Лабораторная работа 2. Лабораторная работа 2 Основные логические элементы (вентили)
 Скачать 279.95 Kb.
|
|
Лабораторная работа №2 Основные логические элементы (вентили) Цель работы: изучить основные логические вентили, их принцип работы и применение. 1. Основные теоретические положения 1.1. Основные логические элементы Логическими элементами называются элементы, выполняющие логические операции И, ИЛИ, НЕ и комбинации этих операций. Указанные логические операции можно реализовать с помощью электронных схем. В настоящее время в подавляющем большинстве применяется электронные логические элементы, причем электронные логические элементы входят в состав микросхем. Имея в распоряжении логические элементы И, ИЛИ, НЕ, можно сконструировать цифровое электронное устройство любой сложности. Логические элементы могут работать в режимах положительной и отрицательной логики. Для электронных логических элементов в режиме положительной логики логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий уровень напряжения. В режиме отрицательной логики логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю - высокий. Логические элементы, реализующие для режима положительной логики операцию И, для режима отрицательной логики выполняют операцию ИЛИ, и наоборот. Так, например, микросхема, реализующая для положительной логики функции элемента 2И-НЕ, будет выполнять для отрицательной логики функции элемента 2ИЛИ-НЕ. Основные логические операции ИЛИ, И и НЕ и цифровые элементы их выполняющие (дизъюнктор, конъюнктор, инвертор) позволяют реализовать цифровое устройство без памяти, называемое комбинационным, любой степени сложности. Примеры контактной и простейшей схемной реализаций дизъюнктора, конъюнктора и инвертора приведены на рис. 1.  а б в Рисунок 1 - Примеры контактной и простейшей схемной реализаций: а - дизъюнктора, б - конъюнктора, в - инвертора 1.2. Универсальные логические операции и их особенности Особое значение в цифровой электронике имеют универсальные (базовые) логические элементы, способные образовать функционально полный набор, с помощью которых можно реализовать все другие элементы логических базисов. В интегральной технологии удобство изготовления одного базового элемента имеет решающее значение. Поэтому базовые логические устройства составляют основу большинства цифровых ИМС. К универсальным логическим операциям (устройствам) относят две разновидности базовых элементов: • функцию Пирса, обозначаемую символически вертикальной стрелкой ↓ (стрелка Пирса) и отображающую операцию ИЛИ-НЕ. Для простейшей функции двух переменных x1 и х2 функция у=1 тогда и только тогда, когда х1=х2=0:  ;• функцию Шеффера, обозначаемую символически вертикальной черточкой / (штрих Шеффера) и отображающую операцию И-НЕ. Для простейшей функции двух переменных x1 и x2 функция у=0 тогда и только тогда, когда х1=х2=1:  Для построения двухвходовой схемы ИЛИ-НЕ к нагрузочному резистору подключены коллекторы двух параллельно включенных биполярных транзисторов n-р-n типа, эмиттеры которых заземлены, а для построения схемы И-НЕ на два входа потребовалось последовательное (ярусное) включение двух биполярных транзисторов n-р-n типа (эмиттер нижнего транзистора подключен к земле) и нагрузочный резистор R.  а б Рисунок 2 - Примеры контактной и простейшей схемной реализаций: а – элемента ИЛИ-НЕ; б – элемента И-НЕ Задание 1. Создайте папку с именем Лаб_раб2, имеющую путь доступа D:\Иванов\ Эмб14-1\Лаб_раб2, а в ней создайте папку Задание1-Задание4 и запустите редактор ISIS. Сохраните проект в папке Задание1, перед выполнением заданий добавьте в список компонентов следующие элементы:  Нарисуйте схему логического вентиля «НЕ» и поставьте щупы тока (  ) и напряжения ( ) согласно рисунку 3. Занести результаты моделирования в отчет в виде таблицы №1. Таблица №1
