Лаб раб 11. Циф.устр (Лабораторные работы по электротехнике)
Описание файла
Файл "Лаб раб 11. Циф.устр" внутри архива находится в следующих папках: Лабораторные работы по электротехнике, Лаборатория N 331, Описания. Документ из архива "Лабораторные работы по электротехнике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "электроника и электротехника" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Лаб раб 11. Циф.устр"
Текст из документа "Лаб раб 11. Циф.устр"
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИМПУЛЬСНЫХ СХЕМ.
1. Цель работы: исследование логических элементов, триггеров и счетчиков импульсов, выполненных на основе 155-серии цифровых интегральных микросхем.
2. Краткие теоретические сведения.
К цифровым интегральным микросхемам относятся устройства, с помощью которых преобразуются и обрабатываются сигналы, выраженные в двоичном или другом цифровом коде. Используемые при этом сигналы близки по форме к прямоугольным и имеют два фиксированных уровня напряжения. Уровню низкого напряжения обычно приписывается символ «0», уровню высокого напряжения – «1».
Основой цифровых микросхем является логический элемент, предназначенный для преобразования входных сигналов в выходные по определенному закону, причем те и другие принимают только значения «0» и «1». Обозначим входные сигналы «Х», а выходные – «Y», получим логическую функцию Y=F(X). Логическая функция записывается в виде математических символов или таблиц.
Основными логическими функциями являются: Y= - отрицание, инверсия или «НЕ» (табл.1); логическая сумма, дизъюнкция или функция «ИЛИ» (табл.2) : логическое произведение, коньюнкция или функция «И» (табл.3) . Используя законы алгебры логики, на основе этих элементарных логических функций можно получить более сложные логические функции.
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3
На рис.1, 2 и 3 приведены обозначения логических элементов, выполняющих соответствующие функции «НЕ», «ИЛИ» и «И».
Логические элементы конструируются на основе ключевых схем, которые могут иметь различное конструкторско-технологическое исполнение. Совокупность цифровых микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение, выполняющих различные логические функции и предназначенные для совместного исполнения, называется серией интегральных схем.
Логические элементы 155-серии.
По конструкторско-технологическому исполнению цифровые микросхемы 155-серии относятся к классу элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Основой этого класса элементов является использование многоэмиттерного транзистора. На рис. 4а приведена базовая схема ТТЛ, выполняющая логическую функцию «И-НЕ» (рис. 4.б).
а) б)
Рис. 4
Схема питается напряжением Еп = 5 В. Содержит многоэмиттерный транзистор Т1, транзистор Т2, резистор R1 и R2, обеспечивающие ключевой (импульсный) режим работы транзисторов Т1 и Т2. Если хотя бы на одном из входов (например Х1) действует логический «0», эмиттерный переход транзистора Т1 открыт, напряжение UТ2бэ транзистора Т2 мало и он закрыт. Сигнал на выходе логического элемента У=1. При наличии на всех входах Т1 логической «1» напряжение UТ1бэ мало и эмиттерные переходы Т1 закрыты. Током Iб транзистор Т2 открыт, сигнал на его выходе У=0. На рис.5 приведена передаточная характеристика элемента И-НЕ. Из нее следует, что входные напряжения логических «0» и «1» соответственно равны Uвх0 =0,2 В и Uвх1 =1,2 В. Выходные напряжения логических «0» и «1» - Uвых0 =0,4 В, Uвых1 =2,4 В.
Рис. 5
На базе элементов И-НЕ, путем различных способов их подключения между собой, формируются другие элементы серии 155, выполняющие различные логические функции.
Триггеры.
Триггером называется электронное устройство, способное сохранять двоичную информацию (состояния равновесия "0" и "1") после окончания действия входных импульсов. Они широко используются для формирования прямоугольных импульсов, в счетчиках импульсов, в регистрах памяти и т.д.
По функциональному признаку различают:R-S; D; J-K - триггеры. По способу управления триггеры подразделяют на асинхронные и тактируемые. В асинхронных триггерах переключение из одного состояния в другое осуществляется непосредственно с поступлением сигнала на инфрмационный вход. В тактируемых триггерах помимо информационных входов имеется вход тактовых импульсов. Их переключение осуществляется только при наличии разрешающего, тактирующего импульса.
