Решение контрольных заданий по теме

«построение схем на логических элементах»

Задание 1. Дать письменные ответы на вопросы.

1. Назовите основные логические элементы, используемые в электронике.

2. Расскажите об устройстве и принципе действия элемента «ИЛИ».

3. Расскажите об устройстве и принципе действия элемента «И».

4. Расскажите об устройстве и принципе действия элемента «НЕ».

5. Расскажите об устройстве и принципе действия элемента «ИЛИ-НЕ».

6. Расскажите об устройстве и принципе действия элемента «И-НЕ».

7. Укажите разницу схем ДТЛ и ТТЛ.

Выбор варианта контрольной работы

Две последние цифры шифра	Вариант
40 – 41 - 42 - 43 - 44

Вариант 1.

Задание 1. Построить схему логической функции И на элементе И-НЕ.

Задание 2. Построить схему логической функции И на элементе ИЛИ-НЕ.

Задание 3. Построить схему определения равенства двух многоразрядных чисел с использованием элементов «Неравнозначность» и базисных логических элементов.

Задание 1.

Задание 1.1

Логический элемент ИЛИ

Логический элемент И

Логический элемент НЕ

Логический элемент ИЛИ-НЕ

Логический элемент ИЛИ

Логический элемент И-НЕ

Задание 1.2

Логический элемент ИЛИ. Логический элемент ИЛИ имеет несколько входов и один общий выход. Его условное обозначение показано на рис.3.1, а.

Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкции):

(3.1)

где F - функция; х₁, х₂, х₃,..., х_n — аргументы (переменные, двоичные сигналы на входах).

Здесь функция F=0, когда все ее аргументы равны нулю, и F=1 при одном, нескольких или всех аргументах, равных единице. Работу схемы двухвходового логического элемента ИЛИ иллюстрируют таблица истинности и временные диаграммы, приведенные на рис.3.1,б, в. Моделью двухвходового элемента ИЛИ может служить схема с двумя параллельно включенными ключами. Если оба ключа выключены (аргументы равны нулю), то напряжение на выходе равно нулю и F=0. При одном или двух включенных ключах напряжение на выходе равно Е и F=1.

F

в)

Рис.3.1. Условное обозначение логического элемента ИЛИ (а), его таблица истинности и временное диаграммы (б, в)

Наиболее просто элемент ИЛИ реализуется на диодах (рис.3.2). Значение F=1 на выходе создается передачей входного сигнала вследствие отпирания соответствующего диода. К диодам, для которых входной сигнал равен нулю, прикладывается обратное напряжение, и они находятся в закрытом состоянии.

Рис.3.2. Схема логического элемента ИЛИ на диодах

Задание 1.3

Логический элемент И. Логический элемент И также имеет несколько входов и один выход. Его условное обозначение показано на рис.3.3, а.

Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкции):

(3.2)

в)

Рис.3.3. Условное обозначение логического элемента И (а),

его таблица истинности и временные диаграммы (б, в)

Здесь функция F=0, если один из ее аргументов равен нулю, и F=1 при всех аргументах, равных единице.

Работу схемы двухвходового логического элемента И иллюстрируют таблица истинности и временные диаграммы, приведенные на рис.3.3,б,в. Элемент И является схемой совпадения: сигнал «1» на выходе появляется при совпадении сигналов «1» на всех входах. Моделью двухвходового элемента И может служить схема с двумя последовательно включенными ключами и источником питания. Простейшая схема элемента И на диодах приведена на рис.3.4.

Рис.3.4. Схема логического элемента И на диодах

Задание 1.4

Логический элемент НЕ. Логический элемент НЕ имеет один вход и один выход. Его условное обозначение показано на рис.3.5,а.

Элемент НЕ выполняет операцию инверсии (отрицания), в связи с чем его часто называют логическим инвертором.

Сигналу х=0 на входе соответствует F=1 и, наоборот, при x=1 F=0.

Работу схемы логического элемента НЕ иллюстрируют таблица истинности и временные диаграммы, приведенные на рис.3.5,б,в. Логический элемент НЕ представляет собой ключевую схему на транзисторе (рис.3.6). При х=0 (U_вх=0) транзистор закрыт, напряжение u_кэ=Е_к, т.е. F=1. При х=1 (U_вх=U_вхотп) транзистор открыт, напряжение F=0. Открытое состояние транзистора обеспечивается заданием тока базы, вводящего транзистор в режим насыщения.

