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

23103. Рівняння Шредингера. Інтерпретація хвильової функції 49 KB
  Рівняння Шредингера. Для цього необхідне рівняння: 1. Рівняння повинно бути лінійним і однорідним хвиля задовольняє принц. Це рівняння Шредингера.
23104. Співвідношення невизначеності Гейзенберга, приклади його проявів 74.5 KB
  Нехай стан частинки опивується хв. Остаточно Співвідношення невизначеностей проявляється при будьякій спробі вимірювання точного положення або точного імпульса частинки. Виявляється що уточнення положення частинки впливає на те що збільшується неточність в значенні імпульса і навпаки. Часто втрачає зміст ділення повної енегрії частинкияк квантового об’єкту на потенціальну і кінетичну .
23105. Сестринский процесс при холециститах 25.25 MB
  Воспаление желчного пузыря регистрируется почти у 10% населения планеты, причем в 3-4 раза чаще холециститом страдают женщины. Большинство людей не следят за своим рационом, ведут сидячий образ жизни.
23106. Теорія молекули водню. Обмінна взаємодія 371 KB
  Оскільки гамільтоніан не залежить від спінових змінних то хвильова функція зображається добутком спінової функції на просторову . За допомогою хвильової функції знаходимо середнє значення повного гамільтоніана системи: де кулонівський інтеграл К характаризує ел. наближені хвильові функції Кулонівський інтеґрал К є малим числом і головну роль відіграє обмінний інтеґрал який у ділянці малих є додатною величиною а при змінює знак. Таким чином для симетричної просторової функції є можливим зв'язаний стан системи і теорія...
23107. Прискорювачі заряджених частинок та принципи їх роботи 62.5 KB
  При непрямих методах прискорення електричне поле індукується змінним магнітним полем або використовується змінне електричне поле у вигляді біжучих або стоячих хвиль. Ідея прискорення заряджених частинок електричним полем яке породжується змінним магнітним полем. Основна складова – потужний електромагніт обмотка якого живиться змінним струмом з частотою сотні МГц. При зміні маг потока з’являється вихрове ел поле і на кожний електрон в камері діє сила eE.
23108. Общая характеристика экономики государственного сектора 262 KB
  Под государственным сектором экономики страны понимают сектор, представляющий и обслуживающий интересы всего населения. Государство является основным институтом, организующим и координирующим взаимоотношения граждан и социальных групп в стране и обеспечивающим условия для их совместной деятельности
23109. Сучасні уявлення про ядерні сили. Моделі атомного ядра 136.5 KB
  За сучасними поглядами сили між нуклонами є виявом сильної кваркглюонної взаємодії. Така частинканосій сильної міжкваркової взаємодії називається глюоном. При взаємодії глюонів з кварками колір кварків змінюється. Аромат кварків їхній електричний та баріонний заряди не змінюються тобто колір є найбільш важливою властивістю кварків при взаємодії.
23110. Теорія молекули водню. Обмінна взаємодія 59.5 KB
  Теорія молекули водню. Відносне розміщення цих центрів атомних ядер визначає просторрову конфігурацію молекули при цьому стійкому рівноважному стану відповідає мінімум енергії молекули. Відносний рух ядер коливання ядер і обертання молекули як цілої – це окремі задачі. Таким чином для Н2 хвильове рівняння можна записати у вигляді: де V – потенціальна енергія молекули V=V1V2 – енергія першого ел.
23111. Методи визначення роботи виходу електрона 973.5 KB
  Методи визначення роботи виходу електрона. Енергію яку потрібно виконати для вибиття електрону з металу або рідини у вакуум називається роботою виходу. Еіон енергія іонізації А – робота виходу електрона за межі поверхні тіла – кін. Величина роботи виходу A в значній мірі залежить від чистоти поверхні емітера.