Лабораторная работа № 18 Исследование комбинационных цифровых интегральных микросхем

Лабораторная работа № 18

Исследование комбинационных цифровых интегральных микросхем

В работе исследуются комбинационные схемы на основе логических элементов типа «И-НЕ», «НЕ», «ИЛИ-HE», внутренняя структура которых построена на основе КМОП-логики. Также в работе используются RC-цепочки в качестве инерционного элемента (элемента задержки).

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ

Цель работы:Ознакомление с основными функциями и тестирование комбинационных схем на основе логических элементов.

Студент должен знать:

• основные комбинационные схемы;

• таблицу истинности для них;

уметь:

• строить таблицу истинности для комбинационных схем.

Теоретическая часть:

Комбинационными схемами автоматизации (часто их называют однотактными схемами) называются такие схемы, выходные сигналы которых зависят только от комбинации входных переменных и не зависят от того, в какой последовательности эта комбинация возникла на входе. Такие схемы широко распространены за счет своей простоты. Их разработка (синтез) осуществляется в два шага:

1. Составляется таблица истинности, отражающая взаимосвязь входных и выходных переменных. По ней записываются логические уравнения. Эти уравнения минимизируются путем непосредственного преобразования логических функций.

2. Выбирается элементная база для создания подобной системы. Для большинства схем допустимо считать, что в комбинационной схеме преобразование сигнала происходит практически без задержки времени и выходные сигналы формируются практически мгновенно после подачи входной комбинации.

Органы управления и индикации объединены в функциональные группы на блоке и снабжены надписями на лицевой панели. Источник сигналов «Уровень логический» предназначен для формирования логических сигналов высокого «1» и низкого «0» уровней. Включение соответствующих сигналов осуществляется при помощи тумблеров. С помощью светодиодов осуществляется индикация сигналов, соответствующих логической «1».

Тестирование базовых логических элементов:

Логические схемы

Целью эксперимента является тестирование стандартных ТТЛ элементов, реализующих логические функции.

Логические функции одной переменной

Возможны 4 варианта логических функций одной переменной (приведены в таблице).

Из приведённых в таблице функций практический интерес представляет функция –отрицаниеx (инверсия x, «не x»). Обозначение элемента «НЕ» приведено на рис. 11.1.1.

Рис. 11.1.1. Логический элемент НЕ

Инверсию обозначает окружность около выхода логического элемента.

КОМБИНАЦИОННЫЙ УЗЕЛ НА ОСНОВЕ БАЗОВЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ

Логическая схема исследуемой цепи

Целью эксперимента является составление и тестирование комбинационного узла на основе базовых логических элементов, реализующего заданную логическую функцию.

Пусть, например, необходимо составить узел, реализующий функцию:

.

Этой функции соответствуют изображенные на рисунке последовательность вычисления и логическая схема:

1. Операция дизъюнкция «ИЛИ» и выполняется элементом «ИЛИ» (1).

2. Операция конъюнкция «И» выражения в скобках (1) и переменной выполняется элементом «И» (2).

3. Операция дизъюнкция «ИЛИ» выражения и переменной , с инверсией результата выполняются элементом «ИЛИ-НЕ», совмещающим операции (3) и (4).

В общепринятом начертании логическая схема, реализующая заданную логическую функцию, имеет вид, показанный на рисунке:

Аналогично составляется логическая схема, реализующая любую другую логическую функцию.

Практическая часть:

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соберите исследуемую логическую цепь на модуле.

3. Включите выключатель «СЕТЬ» блока испытания цифровых устройств А1.

4. Протестируйте работу логической схемы. При необходимости изменения исследуемой схемы отключите выключатель «Питание» блока испытания цифровых устройств «Логические элементы и триггеры», измените схему, включите выключатель «Питание».

5. По результатам тестирования заполните таблицу истинности для заданной логической функции.

   	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1
   	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1	1
   	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
   	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1

6. По завершении работы отключите выключатель «Питание» блока испытания цифровых устройств.