Cilj rada – Praktično proučavanje logičkih elemenata koji provode elementarne funkcije algebre logike (FAL ). Eksperimentalno istraživanje logičkih elemenata izgrađenih na domaćim mikro krugovima serije K155, K561.

1. Kratke teorijske informacije

1.1. Matematička osnova digitalne elektronike i računalne tehnologije je algebra logike ili Booleova algebra (nazvana po engleskom matematičaru Johnu Bullu).

U Booleovoj algebri, neovisne varijable ili argumenti (X) poprimaju samo dvije vrijednosti: 0 ili 1. Zavisne varijable ili funkcije (Y) također mogu poprimiti samo jednu od dvije vrijednosti: 0 ili 1. Funkcija logičke algebre (FAL) predstavljena je kao :

Y = F (X 1; X 2; X 3 ... X N).

Ovaj oblik specificiranja FAL-a naziva se algebarski.

1.2. Glavne logičke funkcije su:

Logička negacija (inverzija)

Logičko sabiranje (disjunkcija)

Y = X 1 + X 2 ili Y = X 1 V X 2 ;

Logičko množenje (konjunkcija)

Y = X 1 · X 2 ili Y = X 1  X 2.

Složenije funkcije logičke algebre uključuju:

Funkcija ekvivalencije

Y = X 1 ·X 2 +
ili Y = X1 ~ X2;

Funkcija dispariteta (zbrajanje po modulu dva)

Y=
+
ili Y = X 1 X 2;

Pierceova funkcija (logičko zbrajanje s negacijom)

Y=
;

Schaefferova funkcija (logičko množenje s negacijom)

Y=
;

1.3. Sljedeći zakoni i pravila vrijede za Booleovu algebru:

Distributivni zakon

X 1 (X 2 + X 3) = X 1 X 2 + X 1 X 3,

X 1 + X 2 · X 3 = (X 1 + X 2) (X 1 + X 3) ;

Pravilo ponavljanja

X X = X, X + X = X;

Pravilo negacije

x = 0, X + = 1 ;

De Morganov teorem: Da biste dobili dodatnu Booleovu funkciju, obrnite svaku varijablu i zamijenite I s ILI

=
,
=
;

Identiteti

X 1 = X, X + 0 = X, X 0 = 0, X + 1 = 1.

1.4. Sklopovi koji implementiraju logičke funkcije nazivaju se logički elementi. Osnovni logički elementi imaju u pravilu jedan izlaz (Y) i više ulaza, čiji je broj jednak broju argumenata (X 1; X 2; X 3 ... X N). Na električnim dijagramima logički elementi označeni su kao pravokutnici s pinovima za ulazne (lijevo) i izlazne (desno) varijable. Unutar pravokutnika nalazi se simbol koji označava funkcionalnu svrhu elementa.

Na sl. 2.1  2.10 predstavlja logičke elemente koji implementiraju funkcije o kojima se raspravlja u nastavku. Tu su također prikazane tzv. tablice stanja ili tablice istine koje opisuju odgovarajuće logičke funkcije u binarnom kodu u obliku stanja ulaznih i izlaznih varijabli. Tablica istinitosti također je tabularni način određivanja FAL-a.

Na sl. 2.1 predstavlja element „NE.

Slika 2.1. Element “NE” koji implementira funkciju logičke negacije Y =

Element "ILI" (Sl. 2.2) i element "I" (Sl. 2.3) implementiraju funkcije logičkog zbrajanja odnosno logičkog množenja.

Slika 2.2

Slika 2.3

Peirceove funkcije i Schaefferove funkcije implementirane su pomoću elemenata "ILI-NE" i "I-NE" prikazanih na slici. 2.4 i sl. 2,5 odnosno.

Slika 2.4

Slika 2.5

Peirceov element može se predstaviti kao sekvencijalna veza elementa "ILI" i elementa "NE" (slika 2.6), a element Schaeffer može se prikazati kao sekvencijalna veza elementa "I" i "NE" element (slika 2.7).

Na sl. 2.8 i sl. 2.9 prikazuje elemente “Isključivo ILI” i “Isključivo ILI - NE”, koji provode funkcije dispariteta i dispariteta s negacijom.

Slika 2.8

Slika 2.9

1.5. Logički elementi koji provode operacije konjunkcije, disjunkcije, Peirceove i Schaefferove funkcije mogu, u općem slučaju, biti n-ulazni. Tako, na primjer, logički element s tri ulaza koji implementira Pierceovu funkciju ima oblik prikazan na sl. 2.10.

