71740

Цифровые логические устройства

Лабораторная работа

Физика

Принцип построения и работы устройств предназначенных для выполнения этих задач основывается на виде системы счисления способе записи чисел цифровыми знаками. Известны так называемые позиционные системы счисления в которых значение каждой входящей в число цифры зависит от ее положения в записи числа.

Русский

2014-11-11

98.5 KB

0 чел.

210

Лабораторная работа №20

Цифровые логические устройства

Цель работы: изучение двоичной системы исчисления; знакомство с работой логических устройств: «НЕ», «И-НЕ», триггера и параллельного регистра.

Приборы и принадлежности: лабораторные макеты.

Литература

  1.  [1], § 3.1.
  2.  [2], § 155.

Вопросы входного контроля

  1.  Общий вид записи числа.
  2.  Способы перевода чисел десятичной системы в двоичную (уметь записать в двоичной системе числа до 20).
  3.  Как условно изображается инвертор?
  4.  Пусть на входе инвертора действует высокий уровень сигнала (логическая единица). Какой уровень сигнала на выходе инвертора?
  5.  Как называется логический элемент, реализующий логическую функцию «И»?
  6.  Составить таблицу состояний конъюнктора.
  7.  Как называется логический элемент, реализующий логическую функцию «ИЛИ»?
  8.  Составить таблицу состояний дизъюнктора.

  1.  Введение

Обработка, передача и отображение информации в медицинской аппаратуре часто производится в цифровой форме. Принцип построения и работы устройств, предназначенных для выполнения этих задач, основывается на виде системы счисления – способе записи чисел цифровыми знаками. Известны так называемые позиционные системы счисления, в которых значение каждой входящей в число цифры зависит от ее положения в записи числа. Количество различных цифр, применяемых в позиционной системе, называют основанием системы. Различают следующие системы счисления: десятичная – с основанием 10, двоичная – с основанием 2 и др. Например, любое целое число А может быть представлено в таком виде:

Здесь n – число знаков в числе; i – номер разряда;

            a1 – цифра в разряде i; Hi – вес разряда.

Совокупность цифр an-1, an-2, …, a1, a0 составляет код числа в заданной системе счисления.

  1.  Двоичная система счисления

В цифровой технике наибольшее распространение получила двоичная система счисления, содержащая только цифры 0 и 1, а ее основанием является число 2. В двоичной системе любое число  обозначается цифрами 0 и 1, которые располагаются в порядке возрастания разрядов справа налево (как и в десятичной). Каждый вес разряда соответствует основанию системы в степени на единицу меньшей порядка разряда:

Нi = ri, где r-основание СС. Тогда                                                     

                  А =.

Порядок записи чисел в двоичной системе счисления рассмотрим на конкретном примере. Пусть требуется записать в двоичной системе счисления число А, равное 50. Для этого нужно выполнить следующие действия.        

Последовательно делим на основание системы до тех пор, пока не получим 0. Остатки дадут цифры числа:

50    2

50    25   2

 0     24    12   2

          1    12     6      2

                  0     6      3      2

                         0      2      1      2

                                 1      0      0

                                                   1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Меняем местами разряды (читаем справа налево), получаем:

5010 =1100102

Именно так производится перевод чисел в ПК.

На аппаратном уровне в ИМС шифраторов-дешифраторов используются сплошные логические схемы.

Для примера можно привести схему дешифратора 155ИД1.

Таким образом, число 50 в двоичной системе счисления может быть записано следующим образом:

  Hi

50 = 1*25+1*24+0*23+0*22+1*21+0*20 = 110010

  Ai

  1.  Логическая функция «И-НЕ»

Логическая функция Y нескольких переменных (X0, X1, …, Xn-1) определяет характер логических операций, в результате которых набору входных переменных х0, х1, …, хn-1 ставится в соответствие переменная Y, т.е.

Y= f(X0, X1, …, Xn-1).

Например, логическая функция «И», как функция логического умножения, выражается зависимостью

Y=X1*X2.

