Studio della logica del lavoro. elementi logici. Studio degli elementi logici tipici Studio del funzionamento degli elementi logici
Questo set ti consente di studiare la logica di funzionamento delle principali tipologie elementi logici. Il set è inserito in una confezione composta da una scatola in plastica nera di dimensioni 200 x 170 x 100 mm
La pila contiene quattro moduli di dimensione standard 155 x 95 x 30 mm. Inoltre dovrebbero esserci dei fili di collegamento, ma nella copia con cui si è occupato l'autore mancavano, ma il manuale di istruzioni è stato conservato.
E cancello
Il primo modulo è un elemento logico E, un segnale appare alla sua uscita solo se il segnale arriva a entrambi i suoi ingressi di informazione.
Il modulo standard è scheda a circuito stampato, che è chiuso superiormente da un coperchio di plastica trasparente fissato con due viti.
Il modulo è facilmente smontabile, il che consente di esaminare in dettaglio il circuito stampato del dispositivo. Sul retro i conduttori stampati sono ricoperti da una copertura in plastica opaca.
O cancello
L'elemento logico è organizzato in modo quasi simile O, un segnale appare alla sua uscita a condizione che un segnale arrivi a uno qualsiasi dei suoi ingressi di informazione.
NON cancello
Elemento logico NON. I segnali all'ingresso e all'uscita di questo elemento hanno sempre valori opposti.
Grilletto
Grilletto- un dispositivo logico con due stati stabili, utilizzato come base per tutti i tipi di dispositivi che richiedono l'archiviazione di informazioni.
Generalmente questo insieme in termini di elettronica digitale è simile al kit “Amplificatore elettronico”. Naturalmente, la variante dell'implementazione degli elementi logici presentati nel set non è l'unica. In effetti, qui vengono implementati elementi logici come avveniva negli anni '60 del XX secolo. In questo caso, l'importante è che lavorando con questo set sia possibile studiare direttamente l'esempio circuitale più semplice che sta alla base dell'elettronica digitale dei semiconduttori. Pertanto, un elemento logico separato cessa di essere una "scatola nera" che funziona secondo pura magia. Altamente visibile e protetto allo stesso tempo schema elettrico, questo è proprio ciò di cui hai bisogno per imparare le basi dell'elettronica. Autore della recensione - Denev.
Trascrizione
1 16 Studio della logica di funzionamento degli elementi logici Scopo del lavoro Lo scopo del lavoro è consolidare la conoscenza dei fondamenti dell'algebra logica e acquisire competenze nello studio degli elementi logici e nel collegarli nei più semplici circuiti combinatori.
2 17 a 1. Le informazioni provenienti dalla teoria dei circuiti combinatori sono costituite da elementi logici. Un elemento logico è la parte più semplice di un circuito digitale che esegue operazioni logiche su variabili logiche. Quando si utilizzano circuiti integrati, tali elementi sono solitamente elementi NAND, NOR, AND-NOR. Il funzionamento degli elementi logici è descritto da tabelle di verità. Negli schemi funzionali elettrici gli elementi logici vengono visualizzati sotto forma di simboli grafici convenzionali (CGI). Condizionale simboli grafici Gli elementi logici per due ingressi sono mostrati in Fig. 2.1a 2.1e. Le tavole di verità per questi elementi hanno la forma mostrata nella tabella NOT 2I 2OR 2I-NOT 1 1 a) b) c) d) e) Fig. Simboli grafici degli elementi logici Tabella 2.1 Tavola di verità degli elementi logici Ingressi Tipo elemento a b NOT 2AND 2OR 2AND-NOT 2OR-NOT Y = a Y = ab Y = a v b Y = ab Y = a v b Per scrivere una funzione logica in SDNF (forma normale disgiuntiva perfetta) secondo la tabella di verità è necessario per ogni riga della tabella in cui la funzione Y assume il valore “1”, scrivere il prodotto logico (congiunzione) delle variabili di input (per la Tabella 2.1 si intendono le variabili a e b). Inoltre, se la variabile in questa riga assume il valore “0”, nella congiunzione viene scritta con inversione. Successivamente, se necessario, dovresti minimizzare la funzione risultante.
3 18 2. Breve descrizione installazione da laboratorio Come installazione da laboratorio viene utilizzato uno stand tipo UM-11. Il supporto si basa su un alimentatore, un orologio e generatori di impulsi singoli, una serie di elementi logici e trigger, nonché elementi di indicazione e controllo. Gli ingressi e le uscite di tutti gli elementi vengono visualizzati sul pannello frontale dello stand sotto forma di prese di contatto. Sul pannello frontale del supporto sono presenti simboli grafici convenzionali di elementi logici e trigger. Utilizzando cavi speciali con capicorda, è possibile collegare gli elementi tra loro, fornire segnali da generatori o interruttori agli ingressi degli elementi e anche osservare i valori del segnale utilizzando indicatori luminosi o utilizzando un oscilloscopio. Un frammento del pannello frontale del supporto è mostrato in Fig. Fig. Un frammento del pannello del supporto UM-11 Oltre agli elementi per 2, 3 e 4 ingressi mostrati in Fig. 2.2, sul pannello frontale è presente anche un elemento AND-NOT per 8 ingressi. Questo insieme di elementi corrisponde ad una serie di 155 circuiti integrati. Pertanto, utilizzando il supporto, è possibile assemblare circuiti combinatori e verificarne la correttezza.