Slika 2.10

U tablici istine (slika 2.10), za razliku od tablica (slika 2.4), postoji osam vrijednosti izlazne varijable Y. Ovaj broj je određen brojem mogućih kombinacija ulaznih varijabli N, koje, u općem slučaju, jednak je: N = 2 n, gdje je n - broj ulaznih varijabli.

1.6. Logički elementi služe za izgradnju integriranih sklopova koji izvode različite logičke i aritmetičke operacije i imaju različite funkcionalne namjene. Mikrosklopovi tipa K155LN1 i K155LA3, na primjer, sadrže šest invertera, odnosno četiri Schaefferova elementa (Sl. 2.11), a mikrosklop K155LR1 sadrži elemente različitih tipova (Sl. 2.12).

Slika 2.11

Slika 2.12

1.7. Funkcije logičke algebre bilo koje složenosti mogu se implementirati pomoću navedenih logičkih elemenata. Kao primjer, razmotrite FAL, dan u algebarskom obliku, u obliku:

Pojednostavimo ovaj FAL pomoću gornjih pravila. Dobivamo:

(2)

Provedena operacija naziva se FAL minimizacija i služi za olakšavanje postupka konstruiranja funkcionalnog dijagrama odgovarajućeg digitalnog uređaja.

Funkcionalni dijagram uređaja koji implementira razmatrani FAL prikazan je na sl. 2.13.

Slika 2.13

Treba napomenuti da funkcija (2) dobivena transformacijama nije potpuno minimizirana. Potpunu minimizaciju funkcije studenti provode tijekom rada u laboratoriju.

Oprema: Laboratorijski stol LKEL – 4M 08 “Digitalni i digitalno-analogni sklopovi”

2.1. Istražite značajke funkcioniranja logičkih elemenata NE, 2OR, 2I, 2I-NE, 3I-NE koji se nalaze na ploči postolja. Za proučavanje NOT elementa koji se nalazi na lijevoj strani polja za uređivanje, primijenite ulazni signal pritiskom na crni gumb. U ovom slučaju, sjaj crvenog LED-a označava prisutnost "1" na ulazu i, prema tome, "0" na izlazu. Za proučavanje preostalih elemenata kao ulaznog signala, kao opciju, uzmite signal iz utičnice koja se nalazi pored LED diode. Konstruirajte tablicu istine za svaki element, uzimajući kao uzorak tablicu 1. Za mjerenje stanja i vrijednosti ulaznih i izlaznih napona koristite osciloskop (s voltmetrom koji se nalazi na postolju).

2.1.1. Minimizirajte funkciju (2) koristeći različite opcije (jedna je moguća), razvijte sklop na temelju prisutnosti elemenata na ploči stalka i implementirajte ga na ploči stalka. Unesite rezultate u tablicu 2.

2.1.2. Na temelju rezultata istraživanja (točka 2.1.1) odredite funkcionalnu namjenu elemenata i označite njihovu oznaku na dijagramu u laboratorijskom izvješću.

Naslov i svrha rada.

Shema pokusa.

Ispunjene tablice 2.1 i 2.2.

Rezultati mjerenja U 0 i U 1 (odjeljak 2.1).

Zaključci iz rada.

4. Ispitna pitanja.

Na kojim vrijednostima varijabli radi algebra logike?

Osnovni oblici FAL zadatka.

Vrsta osnovnih logičkih funkcija u algebarskom obliku.

Što je "logički element"?

Koje logičke funkcije obavljaju elementi Peirce i Schaeffer?

Što određuje broj mogućih kombinacija ulaznih varijabli za proizvoljni logički element?

Definirajte SDNF, SKNF.

Tablica 2.1 Tablica 2.2

Tranzistor je komponenta izrađena od poluvodičkog materijala koja vam omogućuje kontrolu dovoljno velike električne struje u krugu mijenjanjem struje manje vrijednosti na kontrolnoj elektrodi.

Postoje bipolarni i tranzistori s efektom polja. Razlikuju se po tome što u bipolarnom tranzistoru prijenos naboja provode i glavni i manjinski nositelji naboja - rupe i elektroni. U tranzistorima s efektom polja prijenos naboja provodi samo jedan tip nositelja.

Sinteza i proučavanje elemenata temeljenih na tranzistor-tranzistorskoj logici (TTL). TTL sklopovi se temelje na bipolarnim tranzistorima NPN strukture. Bipolarni tranzistori dobili su svoje ime po činjenici da prijenos naboja u njima provode dvije vrste nositelja - elektroni i rupe. Osnovni element ove tehnologije je NAND sklop. Logičko množenje se provodi zbog svojstava tranzistora s više emitera.

ILI-NE element.

Izvedba logičkog elementa NOR na bipolarnim tranzistorima prikazana je na slici 1.1.

