. 2,а) и наоборот (рис. 2,б). Следовательно схемы на рис. 2 по выходному сигналу (состоянию индикаторных лампочек) обратны (инверсны) по отношению к схемам на рис. 1. Поэтому такие ключи называют инверторами.

Поскольку в цифровых системах содержится огромное количество ключей (только в одном микропроцессоре их несколько миллионов), то для взаимного обмена информацией используются электрические сигналы напряжения. При этом ключи, как правило, применяются в инверсном режиме в соответствии со схемами на рис. 3.

На рис. 3 сопротивление 490 Ом имитирует внутреннее сопротивление нагрузки ключа (аналог коллекторного сопротивления в транзисторном ключе), сопротивление 10 Ом — сопротивление замкнутого электронного ключа, сопротивление 500 Ом — сопротивление разомкнутого ключа с учетом внешней нагрузки. Как видно из рис. 3, наличие на выходе логического нуля (инверсия 1) индицируется напряжением 100 мВ (в практических конструкциях может быть и больше), а наличие логической единицы — напряжением 2,55 В (нормируется на уровне 2,4 В). Электронные ключи проектируются таким образом, чтобы при наихудших сочетаниях входных и выходных параметров ключи могли различать сигналы логической единицы и нуля.

      а)        б)

Рис. 7.3. Электромеханические имитаторы логической "1" (а) и "О" (б) в инверсном режиме с индикаторами выходного напряжения.

В цифровой технике практические аналоги рассмотренных схем принято называть логическими элементами. При этом в зависимости от выполняемых функций каждый элемент имеет свое название и соответствующее графическое обозначение.

На рис. 4 показаны обозначения базовых логических элементов, принятые в программе EWB 5.

                                                  а)             б)                в)            г)

Рис. 7.4. Графические обозначения буферного логического элемента (а), элементов И (AND)(б), ИЛИ (OR) (в), Исключающее ИЛИ (XOR) (г) и их инверсные варианты во втором ряду (NOT, NAND, NOR, XNOR соответственно).

Электромеханическим аналогом буферного элемента являются имитаторы на рис. 3, а логического элемента НЕ (NOT) — на рис. 2 и 3. Электромеханические аналоги двухвходовых элементов И, И-НЕ показаны на рис. 5.

а)           б)

Рис. 7.5.  Электромеханические имитаторы двухвходовых элементов.

Задание на подготовку к работе

  1.  Изучить принцип работы логических элементов.
  2.  Изучить порядок выполнения работы и подготовить необходимые схемы и таблицы.

Контрольные вопросы

  1.  Составьте таблицу истинности элемента И-НЕ  
  2.  Составьте таблицу истинности элемента И  
  3.  Изобразите схему реализации элемента ИЛИ
  4.  Изобразите схему реализации элемента НЕ
  5.  Изобразите схему реализации элемента И

Порядок выполнения работы

  1.  Изучите работу логического преобразователя [9].
  2.  Проведите анализ схемы элемента «Исключающее ИЛИ».

Составьте булево выажение и таблицу истинности для логического элемента «Исключающее ИЛИ». Подставляя в булево выражение все возможные комбинации входных сигналов убедитесь в правильности составленной вами таблицы истинности.

Проверьте теоретические результаты с помощью логического преобразователя. Для этого соберите схему рис. 6. Нажмите клавишу и на экране появится таблица истинности.

Для получения булева выражения исследуемого элемента необходимо нажать клавишу .Это выражение приводится на дополнительном дисплее,  расположенном в нижней части лицевой панели, в виде двух слагаемых, соответствующих  выходному сигналу ИСТИНА (сигнал логической единицы на выходе OUT). Сопоставление полученного выражения с таблицей истинности убеждает нас в том, что таких комбинаций действительно две, если учесть, что в полученном выражении приняты следующие обозначения: А'=0 — инверсия А=1, В'=0 — инверсия В=1 знак + соответствует логической операции ИЛИ.

Рис. 7.6. Исследование логического элемента «Исключающее ИЛИ» с помощью логического преобразователя.

3) Проведите синтез схемы элемента «Исключающее ИЛИ».

Допустим, что нам требуется составить схему и булево выражение для логического элемента, у которого выходная комбинация в таблице истинности не 0110, как на рис. 6, а 1101. Для внесения необходимых изменений отмечаем курсором в столбце OUT подлежащий изменению символ, изменяем его с помощью клавиатуры и затем, перемещаясь по столбцу клавишами управления курсором, изменяем по необходимости символы в других строках. После внесения всех изменений последовательно нажимаем на клавиши и получаем результат, представленный на рис. 7. Синтезированное логическое устройство показано в верхнем левом углу рис .7, а его булево выражение — на дополнительном дисплее.

В более общем случае для выполнения синтеза целесообразно действовать следующим образом. Щелчком курсора по иконке логического преобразователя непосредственно на линейке приборов раскрываем его лицевую панель. Активизируем курсором клеммы-кнопки А, В,...,Н (начиная с А), количество которых равно количеству входов синтезируемого устройства. Вносим необходимые изменения в столбец OUT и после нажатия на панели преобразователя указанных выше клавиш управления получаем результат в виде схемы на рабочем поле программы и булево выражение  на дополнительном дисплее.

Рис. 7.7. Результат синтеза логического устройства по заданной таблице истинности.

Рис. 7.8. Окно установки количества входов логического элемента.