4 19 3. Ordine di lavoro Compito 1. Investigare la logica del funzionamento dell'elemento 2I-NOT. Per fare ciò, assemblare su un banco il circuito mostrato in Fig. Durante la costruzione del circuito, utilizzare degli interruttori con i quali è possibile applicare i segnali “0” e “1” all'ingresso dell'elemento. Osservare i segnali di uscita dallo stato della spia. Quando si assembla il circuito, è necessario prestare attenzione al fatto che ciascun interruttore può impostare il valore di una variabile. In questo caso, l'interruttore ha due uscite: diretta (superiore) e inversa (inferiore). Quindi dall'uscita superiore dell'interruttore è possibile ottenere il valore diretto della variabile e dall'uscita inferiore il valore inverso (Fig. 2.3). Il valore diretto della variabile stessa dipende dalla posizione dell'interruttore: nella posizione superiore dell'interruttore la variabile è uguale a “1”, nella posizione inferiore “0”. Di conseguenza, il valore inverso sarà l'opposto. Utilizzando gli interruttori, applicare tutte le combinazioni dei segnali “a” e “b” all'ingresso del circuito e inserire i valori risultanti dei segnali di uscita nella tabella della verità. Confronta la tabella risultante con i dati nella tabella. 2.1. per l'elemento 2I-NOT. Includere nel rapporto: il circuito assemblato, l'UGO dell'elemento 2I-NOT e la tabella di verità risultante. +5V a 1 a b Y 1 b Fig Schema per lo studio dell'elemento 2I-NOT Compito 2. Investigare la logica del funzionamento dell'elemento 3I-NOT. Per fare ciò, assemblare un circuito simile al circuito in Fig. Controllare la logica del circuito per diversi valori dei segnali di ingresso e creare una tabella di verità. Compito 3. Investigare la logica di funzionamento dell'elemento NOT, implementato sulla base dell'elemento 2I-NOT. Per fare ciò assemblare il circuito mostrato in Fig. 2.4. e completarlo con un interruttore e una spia luminosa. Fig Realizzazione di un circuito NOT utilizzando elementi 2I-NOT
5 20 Verificare la logica di funzionamento del circuito a diversi valori del segnale di ingresso e confrontarla con i dati in tabella. 2.1 per l'elemento NOT. Attività 4. Assemblare il circuito mostrato in Fig. 2.5 ed esplorare la logica del suo funzionamento. Crea una tabella della verità e confrontala con i dati nella tabella. 2.1 per l'elemento 2I. Fig. Schema di implementazione del circuito AND utilizzando elementi NAND Compito 5. Assemblare il circuito mostrato in Fig. 2.6 ed esaminare la logica del suo funzionamento. Crea una tabella della verità e confrontala con i dati nella tabella. 2.1 per l'elemento 2OR. Fig. Schema di implementazione di un circuito OR utilizzando elementi NAND Compito 6. Assemblare il circuito mostrato in Fig. 2.7 ed esplorare la logica del suo funzionamento. Crea una tabella di verità e confrontala con la tabella di verità per l'elemento 2I-2OR. Fig. Esempio di un diagramma che utilizza elementi NAND 4. Contenuto del rapporto 1. Argomento, scopo del lavoro, 2. Risultati del completamento delle attività. Per ciascun compito fornire il disegno sperimentale, l'UGO dell'elemento in studio e la tavola della verità. 3. Analisi dei risultati ottenuti. 4. Conclusioni sul lavoro.
6 21 5. Domande del test 1. Cos'è una funzione logica? 2. Cos'è un elemento logico? 3. Spiegare la logica dietro il funzionamento dell'elemento NOT. 4. Spiegare la logica dell'elemento AND 5. Spiegare la logica dell'elemento OR. 6. Spiegare la logica dietro il funzionamento dell'elemento AND-NOT. 7. Spiegare la logica dietro il funzionamento dell'elemento OR-NOT. 8. Cos'è una tavola di verità? 9. Come scrivere una funzione logica in SDNF utilizzando una tabella di verità? 10. Come costruire un circuito NOT da elementi AND-NOT? 11. Come costruire un circuito AND da elementi AND-NOT? 12. Come costruire un circuito OR da elementi AND-NOT? 13. Quale funzione implementa il circuito mostrato in Fig.? 2.7.
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Lavoro di laboratorio n. 2
1. SCOPO DEL LAVORO
Studio del funzionamento di elementi logici tipici; implementazione di funzioni di base e di altro tipo utilizzando elementi AND-NOT e OR-NOT di base; l'uso di elementi logici come interruttori di segnale.