Logička funkcija NOR može se izraziti funkcijama I i NE korištenjem De Morganovih pravila: negacija disjunkcije je konjunkcija negacija. Krug ima dva pretvarača VT1 i VT2, koji se napajaju pomoću prekidača i napona suprotnih polariteta. Kada se na oba ulaza ("masa") primijeni logička nula, dolazi do pražnjenja u p-području tranzistora, on se zatvara i struja počinje teći kroz tranzistore VT3, VT4, koji obavljaju funkciju I, napon razina je dovoljna da osigura logičnu. Ako se logička jedinica ("plus") dovodi na barem jedan ulaz, tada će napon pasti na jednom od izlaza pretvarača; napon na AND izlazu neće biti dovoljan da osigura logički jedan.

Slika 1.1 - NILI logički element na bipolarnim tranzistorima

Slika 1.2 - logičke nule se primjenjuju na ulaze elementa ILI-NE

Slika 1.2 prikazuje varijantu rada tranzistorskog kruga kada se na ulaze primjenjuju logičke nule, što rezultira logičkom jedinicom na izlazu.

Element OR-NOT generira sljedeću tablicu istine (vidi tablicu 1.1):

Tablica 1.1 - Tablica istinitosti NOR elementa

Element NE.

NOT element na TTL-u prikazan je na slici 1.3.

Slika 1.3 - Logički pretvarač (logička NOT funkcija)

Kada je prekidač instaliran na "plus" strani, teče mala struja emitera, ova struja omogućuje otvaranje tranzistora, dolazi do pada napona i indikator ne svijetli, što odgovara logičkoj nuli. Kada je ključ instaliran na strani "mase", sloj začepljenja se širi, otpor tranzistora postaje mnogo veći od otpora otpornika, tranzistor je zatvoren, nema pada napona, što odgovara logičnom.

Tablica istinitosti elementa NOT (vidi tablicu 1.2).

Tablica 1.2 - Tablica istinitosti NE elementa

Kada se logičke jedinice napajaju zatvaranjem prekidača, dovoljna struja teče kroz tranzistore u blizini tih prekidača i dovoljan napon se dovodi na ulaz invertirajućeg tranzistora da ga otvori, struja teče slobodno, otpor invertirajućeg tranzistora je nizak, napon pada na otporniku pretvarača, a izlaz je logička nula.

Kada se na tipke primijeni jedna ili nula, ili obje nule, izlazni napon pretvarača nije dovoljan da ga otvori, njegov otpor je visok i na kolektoru se formira visoka razina napona, a izlaz je logička nula .

Dijagram I-NE elementa sa složenim pretvaračem prikazan je na slici 1.5.

Slika 1.5 - NAND element sa složenim pretvaračem

Tablica istine za ovaj element odgovara tablici 1.3.

Ovaj element se sastoji od tri stupnja: ulaz (R1, VT1, VT2 - model tranzistora s više emitera), fazna inverzija (VT3, R2, R4) i izlazno pojačalo (VT4, VT5, VD3, R3).

Kada se logičke jedinice primjenjuju na ulaze x 1 i x 2, kolektorska struja se pojavljuje na tranzistorima VT1, VT2 i teče u bazu tranzistora VT3, otvarajući ga. Dio struje emitera VT3 teče u tranzistor VT5, on se otvara, izlaz y je postavljen na nisku razinu napona, dok je VT4 zatvoren (nema dovoljno napona kroz spoj baza-emiter VT4 i VD1). Kada se primijeni barem jedna logička nula, struja kolektora tranzistora VT1, VT2 prestaje, VT3 i VT5 se zatvaraju, VT4 se otvara. Budući da je VT5 zatvoren, na izlazu se stvara visoka razina napona.

Sinteza i proučavanje elemenata baziranih na MOS tranzistorima.

Razvoj računalnih sklopova koji se temelje na MOS tranzistorima započeo je pojavom tranzistora polja s induciranim kanalom 1962. godine. Sklopove temeljene na MOS tranzistorima karakterizira relativna jednostavnost proizvodnje, kompaktnost, niska potrošnja energije i visoka otpornost na buku na promjene napona napajanja. MOS tranzistori imaju strukturu metal-dielektrik-poluvodič i općenito se nazivaju MOS tranzistori. Budući da je dielektrik baziran na SiO 2 oksidu, koristi se naziv MOS tranzistori (unipolarni, kanalni). Metalna elektroda na koju se dovodi upravljački napon naziva se gejt (G), a druge dvije elektrode nazivaju se sors (I) i odvod (C). Radna struja teče od izvora do odvoda. Za p-kanal polaritet odvoda je negativan, a za p-kanal je pozitivan. Glavna pločica poluvodiča naziva se podloga (P). Kanal je vodljivi sloj blizu površine između izvora i odvoda, u kojem se vrijednost struje određuje pomoću električnog polja.

