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

68987. Динамічні рядки символів 47 KB
  На підставі вивчених типів можна одержувати різні структури даних, яких у мові Паскаль у явному вигляді немає. Прикладом такої структури є рядки - впорядковані послідовності символів. Рядки можна відображати за допомогою векторного зображення, коли послідовність символів - це послідовність компонентів вектора...
68988. Операції над динамічними рядками 38 KB
  Розглянемо процедуру шукання заданого елемента. Попередньо опишемо тип, який відображає рядок символів як динамічну структуру. Складемо логічну функцію виявлення заданого символу в заданому динамічному рядку. Передбачимо як побічний ефект логічної функції шукання елемента вказівку...
68989. Списки як динамічна структура даних 47.5 KB
  Розглянуті рядки символів, зображені у вигляді ланцюгів, тобто як динамічна структура, є частковим випадком такої структури - лінійного однонапрямленого списку. Різниця полягає в тому, що коли для рядків інформаційними елементами можуть бути тільки значення типу char...
68990. Поняття черги і стека 35.5 KB
  Поняття стека Поняття черги У програмуванні поняття черги як динамічної структури даних використовують для моделювання процесів пов’язаних з почерговим виконанням деяких замовлень. Поняття стека Другий вид черги називають стеком.
68991. Життєвий цикл програм. Алгоритмізація програми 54.5 KB
  Дуже часто класичний життєвий цикл називають каскадною або водоспадною моделлю, підкреслюючи, що розробка розглядається як послідовність етапів, причому перехід на наступний, ієрархічно нижній етап відбувається тільки після повного завершення робіт на поточному етапі...
68992. Алфавіт мови Pascal, структура програми 89.5 KB
  План заняття Розділювачі Спеціальні символи і зарезервовані слова Імена Числа Рядки символів Позначки Директиви Сталі Структура програми. Всередині лексем використання їх не допустиме а між двома сусідніми іменами термінальними словами або числами повинен бути хоча б один розділювач.
68993. Цілий та дійний типи даних 55.5 KB
  Види цілого типу Операції над цілим типом Види дійсного типу Операції над дійсним типом Види цілого типу Значеннями типу integer є елементи підмножини цілих чисел. У другому випадку ціле значення виразу перетворюється до дійсного типу і присвоюється змінній дійсного типу.
68994. Логічний та рядковий типи даних 52.5 KB
  Логічні змінні можуть мати одне з двох значень: true (істинне) або false (хибне). Як і maxint, ці значення належать до наперед визначених сталих, тобто їх не треба описувати. Логічні змінні найчастіше використовують для керування послідовністю виконання операторів програми.
68995. Оператор присвоєння, введення/виведення, розгалуження 51 KB
  Під час вивчення типів даних ми розглянули особливості введення і виведення значень змінних цих типів за допомогою операторів процедур read і write. Близькими до read i write є оператори readln і writeln (read line, write line). Однак вони відрізняються тим, що після введення чи відповідно...