2. DISPOSIZIONI TEORICHE
I circuiti integrati di tipo LA eseguono la funzione logica mAND - NOT, i circuiti integrati di tipo LE eseguono la funzione logica mOR - NOT (m è il numero di ingressi) e i circuiti integrati di tipo LN eseguono la funzione logica NOT. Un pacchetto del microcircuito LAZ contiene quattro elementi logici 2I-NOT. Un pacchetto del microcircuito LE1 contiene quattro elementi logici 2OR-NOT. Un pacchetto del microcircuito LN1 contiene sei elementi NOT logici (inverter). Il microcircuito LN1 ha uno stadio di uscita push-pull. I simboli e la piedinatura dei microcircuiti LAZ, LE1 e LN1 sono mostrati in Fig. 1.
Immagine 1
Gli elementi logici sono anche chiamati porte (interruttori di segnale). Questo perché possono ritardare o mancare informazioni digitali sul principio di una valvola convenzionale progettata per controllare il flusso di liquido. Il simbolo della valvola 2I con i segnali ai suoi ingressi e uscite e i diagrammi temporali del suo funzionamento come interruttore sono mostrati in Fig. 2.
figura 2
Se gli impulsi rettangolari del generatore vengono applicati all'ingresso superiore dell'elemento logico 2I e un livello di unità logica viene applicato all'ingresso inferiore, gli impulsi dal generatore passeranno all'uscita dell'elemento logico 2I (Fig. 2 ). Ciò deriva dalla legge di funzionamento dell'elemento AND: se quello logico sull'ingresso inferiore viene sostituito da uno zero logico, gli impulsi dall'ingresso superiore all'uscita dell'elemento logico 2I non passeranno, poiché almeno uno zero all'ingresso di questo elemento dà uno zero all'uscita.
3. ATTREZZATURA
Il supporto TsS-02 viene utilizzato come attrezzatura di misurazione.
4. PROCEDURA PER L'ESECUZIONE DELL'OPERA
Nel tuo lavoro, utilizza i microcircuiti K155JIA3, K155LE1, K155LN1.
1. Studio del funzionamento degli elementi logici 2AND-NOT, 2OR-NOT e NOT
1.1. Disegna diagrammi per studiare gli elementi logici (vedi Fig. 3 a - c). Metti su di loro i numeri dei pin degli elementi selezionati dei microcircuiti. Seleziona le sorgenti LU che utilizzerai e inserisci i loro numeri nel diagramma.
1.2. Assemblare uno per uno i circuiti mostrati in queste figure.
1.3. Modificando le combinazioni dei segnali di ingresso, monitorare lo stato di uscita dell'elemento logico in esame con un indicatore LED o un oscilloscopio. Compila le tavole di verità degli elementi (Tabella 1).
Tabella 1
| UN | IN | LA3 | LE1 | LN1 |
| Funzione |
1.4. Assicurarsi che gli elementi logici funzionino correttamente.
Figura 3
2. Implementazione di funzioni di base su elementi NAND di base
2.1. Disegna i diagrammi mostrati in Fig. 4,a, 4,c. Metti su di loro i numeri dei pin degli elementi selezionati dei microcircuiti. Seleziona le sorgenti LU che utilizzerai e inserisci i loro numeri nel diagramma.
Figura 4
2.2.Assemblare uno per uno i circuiti mostrati in queste figure.
2.3.Quando si modificano le combinazioni dei segnali di ingresso, monitorare lo stato delle uscite di tutti gli elementi logici dei circuiti con indicatori LED o un oscilloscopio. Creare tavole di verità per i circuiti studiati.
2.4 Assicurarsi che i risultati ottenuti siano corretti analizzando teoricamente il funzionamento dei circuiti oggetto di studio.
2.5.Utilizzando le tabelle di verità ottenute, determinare il tipo di funzione che ciascun circuito svolge e scrivere il nome della funzione nella colonna “tipo di funzione” delle tabelle.
3. Implementazione di funzioni di base su elementi OR-NOT di base
3.1. Disegna i diagrammi mostrati in Fig. 5, a, b, c. Metti su di loro i numeri dei pin degli elementi selezionati dei microcircuiti. Seleziona le sorgenti LU che utilizzerai e inserisci i loro numeri nel diagramma.
Figura 5.
3.2. Assemblare uno per uno i circuiti mostrati in queste figure.
3.3. Modificando le combinazioni dei segnali di ingresso, monitora lo stato delle uscite di tutti gli elementi logici dei circuiti con indicatori LED o un oscilloscopio. Compilare le tavole di verità dei circuiti oggetto di studio, simili alla tabella. 3...5.
3.4. Assicurarsi che i risultati ottenuti siano corretti analizzando teoricamente il funzionamento dei circuiti oggetto di studio.
3.5. Utilizzando le tabelle di verità, determinare il tipo di funzione che ciascun circuito svolge e scrivere il nome della funzione nella colonna “tipo di funzione” delle tabelle.
4. Implementazione di funzioni di vario tipo sugli elementi base AND-NOT e OR-NOT
4.1. Disegna i diagrammi mostrati in Fig. 6, a, b. Metti su di loro i numeri dei pin degli elementi selezionati dei microcircuiti. Seleziona le sorgenti LU che utilizzerai e inserisci i loro numeri nel diagramma.