U kanalu nema procesa ubrizgavanja ili difuzije. Radna struja u kanalu uzrokovana je driftom u električnom polju elektrona u n-kanalima i rupa u p-kanalima.

Kada je upravljački napon jednak nuli, kanal je odsutan i struja ne teče. Kanal koji nastaje pod djelovanjem vanjskog upravljačkog napona naziva se induciran. Napon pri kojem se formira kanal naziva se napon praga. Kanal s početnom dodatnom koncentracijom naboja naziva se ugrađenim. Performanse n-MOS tranzistora su 5-8 puta veće od performansi p-MOS tranzistora, budući da je mobilnost elektrona znatno veća od pokretljivosti šupljina. U MOS sklopovima otpornici su potpuno eliminirani, njihovu ulogu obavljaju MOS tranzistori.

ILI-NE element.

Dijagram ILI-NE elementa prikazan je na slici 1.6.

Slika 1.6 - NOR element na MOS tranzistorima

Tranzistor VT1 djeluje kao otpornik budući da MOS tranzistori imaju veliki otpor; kako bi prošao struju, izvor se spaja na pozitivni pol izvora. Kada se logičke nule istovremeno primjenjuju na tranzistore VT2 i VT3, zatvaraju se, stvaraju opterećenje nakon tranzistora VT1, razina ovog napona odgovara logičkom. Tablica istinitosti ovog elementa odgovara tablici 1.1. Ako se na ulaz primijeni barem jedna ili obje logičke jedinice, otvorit će se jedan od tranzistora VT2 i VT3 (ili oba), doći će do pada napona, a izlaz će biti logička nula.

NAND element.

Element AND-NOT prikazan je na slici 1.7.

Slika 1.7 - I-NE element na MOS tranzistorima

ILI element.

Element I.

Sinteza i proučavanje elemenata na KMDP strukturama.

ILI-NE element.

NAND element.

Sinteza i proučavanje elemenata temeljenih na emitersko spregnutoj logici (ECL).

Strujni krug ESL elemenata temelji se na korištenju diferencijalnog pojačala u strujnom načinu rada. ESL elementi pojavili su se 1967. godine i trenutno su najbrži među poluvodičkim elementima na bazi silicija. Kašnjenja širenja signala u ESL elementima smanjila su se na subnanosekundni raspon (približno 1 ns).

Ultrabrzi rad ESL elemenata postiže se upotrebom nezasićenog načina rada tranzistora, izlaznih emiterskih pratilaca i niskih amplituda logičkih signala (oko 0,8 V). ESL logički elementi imaju parafazni izlaz, koji vam omogućuje da istovremeno dobijete izravnu i inverznu vrijednost funkcije koja se implementira. Ovo daje vidljivo smanjenje ukupnog broja čipova u opremi.

Značajke ESL kola i njegove karakteristike su:

Mogućnost kombiniranja izlaza nekoliko elemenata za formiranje novih funkcija;

Mogućnost rada s opterećenjima niske impedancije zbog prisutnosti sljedbenika emitera;

Niska vrijednost sklopnog rada i neovisnost potrošnje energije o sklopnoj frekvenciji;

Visoka stabilnost dinamičkih parametara pri promjeni temperature i napona napajanja;

Korištenje negativnog napajanja i uzemljenja kolektorskih krugova, što smanjuje ovisnost izlaznih signala o šumu u energetskim sabirnicama.

Nedostaci ESL elemenata uključuju složenost krugova, značajnu potrošnju energije i poteškoće u usklađivanju s TTL i TTLSh mikro krugovima.

Element I.

ILI element.

NAND element.

ILI-NE element.

Sinteza i proučavanje NOT elementa na MOS tranzistorima () u pozitivnoj i negativnoj logici.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Još ne postoji HTML verzija djela.
Arhivu rada možete preuzeti klikom na link ispod.

