ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ №13

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Цель занятия: 1. Практическое ознакомление с основными логическими элементами цифровой техники.

2. Изучение принципа действия основных типов триггеров (RS-, D-, T-триггеров).

Перечень приборов.

1. Лабораторный стенд.
2. Сменный блок №7.
3. Соединительные провода.

Рекомендуемая литература.1) курс лекций; 2) (1)стр.610-616;3) (2)стр.202–233, 244–274.

Контрольные вопросы.

1. Что называется логическими элементами?
2. Что такое “операция логического умножения”?
3. Какое устройство называется триггером?
4. Какой вход триггера называется входом R, а какой — входом S?
5. Каково отличие между асинхронным и синхронным триггерами?

Краткие теоретические сведения.

Логические элементы

Современное оборудование часто требует построения систем управления со сложной логикой, определяющих момент включе­ния, длительность работы, время ускорения и торможения, при­чем эти действия должны быть согласованы между собой по вре­мени. Основой таких схем управления являются логические элемен­ты, построенные на базе переключателей и осуществляющие ло­гическую связь между входными и выходными сигналами.

Сигналы в этих цепях дискретны, принимают одно из двух воз­можных значений: 0 (нет напряжения) или 1 (есть напряжение). Теоретической основой построения таких схем является булева алгебра, или алгебра логики.

Логической переменной называют величину, принимающую одно из двух значений: 0 или 1. Под логической функцией понимают за­висимость выходной логической величины от входных логических величин. Логическая операция — это действие, совершаемое ло­гическим элементом над входными логическими величинами в соответствии с логической функцией. Соответствие значения ло­гической функции значениям логической переменной отражено в так называемых таблицах истинности.

Говорят, что значения 1 и 0 противоположны, или инверсны, что обозначается и . Основными операциями алгебры логики являются:

1) логическое отрицание, инверсия, НЕ, например Таб­лица истинности этой операции имеет вид

X Y

0 1

1 О

2) логическое сложение, ИЛИ: выходная величина Yпринимает значение 1, если хотя бы одна из входных величин X, равна 1, например, Y= Х₁+Х₂. Таблица истинности в этом случае выглядит так:

X₁ X₂ Y

0 0 0

1 0 1

0 1 1

1 1 1

3) логическое умножение, И, когда выходная величина Yпринимает значение 1, если все входные величины X, равны 1, например Y = X_tX₂. Таблица истинности логического умножения выглядит следующим образом:

X₁ X₂ Y

0 0 0

1 0 0

0 1 0

1 1 1

Логические схемы строят на базе электромагнитных реле и других переключателей, однако в последнее время в основном используют полупроводниковые транзисторные переключатели (в виде цифровых микросхем). Используя простейшие элементы, можно построить логическую машину, способную выполнять слож­ные логические функции. Например, современная ЭВМ, постро­енная на приведенных элементах, способна выполнять сложные расчеты, управлять оборудованием, хранить и обрабатывать ог­ромные объемы информации.

На рис.1 приведены примеры реализации логических элемен­тов на базе реле и полупроводников и их условные обозначения. В качестве источников входных сигналов используются кнопки Кн₁, и Кн₂, при нажатии которых в цепях Х₁ и Х₂обмотки реле пойдет ток, и его нормально разомкнутые контакты замкнутся, а нормально замкнутые - разомкнутся. Значение 1 выходной логической величины соответствует зажженной лампе HL.

Элемент НЕ на реле представлен как один замыкающий обмотку реле контактX₁и один размыкающий контакт реле Y:при наличии входного сигнала X, т.е. напряже­ния на обмотке реле (значение 1) контакт Х₁замкнется, что вызовет срабатывание реле Yи размыкание контакта Y(значение 0). При отсутствии входного напряжения (0) контакт Х₁будет ра­зомкнут, реле Y обесточено и контакт Y замкнут (1).

В схеме элемента НЕ на транзисторе при наличии входного напряжения U_вх(1) транзистор открыт, выходное напряжение будет низким (0). При отсутствии входного напряжения транзистор заперт, напряжение на выходе будет высоким, практически равным напряжению пи­тания Е (1).

Обозначение Репейная схема Реализация на полупроводниках

В схеме элемента ИЛИ на транзисторе при поступлении напряже­ния на базу с любого из входов транзистор откроется, и выходное напряжение станет близким к E(1), при отсутствии напряжения на входе транзистор закрыт, выходное напряжение низкое (0).

Элемент И на реле представлен в виде двух замыкающих кон­тактов Х₁и Х₂, соединенных последовательно, поэтому только при замы­кании обоих входных контактов в реле Yпойдет ток и замкнется выходной контакт Y.

Элемент И на диодах работает следующим образом. Если на всех входах имеется высокое напряжение (1), то тока через диоды и падения напряжения на резисторе Rне будет, выходное напря­жение будет высоким (близким к Е) – (1) . Если хотя бы на одном входе имеется низкое напряжение (0), через соответствующий диод пой­дет ток и выходное напряжение будет низким - (0).

Аналогично можно построить элемент И на двух транзистор­ных ключах.

При построении логических схем оказался удобным элемент ИЛИ-НЕ, имеющий логическую функцию Y =X₁+X₂, или инверсия логического сложения входных сигналов.

На рис.1 приведены реализации элемента ИЛИ-НЕ на реле и транзисторе. Схемы подобны реализациям элемента ИЛИ. Инверсия в первом случае осуществляется использованием раз­мыкающего контакта реле Y. Во втором случае инверсия осуще­ствляется за счет снятия выходного напряжения с коллектора транзистора.

При наличии хотя бы на одном входе высокого напряжения (ИЛИ) транзистор отпирается и напряжение на выходе становит­ся низким (НЕ).

Обозначение и таблицы истинности основных логических элементов.