Figura 6
4.2. Assemblare uno per uno i circuiti mostrati in queste figure.
4.3. Modificando le combinazioni dei segnali di ingresso, monitora lo stato delle uscite di tutti gli elementi logici dei circuiti con indicatori LED o un oscilloscopio. Compila le tavole di verità dei circuiti oggetto di studio.
4.4. Assicurarsi che i risultati ottenuti siano corretti analizzando teoricamente il funzionamento dei circuiti oggetto di studio.
5. Applicazione di elementi logici come interruttori di segnale
5.1. Disegna circuiti per studiare elementi logici (vedi Fig. 7, a - d). Metti su di essi i numeri dei pin degli elementi logici dei microcircuiti selezionati per la ricerca. Seleziona le sorgenti LU che utilizzerai e inserisci i loro numeri nel diagramma.
5.2. Assemblare uno per uno i circuiti mostrati in Fig. 7, a, c, se sono presenti solo indicatori LED per controllare i segnali di ingresso e di uscita. Se avete un oscilloscopio, assemblate i circuiti mostrati in Fig. 7, c, d.
5.3. Osservare la forma d'onda sull'ingresso A delle porte logiche e sul segnale di uscita C, prima quando c'è uno logico sull'ingresso B e poi quando c'è uno zero logico. Per fare ciò, collegare un indicatore LED all'uscita dei circuiti (Fig. 7, a, c). Quando si studiano i circuiti (Fig. 7, c, d), collegare l'ingresso del primo canale dell'oscilloscopio all'ingresso A dell'elemento logico e l'ingresso del secondo canale all'uscita dell'elemento logico. Sincronizzare la scansione dell'oscilloscopio con il segnale del primo canale. Disegna diagrammi temporali (oscillogrammi) dei segnali agli ingressi e alle uscite degli elementi in studio per entrambi i casi (Fig. 8 a, b).
5.4. Verificare il corretto funzionamento degli elementi logici come interruttori di segnale analizzando teoricamente il loro funzionamento.
Figura 7
Figura 8
Il rapporto di lavoro deve contenere:
Titolo dell'opera e scopo dell'opera;
Schemi in fase di studio;
Tavole di verità;
Diagrammi temporali;
Confronto dei dati sperimentali con i risultati dell'analisi teorica;
Conclusioni dal lavoro.
DOMANDE DI CONTROLLO
1. Quante combinazioni diverse esistono per i quattro segnali di ingresso?
2. Che aspetto ha simbolo elemento logico ZILI?
3. Come cambierà la funzione di uscita di una porta NAND se i suoi ingressi sono invertiti?
4. Quali porte logiche invertono i segnali di ingresso quando li trasmettono all'uscita?
5. Quali segnali devono essere forniti agli altri due ingressi dell'elemento logico ZILI affinché gli impulsi dal primo ingresso passino all'uscita?
EN Malysheva
Nozioni di base
Microelettronica
Laboratorio di laboratorio
Tobol'sk - 2012
UDC 621.3.049.77
Pubblicato per decisione del Dipartimento di Tecnologia e Discipline Tecniche del TSPI da cui prende il nome. DI. Mendeleev
Malysheva E.N. Fondamenti di microelettronica. Laboratorio: Libro di testo. – Tobolsk: TGPI dal nome. DI. Mendeleeva, 2012. – 60 pag.
Revisore: Novoselov V.I., Ph.D. Sc., Professore Associato, Dipartimento di Fisica e MPF
© Malysheva E.N., 2012
© TGPI dal nome. DI. Mendeleeva, 2012
Nota esplicativa
Dato tutorial realizzato sotto forma di quaderno di esercizi e viene offerto per accompagnare un laboratorio di laboratorio per studenti di università pedagogiche che studiano i fondamenti della microelettronica. Il laboratorio laboratorio si svolge utilizzando uno stand universale ed è dedicato allo studio di elementi, componenti e dispositivi della tecnologia digitale.
1. Studio del funzionamento degli elementi logici di base.
2. Studio del funzionamento dei trigger.
3. Studio del funzionamento dei registri.
4. Studio del funzionamento dei convertitori di codici combinatori.
5. Studio del funzionamento dei contatori.
6. Studio del funzionamento del sommatore.
7. Studio del funzionamento di un dispositivo aritmetico-logico.
8. Studio del funzionamento di un dispositivo di memoria ad accesso casuale.
9. Studio del funzionamento di un modello informatico.
Ogni opera comprende le seguenti sezioni:
Materiale teorico, la cui padronanza è necessaria per completare il lavoro;
Descrizione del lavoro;
Domande per la prova di questo lavoro.
Lavoro di laboratorio n. 1.