Slični dokumenti

Osnovni aksiomi i identiteti algebre logike. Analitički oblik prikaza Booleovih funkcija. Elementarne funkcije logičke algebre. Funkcije jednoargumentne logičke algebre i oblici njezine implementacije. Svojstva, značajke i vrste logičkih operacija.

sažetak, dodan 06.12.2010


Sustavi digitalne obrade informacija. Pojam Booleove algebre. Oznake logičkih operacija: disjunkcija, konjunkcija, inverzija, implikacija, ekvivalencija. Zakoni i identiteti Booleove algebre. Logičke osnove računala. Pretvorba strukturnih formula.

prezentacija, dodano 11.10.2014


Booleove algebre su posebna vrsta rešetki koja se koristi u proučavanju logike (i logike ljudskog mišljenja i logike digitalnog računala), kao i sklopnih sklopova. Minimalni oblici Booleovih polinoma. Teoremi apstraktne Booleove algebre.

kolegij, dodan 05/12/2009


Svojstva operacija na skupovima. Formule iskazne algebre. Funkcije logičke algebre. Značajne i lažne varijable. Provjera ispravnosti zaključivanja. Propozicijska algebra i relejni sklopovi. Metode specificiranja grafa. Matrice za grafove.

tutorial, dodano 27.10.2013


Osnove Aristotelove formalne logike. Pojmovi inverzije, konjunkcije i disjunkcije. Osnovni zakoni algebre logike. Osnovni zakoni koji dopuštaju identične transformacije logičkih izraza. Ekvivalentne transformacije logičkih formula.

prezentacija, dodano 23.12.2012


Osnovni pojmovi algebre logike. Disjunktivni i konjunktivni normalni oblici. Bit Shannonove teoreme. Booleove funkcije dviju varijabli. Serijski i paralelni spoj dviju sklopki. Svojstva elementarnih funkcija logičke algebre.

test, dodan 29.11.2010


Pojam algebre logike, njezina bit i obilježja, osnovni pojmovi i definicije, predmet i metodologija proučavanja. Zakoni logike algebre i posljedice iz njih, metode za konstruiranje formula pomoću zadane tablice istinitosti. Oblici prikaza Booleovih funkcija.

tutorijal, dodan 29.04.2009

Laboratorijski rad br.2

Književnost:

2. V.S. Yampolsky Osnove automatizacije i elektroničkih uređaja. – M.: Prosvjeta. - 1991. - §3.1 -3.4

Napredak:

1. Uključite terminal, spojite se na lokalnu mrežu i učitajte web stranicu “Osnove mikroelektronike”. Odaberite broj laboratorijskog rada, prijavite se i počnite s rješavanjem zadataka prema uputama koje se pojavljuju na ekranu i ovom opisu.
2. U svakom od 10 zadataka odaberite iz danog dijagrama digitalnog stroja čvor koji sadrži samo logičke elemente i nacrtajte njegovu shemu pomoću ruskog standarda UGO
3. Simulirajte rad svakog kruga koristeći Electronic Workbench i izradite tablicu istinitosti za uređaj koji se proučava
4. Odredite logičku funkciju uređaja koji se proučava i osigurajte njegov konvencionalni grafički prikaz (UGO)
5. U svakom zadatku izradite dva dodatna sklopa za implementaciju iste logičke funkcije pomoću elemenata 2I-NE (Schaefferov element) i 2ILI-NE elemenata (Pierceov element), koristeći minimalni broj vrata
6. U zadatku 11, po analogiji s prethodnim dijagramima, nadopunite zadani uređaj dijagramom sklopa čvora koji vam omogućuje da dovedete proizvoljnu kombinaciju logičkih signala na ulaze X1¸X3 i označite stanje svakog ulaza i izlaza. Istražite rad sklopa slično prethodnim zadacima

Izvješće za svaki laboratorijski zadatak potrebno je izraditi prema uzorku danom u DODATKU 1.

Prilikom obrane rada znati obrazložiti svaki od dobivenih rezultata.

DODATAK 1

Fragment izvješća (na primjeru jednog zadatka)

Vježba 1.

Primjer dijagrama dat u zadatku.

U u ovom obliku precrtaj ga nema potrebe!

Isječak izvješća o ovom zadatku donosimo u nastavku.

Zadatak 1: funkcija koju izvodi krug je "2I-NOT"

Shema: UGO: Tablica istine:

“2I-NOT” na Schaefferovim elementima. "2I-NOT" na Pierceovim elementima.

DODATAK 2

UGO i tablice istine nekih logičkih elemenata

1. Element “2I-NOT”

2. Element "2ILI-NE"

3. Isključivi ILI element

DODATAK 3

Primjeri simboličkih grafičkih simbola logičkih elemenata prema GOST (ruski standard) i ANSI (Američki nacionalni institut za standarde)

UGO prema ANSI	UGO prema GOST-u	Funkcionalna namjena
		“2I” (2 ulaza I vrata)
		“3I” (3 ulaza I vrata)
		“2I-NOT” (2-ulazna NAND vrata)
		"2OR" (2 ulaza ILI vrata)
		"2ILI-NE" (2-ulazna NILI vrata)
		3-ulazna NILI vrata
		NIJE Vrata
		"isključivo ILI" (2-ulazna XOR vrata)
		"isključivo ILI NE" (2-ulazna XNOR vrata)
		Modulo 2 zbrajalo sa 6 ulaza (XOR vrata sa 6 ulaza)

Laboratorijski rad br.3.