 Рисунок 3 - Логический вентиль «НЕ» 2. Нарисуйте схему логического вентиля «НЕ» и подключите к ней OSCILLOSCOPE, выбрав его из панели инструментов (  - виртуальные инструменты), согласно рисунку 4. Генератор «GEN» выбирается из  - генератор, тип «DC», настройки генератора представлены на рисунке 5 и запустите процесс моделирования. Появится окно ‘Digital Oscilloscope’, которое состоит из окна для отображения осциллограмм и ячеек с регуляторами процесса моделирования. В данном случае подключены два канала (Channel) A и D, поэтому каналы B и C можно выключить, передвинув бегунки ‘Invert’ на OFF. Бегунки на каналах A и D переключите на DC, получив, тем самым цифровой сигнал. Вращая регулятор, находящийся в ячейке ‘Horizontal’, меняем частоту сигнала и устанавливаем её на 200 ms. Так же можно изменять амплитуду сигнала, вращая регуляторы, находящиеся в ячейках соответствующих каналах ‘Channel A, Channel B, Channel C и Channel D’. Занести в отчет полученные осциллограммы. Остановите процесс моделирования, нажав кнопку  . Рисунок 4 - Логический вентиль «НЕ»  Рисунок 5 - Настройки генератора «GEN» Задание 2. 1. Сохраните проект в папке Задание2. Нарисовать схему логического вентиля «И» и поставить щупы тока ( ) и напряжения ( ) согласно рисунку 6. Занести результаты моделирования в отчет в виде таблицы №2. Таблица №2
 Рисунок 6 - Логический вентиль «И» 2. Нарисовать схему логического вентиля «И» и подключить к ней OSCILLOSCOPE, выбрав его из панели инструментов ( ), согласно рисунку 7. Генераторы «GEN1» и «GEN2» выбирается из , тип «DC», настройки генераторов представлены на рисунке 8. Рисунок 7 - Логический вентиль «И»  а б Рисунок 8 - Настройки генераторов: а - «GEN1»; б - «GEN2»; Занести в отчет полученные осциллограммы. Задание 3. 1. Сохраните проект в папке Задание3. Нарисовать схему логического вентиля «ИЛИ» и поставить щупы напряжения ( ) согласно рисунку 9. Занести результаты моделирования в отчет в виде таблицы №3. Таблица №3
 Рисунок 9 - Логический вентиль «ИЛИ» 2. Нарисовать схему логического вентиля «ИЛИ» и подключить к ней OSCILLOSCOPE, выбрав его из панели инструментов ( ), согласно рисунку 10. Генераторы «GEN1» и «GEN2» выбирается из , тип «DC», настройки генераторов представлены на рисунке 8. Рисунок 10 - Логический вентиль «ИЛИ» Занести в отчет полученные осциллограммы. Задание 4. 1. Сохраните проект в папке Задание4. Самостоятельно соберите схемы логических вентилей «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ» подключите к ним OSCILLOSCOPE, выбрав его из панели инструментов ( ). Генераторы «GEN1» и «GEN2» выбирается из , тип «DC».Занести в отчет полученные осциллограммы. 2. Выполнение работы 1. Включите компьютер и запустите программу ISIS. 2. Выполните Задание 1 – Задание 4 и занесите в отчет результаты моделирования. 3. Форма отчета Отчет должен содержать следующие разделы: - основные положения пункта 1; - условия заданий; - результаты моделирования. 4. Контрольные вопросы 1. Перечислите основные логические элементы и операции, реализуемые с их помощью. 2. Приведите примеры контактной и простейшей схемной реализации дизьюнктора. 3. Приведите примеры контактной и простейшей схемной реализации коньюнктора. 4. Приведите примеры контактной и простейшей схемной реализации инвертора. 5. Приведите примеры контактной и простейшей схемной реализации элемента ИЛИ-НЕ. 6. Приведите примеры контактной и простейшей схемной реализации элемента И-НЕ. 7. Поясните полученные осциллограммы при выполнении Заданий 1 и 2. 8. Поясните полученные осциллограммы при выполнении Заданий 3 и 4. |