Studio del funzionamento degli elementi logici di base
Obiettivo del lavoro: studio dei principi di funzionamento e studio sperimentale del funzionamento degli elementi logici.
informazioni generali
Gli elementi logici, insieme agli elementi di memorizzazione, costituiscono la base di computer, strumenti di misura digitali e dispositivi di automazione. Gli elementi logici eseguono le operazioni logiche più semplici sulle informazioni digitali. Sono creati sulla base dispositivi elettronici, operante in modalità chiave, caratterizzata da due stati chiave: “Abilitato” - “Disabilitato”. Pertanto, l'informazione digitale viene solitamente rappresentata in forma binaria, quando i segnali assumono solo due valori: “0” (zero logico) e “1” (uno logico), corrispondenti ai due stati del tasto. Queste due posizioni (1 logico e 0 logico) costituiscono l'alfabeto elettronico, o la base del codice binario.
L'ingresso di qualsiasi dispositivo digitale riceve una serie di parole in codice, che converte in altre parole in codice o in una parola. Le parole in codice di output sono una determinata funzione per la quale le parole in codice di input sono l'argomento di questa funzione. Si chiamano funzioni di algebra logica.
Le funzioni logiche, come quelle matematiche, possono essere scritte sotto forma di formula o tabella - una tabella di verità, che elenca tutte le possibili combinazioni di argomenti e i valori corrispondenti delle funzioni logiche. Un dispositivo progettato per eseguire determinate funzioni dell'algebra della logica è chiamato elemento logico. Diamo un'occhiata ad alcuni di loro.
Elemento logico NON
negazione logica (inversione). La negazione logica di un'affermazione A è un'affermazione X che è vera quando A è falsa..
Elemento logico E
Progettato per eseguire una funzione moltiplicazione logica (congiunzione).La moltiplicazione logica è una connessione tra due affermazioni semplici A e B, per cui un'affermazione complessa X è vera solo se entrambe le affermazioni sono vere contemporaneamente.
Elemento logico E NON
Progettato per eseguire una funzione negazione della moltiplicazione logica (negazione della congiunzione).La negazione della moltiplicazione o funzione di Schaeffer è una connessione tra due affermazioni semplici A e B, per cui un'affermazione complessa X è falsa solo se entrambe le affermazioni sono vere contemporaneamente.
Ordine di lavoro
Dotazione: supporto universale, alimentatore, scheda P1, mappe tecnologiche I-1 - I-9.
1. Analizzare il funzionamento dell'indicatore LED del supporto per determinare i livelli dei segnali logici.
2. Esaminare il funzionamento dei dispositivi logici, utilizzando in sequenza le mappe tecnologiche. Completa le seguenti attività per ciascun diagramma:
UN. compilare le tavole di verità,
B. utilizzando i dati ottenuti, individuare gli elementi logici,
V. nominare le funzioni di algebra logica che eseguono,
d. designare gli elementi logici sul diagramma con i simboli corrispondenti,
d. scrivere formule che esprimono la relazione tra le caratteristiche di input e di output.
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Domande per il test 1. Qual è lo scopo e la portata degli elementi logici? 2. Definire le funzioni logiche di base. 3. Utilizzando l'indicatore LED, determinare il livello del segnale logico all'uscita del circuito. 4. Determinare i tipi di elementi logici nel circuito dai dati di uscita. 5. In base alle marcature dei circuiti integrati presenti sulla scheda utilizzata, indicarne le caratteristiche. Lavoro di laboratorio n. 2. informazioni generali I dispositivi digitali più complessi sono costruiti da elementi logici. Uno dei componenti più comuni della tecnologia digitale è il grilletto. Un trigger è un dispositivo che ha due stati di equilibrio stabili ed è in grado di saltare da uno stato all'altro sotto l'influenza di un segnale di controllo. Ciascuno stato di attivazione corrisponde a un determinato livello di tensione di uscita (alto o basso), che può essere mantenuto per qualsiasi periodo di tempo. Pertanto, i trigger sono chiamati gli automi digitali più semplici con memoria, ad es. il loro stato è determinato non solo dai segnali di ingresso questo momento tempo, ma anche la loro sequenza nei cicli precedenti del trigger. Attualmente, la maggior parte dei flip-flop si basa su elementi logici sotto forma di circuiti integrati (IC). Vengono utilizzati come elementi di commutazione indipendentemente o come parte di dispositivi digitali più complessi, come contatori, divisori di frequenza, registri, ecc. In base al metodo di registrazione delle informazioni, i trigger sono suddivisi in dispositivi sincroni e asincroni. Nei trigger asincroni, le informazioni vengono registrate direttamente con l'arrivo dei segnali di ingresso. Nei flip-flop sincroni (orologio), le informazioni verranno registrate solo se è presente un impulso di sincronizzazione dell'orologio. In base alle loro caratteristiche funzionali, i trigger si distinguono: con trigger separato (trigger RS), con elementi di ritardo (trigger D), con trigger di conteggio (trigger T), universali (trigger JK). In genere, un trigger ha due uscite: forward () e inverse (). Lo stato del trigger è determinato dalla tensione sull'uscita diretta. Gli ingressi trigger hanno le seguenti designazioni: S – ingresso separato per impostare il trigger su un singolo stato; R – ingresso separato per impostare il trigger sullo stato zero; D – immissione di informazioni; C – ingresso di sincronizzazione; T – conteggio degli input e altri. La base di tutti i