Proučavanje okidača RS-, RST-, D- i JK tipa.

Književnost:

1. A.A. Kovalenko, M.D. Petropavlovskog. Osnove mikroelektronike: Udžbenik. - Barnaul: Izdavačka kuća BSPU, 2005. – 222 str.

2. V.S. Yampolsky. Osnove automatike i elektroničke računalne tehnike. – M.: Prosvjeta. – 1991. – 223 str.

4. Vodič za izvođenje virtualnog laboratorija pomoću programa za modeliranje elektroničkih sklopova Electronic Workbench 5.12

Napredak:

1. Uključite terminal, spojite se na lokalnu mrežu i učitajte web stranicu “Osnove mikroelektronike”. Odaberite broj laboratorijskog rada, prijavite se i počnite s rješavanjem zadataka prema uputama na ekranu i ovom opisu
2. Istražite rad asinkronog RS flip-flopa s inverznim ulazima na logičkim elementima 2I-NOT.

Pomoću programa Electronics Workbench sastavite okidački krug prikazan na slici.

Za kontrolu okidača koristite prekidače koji povezuju ulaze s priključkom za napajanje plus (V cc) ili s priključkom za uzemljenje (Ground), a za označavanje statusa ulaza i izlaza koristite sonde (zelena sonda i crvena sonda, redom ).

Provedite istraživanje sljedećim redoslijedom:

Tablica stanja okidača

U skraćenoj verziji, tablica stanja RS flip-flopa s inverznim ulazima obično se prikazuje u sljedećem obliku (za danu kombinaciju ulaznih signala, izlaz Q je postavljen na navedeno stanje bez obzira na svoje prethodno stanje):

Ovdje simbol (t+1) označava stanje okidača "u sljedećem taktu", tj. nakon postavljanja izlaza prema ulaznim signalima

Bilješka: (u ovoj i drugim sličnim tablicama koriste se sljedeće oznake):

1. Istražite rad asinkronog RS flip-flopa s izravnim ulazima pomoću logičkih elemenata 2AND-NOT.

Da biste to učinili, dodajte još 2 2I-NOT elementa sastavljenom krugu kako biste dobili okidač s izravnim ulazima (vidi sliku) i na temelju eksperimenta u okruženju Electronics Workbench, po analogiji s prethodnim zadatkom, ispunite tablicu svojim državama

1. Istražite rad vremenskog RS flip-flopa (RST flip-flop).

Da biste to učinili, otvorite RST okidački krug (datoteka E:\MeLabs\Lab3\rst_trig_analis.EWB), na čije je ulaze spojen generator riječi (Word Generator), a svim ulaznim i izlaznim signalima upravlja logički analizator. (Logički analizator). Proširite ploču generatora riječi i postavite je na način rada korak po korak (Korak). Unesite heksadecimalne kodove riječi vaše varijante u memoriju generatora. Proširite ploču logičkog analizatora. Uključite simulaciju i uzastopnim pritiskom LMB na tipku "Step" koja se nalazi na ploči generatora riječi generirajte cijeli niz testova. Dijagrame dobivene logičkim analizatorom nacrtajte u bilježnicu. Ispunite tablicu stanja okidača za svaki sat.

Tablica stanja okidača

1. Istražite rad statičkih i dinamičkih D jastučića. Otvorite dijagram paralelno spojenih statičkih i dinamičkih D-flip-flopova (datoteka E:\MeLabs\Lab3\D_trig.EWB), na čije je ulaze spojen Word Generator, a sve ulazne i izlazne signale kontroliraju sonde .

Proširite ploču generatora riječi. Iz tablice stanja zapisujte binarne kodove riječi sat po sat i, pretvarajući ih u 16-znamenkaste, unesite ih u memoriju generatora riječi. Uključite simulaciju i uzastopnim pritiskom LMB na tipku "Step" koja se nalazi na ploči generatora riječi generirajte cijeli niz testova. Ispunite tablicu stanja okidača za svaki sat.

Tablica stanja okidača

1. Otvorite krug JK flip-flopa s dinamičkom kontrolom (jk_trig_analysis).

Proširite ploču generatora riječi i postavite je na način rada korak po korak (Korak). Unesite heksadecimalne kodove riječi vaše varijante u memoriju generatora. Uključite simulaciju i uzastopnim pritiskom LMB na tipku "Step" koja se nalazi na ploči generatora riječi generirajte cijeli niz testova. Dijagrame dobivene logičkim analizatorom nacrtajte u bilježnicu. Ispunite tablicu stanja okidača za svaki sat.