Рис.3.5. Условное обозначение логического элемента НЕ (а), его

таблица истинности и временные диаграммы (б, в)

Рис.3.6. Схема логического элемента НЕ

Задание 1.5

Логический элемент И-НЕ. Условное обозначение логического элемента И-НЕ показано на рис.3.9,а. Ему эквивалентна структурная схема, показанная на рис.3.9,б. Логической «1» на всех информационных входах соответствует логический «0» на выходе элемента. При логическом «0» на одном из входов создается логическая «1» на выходе. Для двухвходового элемента И-НЕ сказанное отражено в таблице истинности на рис.3.9,в. Логическая функция элемента И-НЕ при n входах отвечает выражению

(3.4)

На рис.3.8,а приведена схема логического элемента ИЛИ-НЕ, представляющая собой последовательное соединение элемента ИЛИ на диодах и элемента НЕ. Логические схемы подобного сочетания определяют, в частности, класс элементов так называемой диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Принцип действия элемента ясен из диаграмм рис.3.8,б, где показаны сигналы x₁ и х₂ на входах, сигнал у на выходе элемента ИЛИ и выходная функция F.

 

x1	x2	F

а) б)

Рис. 3.7. Условное обозначение логического элемента ИЛИ-НЕ (а),

его таблица истинности (б)

а) б)

Рис.3.8. Схема логического элемента ИЛИ-НЕ ДТЛ (а)

и его временные диаграммы (б)

задание 1.6

Логический элемент И-НЕ. Условное обозначение логического элемента И-НЕ показано на рис.3.9,а. Ему эквивалентна структурная схема, показанная на рис.3.9,б. Логической «1» на всех информационных входах соответствует логический «0» на выходе элемента. При логическом «0» на одном из входов создается логическая «1» на выходе. Для двухвходового элемента И-НЕ сказанное отражено в таблице истинности на рис.3.9,в. Логическая функция элемента И-НЕ при n входах отвечает выражению

(3.4)

На рис.3.10,а приведена схема логического элемента И-НЕ ДТЛ. Принцип действия элемента иллюстрируют временные диаграммы рис.3.10,б. При логических «1» на обоих входах диоды Д₁, Д₂ закрыты. В схеме образуется цепь + Е_И — R_G — Д¢— Д², которая обеспечивает протекание тока базы E_H/R₆ транзистора. Транзистор открыт и насыщен, F=0.

Рис.3.9. Условное обозначение логического элемента И-НЕ (а),

его функциональный эквивалент (б) и таблица истинности (в)

Рис.3.10. Схема логического элемента И-НЕ ДТЛ (а) и его временные диаграммы (б)

При логическом «0» на одном из входов (например, x₁) открывается диод этого входа (Д₁). Образуется цепь, в которой ток резистора R_б (рис.3.10,а) протекает через открытый диод (Д₁) и источник сигнала логического «0» (x₁). При этом цепь Д' — Д" — эмиттерный переход транзистора — оказывается шунтированной цепью с проводящим диодом. Ток базы транзистора равен нулю, транзистор закрыт, F=1.

Задание 1.7

диодно-транзисторной логики (ДТЛ)- технология построения цифровых схем на основе биполярных транзисторов, диодов и резисторов.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ,TTL)- разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов.

ТТЛ- логика имеет повышенное, по сравнению с ДТЛ- логикой быстродействие, даже если используемые транзисторы имеют равное быстродействие. Это обусловлено тем, что при переходе выхода из состояния логического нуля в логическую 1 транзистор выходит из насыщения, неосновные носители, накопленные в базе VT2 не только самопроизвольно рассасываются, но и стекают в коллектор насыщенного VT1, как было ранее сказано, его потенциал близок к нулю. Типовая задержка на элемент ранних серий ТТЛ- микросхем около 22нс.

Список литературы

1. Романов П.С. Задачи программного управления. Учебное пособие для студентов очной и очно-заочной формы обучения. Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2009. - 116 с.

2. Романов П.С. Управление системами и процессами. Часть 2. Элементная база устройств систем числового программного управления. Учебное пособие для студентов очной и очно-заочной формы обучения. – Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2008. – 142 с.

3. Романов П.С.Устройство систем числового программного управления. Учебное пособие для студентов очной и очно-заочной формы обучения. Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2010. 124 с.

4. Романов П.С. Управление системами и процессами. Учебное пособие (лабораторный практикум). – Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2013. – 76 с.

5. Романов П.С. Управление системами и процессами. Учебное пособие (контрольная работа). – Коломна: КИ (ф) МГОУ, 2014. – 36 с.

6. Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника. – М.: Высш. шк., 2004,.- 288 с.: ил.

7. Босинзон М.А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация. – М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 192 с.

8. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

9. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Высш.шк., 2004, 298с.

Дата добавления: 2017-02-01