circuiti flip-flop è un flip-flop asincrono RS. Esistono due tipi di flip-flop RS: quelli costruiti su elementi logici “OR-NOT” e quelli costruiti su elementi logici “AND-NOT”. Differiscono nel livello dei segnali attivi e hanno una propria designazione (vedi tabella). I flip-flop RS hanno modalità operative: impostazione su zero o uno stato, memorizzazione, modalità proibita. Una combinazione proibita (i segnali attivi vengono forniti a entrambi gli ingressi) viene implementata quando viene dato un comando contraddittorio: impostato contemporaneamente sugli stati uno e zero. In questo caso sulle uscite dirette e inverse si ottengono gli stessi livelli di tensione, cosa che per definizione non dovrebbe avvenire. I flip-flop D con clock hanno un ingresso D per fornire informazioni (0 o 1) e un ingresso di clock C. Gli impulsi di sincronizzazione (C = 1) da uno speciale generatore di impulsi vengono forniti all'ingresso C. I flip-flop D sono privi di combinazioni proibite di segnali di ingresso. Un flip-flop di conteggio T ha un ingresso di controllo T. Gli stati di trigger cambiano ogni volta che cambia il segnale di controllo. I flip-flop a T di un tipo reagiscono al fronte di un impulso, ad es. per una differenza di 0-1, altri - per un taglio (differenza di 1-0). In ogni caso la frequenza degli impulsi in uscita è 2 volte inferiore alla frequenza degli impulsi in ingresso. Pertanto, i trigger T vengono utilizzati come divisori di frequenza per contatori 2 o modulo 2. Trigger di questo tipo non sono disponibili come circuiti integrati. Possono essere facilmente creati sulla base delle infradito D e JK. I flip-flop JK sono universali, hanno ingressi di informazione J e K e un ingresso di sincronizzazione C. Sono utilizzati per creare contatori, registri e altri dispositivi. Con determinate commutazioni di ingresso, i flip-flop JK possono funzionare come flip-flop RS, flip-flop D e flip-flop T. Grazie a questa versatilità, sono disponibili in tutte le serie IC. Ordine di lavoro Dotazione: supporto universale, alimentatore, scheda P2, schede tecnologiche II-1 - II-4. 1. Selezionare un trigger nel circuito. 2. Completare le seguenti attività per ciascun diagramma: a) annotare il nome del trigger, b) creare una tabella dei cambiamenti di stato in base ai segnali di ingresso, indicare i segnali attivi con una freccia ( - livello alto - uno logico, ¯ - livello basso - zero logico), c) determinare il tipo di ingresso (R o S), indicare queste designazioni nella tabella e indicare sul diagramma (per le carte II-1 e II-2), d) indicare le modalità operative del grilletto, e) elaborare un diagramma temporale degli stati di trigger.
Grilletto ______________________________________________________________
Grilletto ______________________________________________________________
Grilletto ______________________________________________________________
Domande per il test 1. Cos'è un trigger? 2. Spiegare lo scopo degli input flip-flop. 3. Qual è il livello del segnale attivo? 4. Qual è la differenza tra trigger sincroni e asincroni? 5. Spiegare la natura dello stato “proibito” in un flip-flop RS. 6. Utilizzando il diagramma, parlaci dello stato del trigger ad ogni ciclo di funzionamento. 7. In base alle marcature dei circuiti integrati presenti sulla scheda utilizzata, indicarne le caratteristiche. Lavoro di laboratorio n. 3. informazioni generali Un registro è un'unità operativa costituita da flip-flop e progettata per ricevere e memorizzare informazioni in codice binario. La lunghezza delle parole in codice scritte nel registro dipende dal numero di celle trigger che lo compongono. Perché un trigger può assumere solo uno stato stabile alla volta, quindi, ad esempio, per scrivere una parola di 4 bit è necessario disporre di un registro di quattro celle di trigger. In base al metodo di scrittura delle parole in codice, si distinguono i registri paralleli, sequenziali (spostamento) e universali. Nei registri paralleli, la parola in codice è scritta in forma parallela, cioè a tutte le cellule trigger contemporaneamente. In un registro seriale la parola in codice viene scritta in sequenza, a partire dalla cifra meno significativa o da quella più significativa. Tutti i flip-flop compresi nel registro sono uniti da un ingresso comune di sincronizzazione; alcuni tipi di circuiti hanno un ingresso comune R per l'operazione di azzeramento.
Ordine di lavoro Dotazione: supporto universale, alimentatore, schede P2, P3, jumper, schede tecnologiche II-5, II-6, III-1, III-2. 1. Annotare il nome del dispositivo indicandone la capacità in bit. 2. Analizzare il funzionamento dei registri a due bit. 3. Completare le seguenti attività per ciascun diagramma: a) annotare il nome del registro, b) scrivere diverse parole di codice diverse nel registro, inserire i risultati in una tabella delle dipendenze degli stati di uscita sui segnali di ingresso, c) disegnare un simbolo per il dispositivo, II-5 (P2) |
II-6 (P2)
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Conclusione: ________________________________________________________
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4. Per i registri a quattro bit, completare le attività:
a) annotare il nome del registro indicandone la capienza,
b) abbozzare la struttura logica interna,
c) scrivere diverse parole di codice diverse nel registro, inserire i risultati in una tabella delle dipendenze degli stati di uscita sui segnali di ingresso,
d) trarre una conclusione: quanti cicli di clock sono necessari per scrivere una parola in codice in questo registro?