Tablica stanja okidača

Napomena: Za razliku od prethodno proučavanih sklopova, ovaj zadatak ispituje rad specifičnog mikrosklopa 7476 (Dual JK MS‑SLV FF (pre, clr)), pa je stoga tijekom simulacije potrebno spojiti napajanje Vcc i uzemljenje GND na odgovarajuće igle. Zadatak uključuje izlaze samo jednog JK flip-flopa (prvog). Ulazi Pre (unaprijed postavljeno) i Clr (brisanje) djeluju kao ulazi za podešavanje S i R.

1. Odaberite iz knjižnice Digitalni integrirani sklop JK flip-flopa 7472 (And-gated JK MS-SLV FF (pre, clr)) i sastavite na njemu krug flip-flopa za brojanje. Imajte na umu da se za unos informacija koristi 3I logika. NC pin mikro kruga je slobodan (ne koristi se).

Primijenite unipolarne pravokutne impulse amplitude od 5 V iz funkcionalnog generatora potrebne frekvencije na ulaz okidača, dobijete oscilograme ulaznog i izlaznog signala. Pokažite ih svom učitelju.

Laboratorijski rad

1. Svrha rada

Svrha rada je:

Teorijsko proučavanje logičkih elemenata koji implementiraju elementarne funkcije logičke algebre (FAL);

Eksperimentalno istraživanje logičkih elemenata izgrađenih na domaćim mikro krugovima serije K155.

2. Temeljna teorijska načela.

2.1. Matematička osnova digitalne elektronike i računalne tehnologije je algebra logike ili Booleova algebra (nazvana po engleskom matematičaru Johnu Bullu).

U Booleovoj algebri, neovisne varijable ili argumenti (X) poprimaju samo dvije vrijednosti: 0 ili 1. Zavisne varijable ili funkcije (Y) također mogu poprimiti samo jednu od dvije vrijednosti: 0 ili 1. Funkcija logičke algebre (FAL) predstavljena je kao :

Y = F (X 1; X 2; X 3 ... X N).

Ovaj oblik specificiranja FAL-a naziva se algebarski.

2.2. Glavne logičke funkcije su:

Logička negacija (inverzija)

Logičko sabiranje (disjunkcija)

Y = X 1 + X 2 ili Y = X 1 V X 2 ;

Logičko množenje (konjunkcija)

Y = X 1 X 2 ili Y = X 1 L X 2.

Složenije funkcije logičke algebre uključuju:

Funkcija ekvivalencije

Y = X 1 X 2 +

Funkcija dispariteta (zbrajanje po modulu dva)

Pierceova funkcija (logičko zbrajanje s negacijom)

Schaefferova funkcija (logičko množenje s negacijom)

2.3. Sljedeći zakoni i pravila vrijede za Booleovu algebru:

Distributivni zakon

X 1 (X 2 + X 3) = X 1 X 2 + X 1 X 3,

X 1 + X 2 · X 3 = (X 1 + X 2) (X 1 + X 3) ;

Pravilo ponavljanja

X · X = X, X + X = X;

Pravilo negacije

De Morganov teorem

Identiteti

X 1 = X, X + 0 = X, X 0 = 0, X + 1 = 1.

2.4. Sklopovi koji implementiraju logičke funkcije nazivaju se logički elementi. Osnovni logički elementi u pravilu imaju jedan izlaz (Y) i više ulaza, čiji je broj jednak broju argumenata (X 1 ; X 2 ; X 3 ... X N). Na električnim dijagramima logički elementi označeni su kao pravokutnici s pinovima za ulazne (lijevo) i izlazne (desno) varijable. Unutar pravokutnika nalazi se simbol koji označava funkcionalnu svrhu elementa.

Slika 1 ¸ 10 prikazuje logičke elemente koji implementiraju one o kojima se govori u klauzuli 2.2. funkcije. Tu su također prikazane tzv. tablice stanja ili tablice istine koje opisuju odgovarajuće logičke funkcije u binarnom kodu u obliku stanja ulaznih i izlaznih varijabli. Tablica istinitosti također je tabularni način određivanja FAL-a.

Slika 1 prikazuje element "NE" koji implementira funkciju logičke negacije Y =

Element "ILI" (Slika 2) i element "I" (Slika 3) implementiraju funkcije logičkog zbrajanja odnosno logičkog množenja.

Peirceove funkcije i Schaefferove funkcije implementirane su pomoću elemenata "ILI-NE" i "I-NE" prikazanih na sl. 4 i sl. 5 respektivno.

