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

26 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

45426. Каналы передачи данных 308.5 KB
  Эти 4 группы относятся к многоканальным каналам. Затухания для канала связи изменяется в Децибелах. Для простого канала тональной частоты величина среднего отклонения во времени остаточного затухания от его среднего значения на частоте 800 Гц должно быть не более 1дБ. Характеристика которая описывает эту зависимость амплитудночастотная характеристика канала.
45427. Концептуальные основы технологии АТМ 994 KB
  АТМ относится к технологии с асинхронным режимом передачи. 1 коммутация каналов с одной фиксированной скоростью; 2 многоскоростная система с коммутацией каналов; 3 выскоскоростная система с коммутацией каналов; 4 технология АТМ или асинхронный режим передачи; АТМ synchronous Trnsfer Mode. Для систем передачи с коммутацией каналов характерна постоянная скорость передачи и отсутствие всплесков нагрузки. Если пользователь генерирует в какойто момент времени более интенсивный поток информации чем способна передавать система с...
45428. Системы беспроводной связи 96.5 KB
  Системы беспроводной связи начали развиваться с 2000 01 года в связи с появлением стандарта GSM. Основное применение беспроводных средств связи стало развитие протокола Ethernet а также необходимостью обеспечения коммуникации узлов находящихся на территориях не охваченных телефонной связью. Первым развитием беспроводных каналов связи стала беспроводная телефонная связь.
45429. Стандарт Wi-Fi 296.5 KB
  Любой абонент с WiFi точкой доступа может получить доступ к локальной сети. Эта проблема решается с помощью разработки системы безопасности локальной сети. Достоинство: для построения сети на основе распределенной архитектуры достаточно установить несколько точек доступа. Развертывание такой сети является установка точки доступа в свободный порт маршрутизатора или коммутатора.
45430. Технология GPRS 340 KB
  GPRS Generl Pcket Rdio Service технология разработанная в 1991 году Европейским институтом ТК стандартов позволяющие передавать получать данные из сети Internet с применением мобильной связи на основе GSM. GPRS предоставляет следующие сервисы работа с электронной почтой; Httpинтерфейс. GPRS позволяет читать данные в том формате который является общедоступным для сетевых узлов.
45431. Эволюционное программирование (генетические алгоритмы) 57.5 KB
  Метод алгоритм пример решения задачи Эволюционное программирование генетические алгоритмы Для эволюционного программирования должны выполняться следующие требования: 1Наличие пространства параметров x = {x1x2x3.е случайное варьирование параметров. Хромосома вектор варьируемых параметров решения Операции получение новых решений из существующих Скрещивание получение параметров хромосомы от родителей расширение области поиска Мутация ...
45432. Модель нейрона. Понятие нейронной сети. Особенности функционирования технических структур, моделируемых нейронной сетью 92 KB
  Схема работы натрийкалиевого насоса: а активные центры захватили ион калия снаружи и ион натрия внутри клетки; б белковая молекула захватившая ионы повернулась на 180 за счет энергии АТФ и освободила захваченные ионы при этом калий попал внутрь клетки а ион натрия был выброшен наружу в молекула вновь повернулась на 180 и готова к захвату новых ионов. Диффузия в жидкостях происходит при помощи ионов. Идет расслаивание ионов возникает потенциал...
45433. Модель обучения на примере автоматов с линейной тактикой. Автомат с переменной структурой 124.5 KB
  Автомат с переменной структурой. Рациональность поведения автомата в детерминированной стохастической стационарной и нестационарной среде. Автомат с линейной тактикой рис.
45434. Применение метода оценочной функции при реализации интеллектуальных функций. Уровни интеллектуальности поведения 61.5 KB
  Черепаха представляет собой трехколесную тележку на которой размещены аккумуляторы система реле и электронная ламповая схема. Схема отрегулирована таким образом что при низком потенциале анода лампы Л1 запирается лампа Л2 и реле Р2 устанавливается так что исключается одновременное нахождение под током реле P1 и Р2. При умеренном освещении фотоэлемента лампа Л2 приоткрывается однако проводимый ею ток недостаточен для срабатывания реле P1 хотя уменьшение напряжения на аноде лампы и приводит к отпусканию реле Р2. Замыкание...