Асинхронные R-S - триггеры являются наиболее простыми, однако получившими широкое распространение в импульсной технике, т.к. служат основой для триггеров других типов и требуют для своего построения всего два базовых логических элемента.
На рис. 6 приведена структурная схема асинхронного R-S - триггера на логических элементах И-НЕ. Схема имеет информационные входы R и S, два выхода: Q - прямой, - инверсный. Состоянию логической «1» соответствует Q = 1, = 0, состоянию логического «0» - Q = 0, = 1, которые принимает триггер в момент времени и в следующий момент времени , после прихода на входы R и S очередных импульсов. Из таблицы истинности 5 следует, что при S = R = 1 триггер сохраняет предыдущее состояние Qn. При S = R = 0 триггер принимает неопределенное состояние, поэтому такая комбинация входных сигналов является запрещенной. R-S триггер является триггером с раздельным по входам R и S запуском. Его условное изображение показано на рис. 6б.
Q
&
&
S
R
а) б)
Рис.6
D – триггеры являются триггерами с временной задержкой. Они имеют информационный D вход и тактируемый Т-вход: Состоянию логической «1» соответствует единица на входе, а состоянию логического «0» - нулевой уровень входного сигнала. Условное обозначение D -триггера и временные диаграммы его работы приведены на рис. 7. Из диаграммы видно, что при наличии информационного сигнала на входе в интервале времени триггер не переключается. При приходе тактового импульса он переключается (момент ) и примет исходное состояние при следующем тактовом импульсе в момент . Таким образом D -триггер характеризуется задержкой переключения во времени на период тактовых импульсов.
D - триггеры конструируются на основе R-S триггеров.
Т – триггер - триггер с счетным Т-входом. Характерным свойством. Т-триггера является, его переключение в противоположное состояние с приходом каждого очередного входного импульса. В виду его широкого применения в счетчиках импульсов его часто называют триггером со счетным запуском. Обычно он выполняется на базе R-S триггеров. Его условное обозначение приведено на рис. 8.
Рис.7 Рис. 8
J-K триггер получают на основе Т – триггеров. Они имеют дополнительные информационные входы J и K. Наличие двух дополнительных входов расширяет функциональные возможности триггеров, в связи с чем J - K триггеры называют универсальными. При соответствующем включении J и K входов триггера могут быть получены R-S, D и Т – триггеры. При этом R-S, D и Т - триггера получаются тактируемыми. R-S триггер (рис. 9а) получают объединением J и S, R и K входов. D -триггер создают (рис. 9б) введением инвертора между входами J и K. Т - триггер (рис. 9в) реализуют подключением J и K входов ко входу Т.
а) б) в)
Рис. 9
Счетчики импульсов
Счетчик – устройство, предназначенное для счета числа электрических импульсов, поступающих на его вход. Счетчики импульсов выполняются на основе триггеров.
Наиболее простым счетчиком является двоичный счетчик, осуществляющий счет поступающих импульсов в двоичной системе счисления. Такой счетчик (рис. 10) состоит из “n” триггеров (регистров) со счетным запуском. Максимальное число импульсов, которое может сосчитать счетчик при последовательном соединении триггеров составит . Для четырехразрядного счетчика (рис. 10) . Временная диаграмма состояний счетчика приведена на рис. 3.3.11.
Перед поступлением входных импульсов все разряды счетчика устанавливаются в состояние “0” (Q1=Q2=Q3=Q4=0) подачей импульсов на вход «установка нуля». После поступления первого счетного импульса первый разряд переходит в сотояние Q1 = 1. В счетчик записывается число 1. По окончании второго импульса первый разряд счетчика переходит в состояние “0”, второй – “1”. В счетчике записывается число 2 с двоичным кодом 0010. Подобным же образом осуществляется работа счетчика при последующих счетных импульсах (см. рис. 11 и табл. 6). При поступлении 15 – го импульса все разряды счетчика устанавливаются в состояние “1”, а 16 – м импульсом все разряды обнуляются.
Таблица 3.3.6
№ имп. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
Q1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
Q2 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
Q3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
Q4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
В процессе работы двоичного счетчика частота следования импульсов на выходе каждого последующего триггера уменьшается вдвое по сравнению с частотой его исходных импульсов (см. рис. 11). Это свойство схемы используют для построения делителей частоты.