Peirceov element se može prikazati kao sekvencijalna veza elementa "ILI" i elementa "NE" (slika 6), a element Schaeffer može se prikazati kao sekvencijalna veza elementa "I" i "NE" element (slika 7).

Na slikama 8 i 9 prikazani su elementi “Isključivo ILI” i “Isključivo ILI - NE” koji implementiraju funkcije dispariteta odnosno dispariteta s negacijom.

2.5. Logički elementi koji provode operacije konjunkcije, disjunkcije, Peirceove i Schaefferove funkcije mogu, u općem slučaju, biti n-ulazni. Na primjer, logički element s tri ulaza koji implementira Pierceovu funkciju ima oblik prikazan na slici 10.

U tablici istinitosti (slika 10), za razliku od tablica u točki 2.4. postoji osam vrijednosti izlazne varijable Y. Ovaj broj je određen brojem mogućih kombinacija ulaznih varijabli N, što je općenito jednako: N = 2 n, gdje je n broj ulaznih varijabli.

2.6. Logički elementi služe za izgradnju integriranih sklopova koji izvode različite logičke i aritmetičke operacije i imaju različite funkcionalne namjene. Mikrosklopovi tipa K155LN1 i K155LA3, na primjer, sadrže šest pretvarača odnosno četiri Schaefferova elementa (slika 11), a mikrosklop K155LR1 sadrži elemente različitih tipova (slika 12).

2.7. FAL bilo koje složenosti može se implementirati pomoću navedenih logičkih elemenata. Kao primjer, razmotrite FAL, dan u algebarskom obliku, u obliku:

Pojednostavimo ovaj FAL pomoću gornjih pravila. Dobivamo:

Provedena operacija naziva se FAL minimizacija i služi za olakšavanje postupka konstruiranja funkcionalnog dijagrama odgovarajućeg digitalnog uređaja.

Funkcionalni dijagram uređaja koji implementira razmatrani FAL prikazan je na slici 13.

Treba napomenuti da funkcija (2) dobivena transformacijama nije potpuno minimizirana. Tijekom laboratorijskog rada provodi se potpuna minimizacija funkcije.

3. Opis predmeta i alata istraživanja

Uređaj proučavan u laboratoriju prikazan je na sl. 14.

3.1. Uređaj je skupina logičkih elemenata izrađenih na mikro krugovima serije K155 (elementi DD1-DD4).

Za mikro krugove ove serije, logička jedinica odgovara naponu U 1 = (2,4 ¸ 5,0) V, a logička nula - U 0 = (0 ¸ 0,8) V.

3.2. Logičke "0" i "1" na ulazu elemenata postavljaju se pomoću gumba koji se nalaze na prednjoj ploči bloka K32 ispod natpisa "Programer koda". Brojevi gumba na ploči odgovaraju brojevima na dijagramu uređaja.

Potpuni grafički prikaz gumba ove vrste (tzv. "gumbi za zatvaranje") prikazan je samo za gumb SA1.

Kada se pritisne tipka, ulaz elemenata je preko otpornika R1 spojen na izvor napona od 5V. U ovom slučaju, napon U 1 će djelovati na ulazu elemenata, što odgovara dovodu logičke jedinice na izlaz mikro kruga. Kada se pritisne tipka, ulaz elementa bit će spojen na sabirnicu koja se nalazi na potencijalu zemlje, što odgovara primjeni logičke nule U 0 na izlazu mikro kruga.

3.3. Logički signali sa stezaljki elemenata DD1 ¸ DD4 dovode se do digitalnih indikatora i induciraju se u obliku simbola "0" i "1". Digitalni indikatori nalaze se u bloku K32 s lijeve strane (mora se pritisnuti gumb "IO \ 2" ispod indikatora.

3.4. Signal s izlaza elementa DD5 dovodi se kroz sklopni krug na ulaz multimetra H3014. Najprije se multimetar postavi na način mjerenja istosmjernog napona "-V" i naprave se sljedeće veze:

3.4.1. Ulaz - utičnica multimetra "-V" - spojena je kabelom na utičnicu "Izlaz V ~" bloka K32.

3.4.2. Utičnica XS1 na ploči uređaja spojena je vodičem na lijevu utičnicu ispod natpisa “Input 1” u polju za natpis “Switch”.

3.4.3. Mora se pritisnuti tipka “VSV\VNK” iznad gornje utičnice.

3.4.4. Tipka “VX 1” ispod natpisa “Control V ~“ treba biti pritisnuta, a tipka “VSV \ VNK” u polju za natpis “KVU” treba biti u otpuštenom stanju.

4.1. Proučavanje značajki funkcioniranja logičkih elemenata DD1 ¸ DD4 i određivanje njihove funkcionalne namjene.