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

48222. Технічна механіка 8.62 MB
  Технічна механіка є фундаментальною загальнотехнічною дисципліною, невід’ємною складовою системи підготовки інженерно-технічних працівників. Під час вивчення курсу студенти оволодівають знаннями законів рівноваги та руху матеріальних тіл, методів розрахунку елементів конструкцій, машин та споруд на міцність, жорсткість, стійкість, основами проектування деталей, вузлів машин. Знання дисципліни необхідні спеціалістам, які повинні організовувати належну експлуатацію й обслуговування сучасної залізничної техніки, удосконалювати її конструкцію та технології застосування.
48223. ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОД 81.5 KB
  Установки термического обезвреживания минерализованных сточных вод должны соответствовать следующим основным требованиям: I обеспечивать снижение концентрации вредных веществ в очищаемой воде до значений меньших ПДК; 2 иметь незначительную чувствительность к составу стоков; 3 обеспечивать надежность и экономичность в работе; 4. Концентрирование сточных вод Многокорпусные выпарные установки. На практике используют однокорпусные и многокорпусные выпарные установки включающие аппараты с естественной и принудительной циркуляцией. Наибольшее...
48224. Основні підходи до визначення поняття парламентаризму 56 KB
  : Поняття П = відображає з одно боку місце парламенту в мехзмі поділу влади і в цьому значенні наближене до політичного режиму а з іншого принципи устрою парламенту. влади: У вузькому розумінні: оргція і функціонування органу законодавчої влади що хться верховенством парламенту наявністю в нього виключних прерогатив і повноважень Журавський В. влади з особливою активною 1998 роллю парламенту. влади з вагомою і значною роллю парламенту передбаченими Кцією можливостями його активного впливу на сусп.
48225. Бізнес план виноробного заводу «INKERMAN International» 135 KB
  Щорічно вина Inkerman виграють тендер Міністерства закордонних справ України, присутні на заходах державного рівня — поставляються до закордонних представництв і посольств України, подаються на всіх офіційних дипломатичних прийомах.
48226. Теорія та методика обраного виду спорту 155 KB
  До таких показників ставляться: час рухової реакції час виконання одиночного руху величина й характер зусиль що розвивають дані про біоелектричну активність м'язів частота скорочень серця частота подиху вентиляція легенів серцевий викид споживання кисню швидкість нагромадження й кількість лактата в крові. При визначенні ступеня специфічності вправ потрібно орієнтуватися не тільки на зовнішню форму рухів але й на характер їхньої координаційної структури особливості функціонування м'язів вегетативні реакції. До вправ загального...
48227. Релігієзнавство. Курс лекцій 486 KB
  Це зумовлено тією роллю яку відіграє релігія в житті сучасного суспільства та окремої людини впливом релігії на політику культуру тощо. Інтерес до закономірностей розвитку релігії її історії інших проблем пов'язаних з взаємовідносинами церкви і держави міжконфесійними стосунками постійно зростає. Таким чином слід наголосити що об'єкт і предмет релігієзнавства співпадають: це закономірності становлення та розвитку релігії її роль у житті суспільства та індивіда. До структури релігієзнавства насамперед входять такі науки:  Філософія...
48228. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИТРАТОВИМІРЮВАННЯ 3.65 MB
  ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИТРАТОВИМІРЮВАННЯ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ Для студентів спеціальності Метрологія та інформаційновимірювальна техніка Рекомендовано методичною радою університету ІваноФранківськ 2011 ІваноФранківський національний технічний університет нафти і газу С. Лекційне заняття №3 Класифікація засобів відтворення і вимірювання одиниць обєму та обємної витрати газу. Газова промисловість України як окрема галузь паливноенергетичного напряму економіки держави складає сьогодні чи не...
48229. ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ 542.5 KB
  Фокина ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ Курс лекций для студентов специальности Менеджмент организации ИЗДАТЕЛЬСТВО САРАТОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Теория организации: Курс лекций для студ. Менеджмент организации.В курсе лекций рассмотрены основные вопросы теории организации предусмотренные образовательным стандартом а также некоторые новые проблемы и точки роста.
48230. ПРЕДМЕТ І СИСТЕМА ТРУДОВОГО ПРАВА 391 KB
  Будьяка соціальноекономічна формація формувалася зростала й розвивалася на основі праці. Але юридичні науки цікавить не загальне поняття праці а праця як правове явище як міра праці необхідна для творчого зростання людини з урахуванням як особистого так і колективного та суспільного інтересів. Трудове право провідна галузь українського права яка є системою правових норм що регулюють сукупність трудових відносин працівників1 із роботодавцями а також інші відносини що випливають з трудових або тісно пов'язані з ними і...