III-1 (P3)
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| Entrata | Esce | |||
| D | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 |
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| Entrata | Esce | |||
| D | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 |
Conclusione: _________________________________________________________
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III-2 (P3)
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| Ingressi | Esce | ||||||
| D4 | D3 | D2 | D1 | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 |
Conclusione: ___________________________
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Domande per il test
1. Quale dispositivo si chiama registro? Cosa serve?
2. Che tipologie di registri conosci? Come sono differenti?
3. Spiegare il concetto di “profondità di bit”. Cosa significa l'espressione "registro a 4 bit"?
4. Come è necessario modificare lo schema funzionale per ottenere un registro a quattro bit da un registro a due bit?
5. Quante parole diverse possono essere scritte utilizzando un registro a 2 (4) bit?
6. Spiega su ciascun diagramma funzionale come hai registrato la parola in codice?
Lavoro di laboratorio n. 4.
informazioni generali
I convertitori di codici combinatori sono progettati per convertire un codice parallelo di m elementi agli ingressi di una macchina digitale in un codice di n elementi alle sue uscite, vale a dire per convertire una parola in codice da una forma all'altra. La relazione tra i dati di input e di output può essere specificata utilizzando funzioni logiche o tabelle di verità. I tipi più comuni di convertitori di codice sono crittografatori, decrittografatori, multiplexer e demultiplexer.
Gli encoder vengono utilizzati nei sistemi di input di informazioni per convertire un singolo segnale su uno dei suoi ingressi in un codice binario multi-bit sulle uscite. Pertanto, il segnale di ciascun tasto della tastiera, che indica un numero o una lettera, viene inviato all'ingresso corrispondente dell'encoder e alla sua uscita questo simbolo viene visualizzato in una parola in codice binario. I decodificatori eseguono l'operazione inversa e vengono utilizzati nei sistemi di output delle informazioni. Per valutare visivamente le informazioni in uscita, i decoder vengono utilizzati insieme ai sistemi di visualizzazione. Un tipo di indicatore è il LED a 7 segmenti o indicatore a cristalli liquidi. Per fare ciò, i segnali di uscita del decoder vengono convertiti nel codice di un indicatore a 7 segmenti.
I multiplexer risolvono il problema della selezione delle informazioni da diverse fonti, i demultiplexer risolvono il problema della distribuzione delle informazioni tra più ricevitori. Questi dispositivi vengono utilizzati nei sistemi di elaborazione della tecnologia digitale per collegare tra loro le singole unità di elaborazione.
Ordine di lavoro
Dotazione: supporto universale, alimentatore, scheda P4, schede tecnologiche IV-1, IV-2, IV-3.
1. Analizzare il funzionamento del decoder.
2. Completare le seguenti attività per gli schemi IV-1 e IV-2:
a) creare una tabella della dipendenza degli stati di uscita dai segnali di ingresso,
b) trarre una conclusione: da quale sistema di codifica si traduce il dispositivo in quale?
c) quante cifre ha un numero binario nel circuito IV-2? Che compito svolge l'interruttore a levetta SA5?
Multiplexer
3. Analizzare il funzionamento di un circuito contenente un multiplexer e completare le attività:
a) trovare il multiplexer nello schema,
b) verificare da dove provengono le informazioni agli ingressi del multiplexer,
c) verificare quale dispositivo viene utilizzato per impostare l'indirizzo del multiplexer,
d) impostare nel multiplexer l'indirizzo dell'ingresso delle informazioni da cui si desidera inviare il segnale alla sua uscita,
e) compilare la tabella della dipendenza del segnale di uscita dalle informazioni di ingresso e dall'indirizzo dato al multiplexer, inserendo indirizzi diversi e fornendo informazioni diverse agli ingressi.
| Indirizzo | N. Ingresso D collegato all'uscita | Immettere le informazioni | Uscita Y | |||||||||
| A2 | A1 | A0 | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | ||
Domande per il test
1. Quale dispositivo si chiama decoder? Cosa serve?
2. Quale dispositivo si chiama multiplexer? Cosa serve?
3. Che tipo di indicazione viene utilizzata nello schema IV-2?
4. Cosa significa l'espressione “sistema di codifica binaria delle informazioni” (decimale, esadecimale)?
Per descrivere l'algoritmo di funzionamento dei circuiti logici, viene utilizzato l'apparato matematico dell'algebra logica. L'algebra della logica funziona con due concetti: un evento è vero ("1" logico) o un evento è falso ("0" logico). Gli eventi nell'algebra della logica possono essere collegati da due operazioni: addizione (disgiunzione), indicata dal segno U o +, e moltiplicazione (congiunzione), indicata dal segno & o punto. Una relazione di equivalenza è indicata dal segno =, mentre la negazione è indicata da una barra o da un apostrofo (") sopra il simbolo corrispondente.
