Лабораторная работа 17 Исследование базовых логических элементов

Лабораторная работа 17

Исследование базовых логических элементов

При выполнении работы используются следующие модули: «Логические элементы и триггеры», «Мультиметры», «Миллиамперметры», а также двухканальный осциллограф.

Цель работы:Ознакомление с базовым логическим элементом «2И-НЕ».

Студент должен знать:

• Назначение логического элемента «2И-НЕ»;

• Таблицу истинности элемента «2И-НЕ»;

уметь:

• Строить таблицу истинности логического элемента «2И-НЕ».

Теоретическая часть:

Математической основой цифровой электроники и вычислительной техники является алгебра логики или булева алгебра (по имени английского математика Джона Буля). В булевой алгебре независимые переменные или аргументы (X) принимают только два значения: 0 или 1. Зависимые переменные или функции (Y) также могут принимать только одно из двух значений: 0 или 1. Функция алгебры логики (ФАЛ) представляется в виде:

Данная форма задания ФАЛ называется алгебраической. Для булевой алгебры справедливы следующие законы и правила:

распределительный закон:

правило повторения:

правило отрицания:

теорема де Моргана:

Другими словами, чтобы получить дополнительную булеву функцию, инвертируйте каждую переменную и замените И на ИЛИ.

Схемы, реализующие логические функции, называются логическими элементами. Основные логические элементы имеют, как правило, один выход (Y) и несколько входов, число которых равно числу аргументов (X₁; X₂; X₃ ...X_N). На электрических схемах логические элементы обозначаются в виде прямоугольников с выводами для входных (слева) и выходных (справа) переменных. Внутри прямоугольника изображается символ, указывающий функциональное назначение элемента. На рисунке 10.1 приведены все основные элементы ТТЛ-логики.

ИЛИ-НЕ

Рис. 10.1. Логические элементы

В настоящее время применяются два вида ТТЛ микросхем — с пяти- и с трёхвольтовым питанием, но, независимо от напряжения питания микросхем, логические уровни нуля и единицы на выходе этих микросхем совпадают. Поэтому дополнительного согласования между ТТЛ микросхемами обычно не требуется. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы показан на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Уровни напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы

Напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Границы уровней логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведены на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Границы уровней логического нуля и единицы

Логические элементы являются разновидностью цифровых электронных

устройств, которые предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, в частности двоичной функции. Они применяются для построения ЦВМ, цифровых узлов измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления и связи.

На выходе схемы «И-НЕ» всегда имеет сигнал логической «1», кроме случая одновременного воздействия на все входы схемы сигналов логической единицы.

На базе логического элемента «И-НЕ» могут быть построены структуры, выполняющие функции различных логических элементов.

Логическая схема «И»имеет несколько входов и один выход. На выходе такой схемы сигнал, соответствующий логической «1», появляется только при наличии сигналов«1» на обоих входах. Логическая схема «И» осуществляет функцию логического умножения или конъюнкцию.

Практическая часть:

1. Подключите к входным гнездам элемента «И-НЕ» соединительными проводами выходы на стенде, где тумблерами задаются логические уровни. Если тумблер в нижнем положении, то на выходе формируется логический «0» , если в верхнем, то «1», и загорается индикатор в виде светодиода.

2. Перебрав все значения переменных на входе, заполните таблицу истинности логического элемента.

Таблица 10.1

Контрольные вопросы:

1. Какие логические элементы исследуются в данной работе, и к какому виду логики они относятся?

2. Перечислите основные параметры логических элементов.

3. Приведите структурную схему логического элемента «И-НЕ» на основе КМОП-логики.

4. Что такое комбинационные схемы?