Исследование типовых логических элементов

Цель работы:

Изучение электрических свойств и функциональных характеристик логических интегральных схем серии К155.

12.1. Теоретические сведения.

12.1.1. Типовые логические элементы.

Логические элементы предназначены для выполнения различных

логических операций под дискретными сигналами при двоичном способе их представления.

Преимущественное распространение получили логические элементы потенциального типа. В них используется дискретные сигналы, нулевому значению которых соответствует уровень низкого потенциала, а единичному значению - уровень высокого потенциала.

Связь потенциального логического элемента с предыдущим и последующим узлами в системе осуществляется непосредственно, без применения реактивных компонентов. Благодаря этому преимуществу

именно потенциальные логические элементы нашли исключительное

применение в интегральном исполнении в виде микросхем. С позиций

использования логических микросхем потенциального типа и проводится далее рассмотрение логических элементов.

Логический элемент ИЛИ имеет несколько входов и один общий

выход. Его условное обозначение показано на рис. 12.1.а.

а. б.

Рис. 12.1.

Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкции).

Q = Х1 + Х2 +...+ Хn,

где Q - функция;

Х1, Х2... - аргументы.

Здесь функция Q = 0, когда аргументы равны нулю, и Q = 1

при одном, нескольких или всех аргументах, равных единице.

Работу схемы двухвходового логического элемента ИЛИ иллюстрируют таблица истинности, приведенная на рис. 12.1.б.

Логический элемент И также имеет несколько входов и один выход. Его условное обозначение показано на рис. 12.2.а.

а. б.

Рис. 12.2.

Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкции): Q = Х1 Х2... Хn.

Здесь функция Q = 0, когда хотя бы один из ее аргументов равен нулю, и Q = 1 при всех аргументах, равных единице.

Работу схемы двухвходового логического элемента И иллюстрирует таблица истинности, приведенная на рис. 12.2.б. Элемент И является схемой совпадения: сигнал "1" на выходе появляется при

совпадении сигналов "1" на всех входах.

Логический элемент НЕ имеет один вход и один выход. Его условное обозначение показано на рис. 12.3.а.

а. б.

Рис. 12.3.

Элемент НЕ выполняет операцию инверсии (отрицания), в связи

с чем его часто называют логическим инвертором. Им реализуется

функция _

Q = Х.

Сигналу Х = 0 на входе соответствует Q = 1 и, наоборот, при Х = 1 Q = 0.

Работу логического элемента НЕ иллюстрирует таблица истинности, приведенная на рис. 12.3.б.

На основе простейших логических элементов строятся более

сложные логические элементы:

логический элемент ИЛИ-НЕ логический элемент И-НЕ

а. б.

Рис. 12.4.

Существуют логические элементы в микросхемном исполнении,

представляющие комбинацию ранее рассмотренных элементов и позволяющие осуществлять более сложные логические операции. Некоторые из таких элементов и реализуемые ими функции показаны на

рис. 12.5.

На рис. 12.5.а. приведен элемент 2И-ИЛИ-НЕ. Выполняемая им логическая операция поясняется функциональной схемой рис.12.5.б.

а. б.

Рис. 12.5.

При синтезе логических схем сначала записывается логическое

выражение выходной функции, а затем проводится минимизация (упрощение формы записи) этой функции. Произвести минимизацию функции можно путем ее преобразований с использованием аксиом, законов, тождеств и теорем алгебры логики. Однако такие преобразования требуют громоздких выкладок и связаны с большой затратой времени. Современная алгебра логики располагает рядом приемов, разработанных на основе ее правил, позволяющих производить минимизацию функции более просто, быстро и безошибочно. Для минимизации функции с числом переменных до пяти-шести наиболее удобным является метод карт Карно (или аналогичный метод диаграммы Вейча).

12.2. Подготовка к работе.

12.2.1. Изучить принцип работы и параметры логических элементов серии К155.

12.2.2. Для логических элементов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ

составить таблицы истинности и пояснить их работу с помощью временных диаграмм.

12.2.3. Нарисовать исследуемые схемы логических элементов.

12.2.4. Ознакомиться с порядком сборки и исследования схем

на стенде.

12.3. План работы.

12.3.1. Для логических элементов НЕ, И, И-НЕ, схемы которых

представлены на рис. 12.6. Приложение 1, практически проверить правильность составленных ранее таблиц истинности и временных диаграмм. Для подачи на вход ЛЭ уровня логической "1" необходимо подключить соответствующий вход через сопротивления R76, R79, R72 либо R73 к источнику питания "+5В". Для подачи на вход ЛЭ уровня логического "0" необходимо этот вход подключить к общему проводу. Выходной сигнал ЛЭ регистрируется осциллографом.

12.3.2. Подав на один из входов ЛЭ И, а затем на И-НЕ, прямоугольные импульсы от генератора ГС2 зарисовать осциллограммы на выходе при уровне на втором входе "0" и "1". Пояснить полученные осциллограммы.

12.4. Контрольные вопросы.

12.4.1. Назовите основные параметры логических элементов.

12.4.2. Изобразите схему логического элемента ИЛИ на диодах

и поясните ее работу.

12.4.3. Изобразите схему логического элемента И на диодах и поясните ее работу.

12.4.4. Поясните минимизацию функции с помощью метода карт

Карно.

12.4.5. Перечислите основные типы логик и дайте им сравнительную оценку.

12.4.6. Приведите пример схемной реализации ЛЭ "ИЛИ-НЕ" ТТЛ

логики.

12.4.7. Приведите пример схемной реализации ЛЭ "И" КМОП логики.

13. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 13

Дата добавления: 2015-03-29