Circuito logico ha n ingressi, che corrispondono a n variabili di ingresso X 1 , ... X n e una o più uscite, che corrispondono a variabili di uscita Y 1 .... Sì. Le variabili di ingresso e di uscita possono assumere due valori: X i = 1 o X i = 0.
La funzione di commutazione (SF) di un circuito logico collega le variabili di ingresso e una delle variabili di uscita mediante operazioni logiche. Il numero di PF è pari al numero di variabili di uscita e il PF può assumere valori 0 o 1.
Operazioni logiche. Le seguenti operazioni elementari (funzioni) sono di grande interesse pratico.
Moltiplicazione logica (congiunzione),
Aggiunta logica (disgiunzione),
Moltiplicazione logica con inversione,
Addizione logica con inversione,
Somma modulo 2,
Equivalenza.
Elementi logici. Ci sono quelli digitali circuiti integrati, corrispondente alle operazioni logiche di base. La moltiplicazione logica corrisponde all'elemento logico "AND". L'addizione logica corrisponde all'elemento logico "OR". Moltiplicazione logica con inversione - elemento logico "AND-NOT". Addizione logica con inversione - elemento logico "OR-NOT". L'operazione di inversione corrisponde all'elemento logico "NOT". Esistono microcircuiti che implementano molte altre operazioni logiche.
Tavole di verità. Il modo principale per specificare il PF è compilare una tabella di verità, in cui è indicato il valore PF (0 o 1) per ciascun insieme di variabili di input. La tabella della verità per l'elemento logico "NOT" (operazione logica) ha la forma
| Ingresso X | Uscita Y |
1.1. Studio delle caratteristiche dell'elemento logico "OR-NOT"
Il diagramma per studiare l'elemento logico "OR-NOT" è mostrato in Fig. 1.
Nel diagramma fig. 1 ingresso porta logica "O NO" collegato ad un generatore di parole che forma una sequenza di numeri binari 00, 01, 10 e 11. La cifra binaria destra (di ordine basso) di ogni numero corrisponde alla variabile logica X1, quella sinistra (più significativa) alla variabile logica X2 . Sono collegati anche gli ingressi degli elementi logici sonde logiche, che si illuminano di rosso quando su questo ingresso viene ricevuto un “1” logico. L'uscita dell'elemento logico è collegata ad una sonda logica, che si illumina di rosso quando sull'uscita appare un "1" logico.
Costruzione di un circuito per lo studio dell'elemento logico "OR-NOT"
Avvia utilizzando il collegamento sul desktop Desktop di Windows programma Banco da lavoro per l'elettronica.
Costruzione dello schema di Fig. 1 verrà effettuata in due fasi: prima la posizioneremo come mostrato in Fig. 1 pittogrammi di elementi, quindi collegarli in serie.
1. Fare clic sul pulsante
pannelli della libreria di componenti e strumentazione. Dalla finestra dell'elemento logico visualizzata, estrarre l'icona dell'elemento logico NÉ("O NO").
2. Fare clic sul pulsante
Dalla finestra che appare, estrarre in sequenza le icone della sonda logica.
3. Aprire le sonde logiche come mostrato in Figura. 1. Per fare ciò, utilizzare il pulsante di rotazione sul pannello delle funzioni
4. Fare clic sul pulsante
pannelli della libreria di componenti e strumentazione. Dalla finestra dell'indicatore visualizzata, estrarre l'icona generatore di parole
5. Posizionare le icone degli elementi utilizzando il metodo di traino come mostrato in Fig. 1 e collegare gli elementi come in figura.
6. Fare doppio clic per aprire il pannello frontale generatore di parole.
Sul lato sinistro del pannello generatore di parole Le combinazioni di codici vengono visualizzate in codice esadecimale e nella parte inferiore in codice binario.
7. Riempi la finestra del codice esadecimale con combinazioni di codici, iniziando con 0 nella cella zero in alto e quindi aggiungendo 1 in ogni cella successiva. Per fare ciò, fai clic sul pulsante e nella finestra preimpostata che appare, abilita l'opzione Al bancone e fare clic sul pulsante Accettare.
8. Nella finestra Frequenza impostare la frequenza di generazione delle combinazioni di codici su 1 Hz.
Le sequenze di numeri binari 00, 01, 10 e 11 corrispondono in codice esadecimale: 0, 1, 2, 3. Programmiamo il generatore in modo che generi periodicamente la sequenza di numeri specificata.
9. Digitare nella finestra Finale numero 0003 fare clic sul pulsante Ciclo.
10. Avviare il processo di simulazione utilizzando l'interruttore. Osservare in quali combinazioni di segnali di ingresso appare un "1" all'uscita dell'elemento logico. Facendo clic sul pulsante Fare un passo, compilare la tavola di verità per l'elemento "OR-NOT" nel Rapporto. Interrompere il processo di simulazione utilizzando l'interruttore.
11. Salva il file in una cartella con il tuo Cognome sotto il nome Zan_17_01 .