   

Для двухвходовых элементов на рис.4 можно увеличить количество входов до восьми, открывая двойным щелчком по значку компонента диалоговое окно (рис. 8). По умолчанию в этом окне указано минимально возможное число входов, равное двум.

4)  Проведите моделирование оставшихся без рассмотрения двухвходовых логических элементов на рис. 4 с использованием логического преобразователя и установите для каждого из них соответствие таблицы истинности и булева выражения.

5)  Разработайте схемы электромеханических имитаторов двухвходовых логических элементов на рис.4 (за исключением элемента И)                                              

6)  Проведите синтез трехвходового логического устройства с выходной комбинацией 10011110 в таблице истинности.

7) Вызовите на экран принципиальную схему исследуемого элемента "Исключающее ИЛИ"  и зарисуйте ее.

8) С помощью осциллографа просмотрите и зарисуйте сигналы на входах и выходах исследуемого элемента и объясните его работу.

Содержание отчета

  1.  Название и цель лабораторной работы.
  2.  Схемы проводимых исследований.
  3.  Наименование каждого пункта исследования и полученные результаты по каждому пункту исследования.
  4.  Выводы по результатам исследований.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37034. В ГОСТЯХ У СКАЗОК БРАТЬЕВ ГРИММ 84.86 KB
  Und ds ist mein Zuberstock. lle zuschuen Wer ist ds Heinz ist ful Ist Heinz ful Wie ist Heinz Он любит много спать и много есть совсем не любит работать. Nennt lle Lebensmittel die Heinz mg Дети: Ds ist У. Rtet ws er will Дети задают вопросы типа: Ist ds Kse Вот так мечтая о благополучии и вкусной пище но не работая Гейнц лишился козы которая у него была улья с пчелами и даже последнего горшка с медом.
37035. Дети войны. Последние свидетели 73.5 KB
  Оборудование: плакаты компьютер мультимедийный проектор фотографии военных лет Презентация 1 отрывок из документального фильма Дети войны. Презентация 1. Слайд 1 Презентация 1. Презентация 1.
37036. Дружба в нашем классе 36.5 KB
  Вводная часть Здравствуйте ребята Вы же помните первый классный час который мы у вас проводили На какую тему он был Ответы детей Да ребятаон был про дружбу. Не имей 100 рублей а Старый друг лучше Нет друга ищи а Друг познаётся А знаете ли вы ещё какиенибудь пословицы о дружбе Ответы детей Молодцы ребята Считаете ли вы свой класс дружным Ответы детей Что нужно сделать для того чтобы все в классе жили дружно Ответы детей Ребята для этого нужно уважать и помогать друг другу. одноклассники...
37037. СКАЖИ ТЕЛЕФОНУ ДОВЕРИЯ ДА! 192.5 KB
  Информировать учеников о том для чего предназначен и как работает Телефон доверия 2.Мотивировать обращение за помощью на Телефон доверия в трудных жизненных ситуациях ЗАДАЧИ: 1.Рассказать о Телефоне доверия как о виде психологической помощи 2.
37038. Вред курения 56 KB
  Судья Займите свое место. Итак внимание: суд идет Судья: Начинаем наше судебное заседание. Ввести подсудимую Входит сигарета Судья: У нас присутствуют со стороны защиты: Табак рода многолетних трав из семейства пасленовых. Судья:Не понятно что Владимир Иванович Даль имел в виду.
37039. Думаем о будущем сегодня. Классный час о вреде курения 47 KB
  Откуда же пришла к нам эта напасть Из истории табака О курении табака европейцам стало известно после открытия Америки Христофором Колумбом. привез листья табака из Лиссабона для Екатерины Медичи. Вследствие неумеренного курения табака появились случаи отравления что побудило власти к преследованию курения.
37040. Общение в моей жизни 62.5 KB
  КОНСПЕКТ ЗАЧЕТНОГО ВНЕКЛАССНОГО ВОСПИТАТЕЛЬНОГО МЕРОПРИЯТИЯ Францкевич Алина Алексеевна ФРЯиЛ 4 курс 2 группа Гимназия № 62 7 Г класс Общение в моей жизни Практикум занятие с элементами практических упражнений и последующим их обсуждением; ролевая игра. Цель: дать первоначальное представление о значении общения в жизни человека; воспитать необходимых для жизни в современном социуме качеств личности; охарактеризовать общение как своеобразную деятельность. Задачи: познакомить с различными формами общения; формировать...
37041. Классный час «Правила этикета» 46 KB
  Ход классного часа: Преподаватель:ЗдравствуйтедетиСегодня у нас не обычный внеклассный часа урокигракоторая называется Мастерская этикета. Преподаватель:что нужно сделать перед началом урокавикториныну конечно же разминку. Преподаватель:Хорошоа теперь познакомимся с Нехочухойнашим домовёнкомкоторый ничего не знает об этикетевывешивает на доску изображение толстенького домовенкаименно он поможет нам ответить на этот вопрос Ученикам раздаются карточки с одним словомкоторое содержится в понятии этикет....
37042. Правила дорожного движения 185 KB
  Тема: Правила дорожного движения.Образовательная: формировать представления младших школьников о безопасности дорожного движения; повторить правила движения пешеходов по улице и дороге; 2. Воспитательная: воспитывать уважительное отношение ко всем участникам дорожного движения.