Логическая функция «И-НЕ» является инверсной относительно функции «И» и выражается как

Логические функции наиболее наглядно характеризуются таблицей, в строках которой каждой комбинации входных переменных Х соответствует значение выходной переменной Y:

                                                                                            Таблица 1

Х1

Х2

Y=X1*X2

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

Как видно из табл.1, функция «И-НЕ» принимает значение логического «0» только при равенстве 1 всех переменных.

  1.  Тактируемый D-триггер

Условное обозначение тактируемого D-триггера показано на рис.1.

        Q

                                                                    

                                                              Q 

Рис. 1.

Он имеет информационный вход D и вход синхронизации С. Если уровень сигнала на входе С=0, то состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на информационном входе D (режим хранения информации). При подаче на вход синхронизации С импульса информация на прямом выходе Q будет повторять информацию, подаваемую на вход D (режим записи информации).

  1.  Описание лабораторных макетов

  1.  Макет для изучения двоичной системы счисления

Для ознакомления с двоичной системой счисления предназначена счетная декада, имеющая индикацию в десятичной и двоичной системах счисления. На вход декады поступают сигналы от генератора одиночных импульсов. Индикация числа входных импульсов в десятичной системе осуществляется при помощи газоразрядного индикатора, а в двоичной системе – при помощи светодиодов, подключенных к выходам триггеров счетчика декады.

Счетчик декады выполнен на интегральной микросхеме К155ИЕ2, дешифратор для перевода десятичной системы в двоичную – на микросхеме К155ИД1.

  1.  Макет для изучения работы логических устройств

и параллельного регистра

Схема параллельного регистра приведена на рис.2.

Рис. 2.

Информация в виде сочетания единиц (высокое напряжение)  и нулей (низкое напряжение) поступает на информационные входы тактируемых D-триггеров. Запись информации производится при поступлении на шину «Запись» единичного сигнала. После снятия сигнала с этой шины состояние триггеров не изменяется и записанная информация сохраняется. Эта информация при подаче единичного сигнала на шину «Выдача» поступает на выход регистра.

В лабораторном макете к входу и выходу каждого разряда регистра подключены светодиоды (на рис. 2 они не показаны), с помощью которых индицируется информация на входе и выходе регистра в двоичном коде. Кроме того, в младшем разряде к выходам триггера и инвертора также подключены светодиоды, что позволяет изучить логику работы схем «НЕ» и «И-НЕ».

Тактируемые D-триггеры выполнены на интегральной микросхеме К155ТМ7, а логические схемы «НЕ» и «И-НЕ» – на микросхемах К155ЛА4.

  1.  Порядок работы

  1.  Подать на вход декады конечное число импульсов ( не более 9). Зафиксировать состояние триггеров декады. Проверить соответствие двоичной системы счисления десятичной.
    1.  Записать ноль в первый разряд регистра. Объяснить состояние на выходе схем «НЕ» и «И-НЕ». Подать единичный сигнал на шину «Выдача». Объяснить изменение состояния на выходе первого разряда регистра.
    2.  Сформировать и записать в регистр число, заданное преподавателем.
    3.  Изменить информацию на входе регистра и убедиться в том, что при отсутствии единичного сигнала на шине «Запись» состояние регистра сохраняется.

Вопросы выходного контроля

  1.  Какое устройство называется триггером?
  2.  Какое назначение имеет регистр?
  3.  Как условно изображается конъюнктор? дизъюнктор? триггер?
  4.  Составить таблицу состояний для логической схемы «И-НЕ».
  5.  Составить таблицу состояний для тактируемого D-триггера.
  6.  На примере схемы простейшего регистра пояснить его работу.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30783. Основные технологические процессы при монтаже колонн верхних ярусов многоэтажных зданий 15.14 KB
  Колонны высотой на один или два этажа стропят фрикционными или рамочными захватами а рамы штыревыми. Эти приспособления бывают одиночными для закрепления одной колонны групповыми для четырех колонн и в виде совокупности групповых кондукторов обеспечивающей монтаж элементов яруса на значительной части здания. Нижняя обойма обхватывает выступающую над перекрытием часть колонны предыдущего яруса а две другие закрепляют устанавливаемую колонну. После окончательного закрепления колонны одиночный кондуктор разъединяют...
30784. Основные технологические процессы при монтаже ригелей и плит перекрытия 13.13 KB
  Плиты поднимают четырехветвевыми стропами сразу выверяют и приваривают к ригелям. В безбалочных перекрытиях по капителям укладывают осевые плиты а по ним плитывкладыши.
30785. Виды защитных покрытий и требования к ним 14.84 KB
  Защитные покрытия предназначены для защиты зданий и их элементов от внешних агрессивных воздействий окружающей среды. Защитные покрытия в зависимости от поражающих факторов бывают : Гидроизоляционные Антикоррозийные Огнеупорные теплоизоляционные светонепроницаемые и др.войлок Противокоррозийные покрытия – защищают от коррозии наносятся окраской распылением.
30786. Технология устройства гидроизоляции 15.47 KB
  Гидроизоляция: Окрасочная Литая Оклеечная Жёсткая Окрасочную изоляцию жидкими составами толщиной 02. Литую асфальтовую изоляцию в виде сплошного водонепроницаемого слоя асфальтовой массы толщиной 10. На нее наносят слой битумной мастики толщиной 1. Швы между полотнищами очередных слоев смещают по отношению друг к другу Жесткая гидроизоляция цементнопесчаная гидроизоляция толщиной до 25 мм состава 1:1; 1 : 2; 1 : 3 устраивают двумя способами торкретированием и оштукатуриванием.
30787. Виды теплоизоляционных покрытий. Технология 15.75 KB
  Теплоизоляция: Засыпная Мастичная Литая Обвалакивающая Сборноблочная Вакуумная Засыпная – в стену приваривают шпильки 335 см на них крепят мелкую металлическую сетку с ячейками в которые засыпается диатомовая крошка перлитовый песок мин и стекловата. Мастичная – на стену с помощью шпилек устанавливают мелкую армирующую сетку. Мастику наносят на сетку 1 слой – набрызг затем разглаживание последний слой укладывают рейкой. При устройстве однослойной изоляции поверх войлока укладывают оцинкованную металлическую сетку и закрепляют ее...
30788. Назначение кровель. Кровельные материалы. Виды кровель и требования к ним 14.37 KB
  Кровельные материалы. Кровли: Мягкие – рулонные материалы мембраны мастичные Жёсткие – листовые материалы штучные. Скатные кровли – более 15 уклон – штучные листовые материалы черепица металлочерепица рулонные.
30789. Устройство рулонных кровель 15.32 KB
  К вертикальной поверхности пополнительный слой гидроизоляции. Ковер начинают наклеивать с пониженных мест воронок внутреннего водостока ендов карнизов послойно: сначала первый слой по всей площади захватки после его проверки и приемки второй слой до 5. Наклейка : послойная слой за слоем по всей площади крыши ступенчатая3 5 слоёв сразу. Наплавляемый рубероид – нижний слой полимерное покрытие нагревают путём разогрева газовыми горелками.
30790. Устройство мастичной кровли 14.78 KB
  К вертикальной поверхности пополнительный слой гидроизоляции. Разливают слой битумнополимерной мастики. В неё втапливают арматурный слой стеклосетку 34слоя. Сверху защитный слой мелкого гравия.
30791. Мембранные кровли 16.44 KB
  Наносится с использованием клеевой технологии. ТПО – смесь каучука и полимеров повышающих механическую прочность менее эластичны ПВХ – мембраны Способы соединения полотнищ: сварка горячим воздухом клеевой способ 2хсторонние склеивающие ленты Способы закрепления мембранных кровель: Баластный способ – свободное положение закрепляют по периметру в местах примыкания к вертикальным поверхностям. Наносят клеевой состав и раскатывают катком.