Лабораторная работа №7. Свойства сигналов логических элементов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Цель работы: Изучить принцип действия и назначения основных логических элементов, а также приобретение навыков по исследованию характеристик комбинационных логических схем.

Теоретические сведения

Основными составными частями любых цифровых устройств, включая современные ЭВМ, являются логические элементы. Логический элемент – это такая схема, которая, «основываясь» на входных сигналах, «может решать», что ей ответить на выходе – «да» или «нет». На рисунке 9.1 представлена схема логического элемента «И», которая отвечает «да» (на выходе загорается лампа) только в том случае, когда на оба ее входа поданы сигналы «да» (оба ключа замкнуты). Условное обозначение элемента «И» представлено на рисунке 9.2а.

Рисунок 9.1 – Схема «И» на механических переключателях.

Рисунок 9.2 – Графическое обозначение (а) и таблица истинности (б) логического элемента «И»

В таблице на рисунке 9.2 б указаны все возможные комбинации сигналов на входах А и В и соответствующие им сигналы на выходе. Приведенная таблица истинности дает характеристику работы этого логического элемента, т.е. описывает логическую функцию «И». Другим сокращенным способом записи того, что входы А и В связаны функцией логического умножения «И», является его булево выражение:

. (9.1)

Знак умножения в виде точки здесь использован для обозначения функции «И» (логического умножения). На рисунке 9.3 а иллюстрируется принцип работы элемента «ИЛИ» с использованием обычных переключателей.

Рисунок 9.3 – Схема на переключателях (а), графическое обозначение (б)
и таблица истинности (в) логического элемента «ИЛИ»

Условное обозначение логического элемента «ИЛИ» показано на рисунке 9.3б. Возможные комбинации сигналов на входах и выходе логического элемента «ИЛИ» приведены в таблице на рисунке 9.3в.

Булево выражение, в нем знак (+) представляет собой символ для логической функции «ИЛИ».

. (9.2)

В логическом элементе «НЕ», часто называемом инвертором, есть только один вход и один выход. Основная функция схемы «НЕ» (инвертора) состоит в том, чтобы обеспечивать на выходе сигнал, противоположный сигналу на входе. На рисунке 9.4а иллюстрируется принцип работы элемента «НЕ» с использованием обычных переключателей.

Рисунок 9.4 – Схема на переключателях (а), графическое обозначение (б) и таблица истинности (в) логического элемента «НЕ»

Условное обозначение логического элемента «НЕ» показано на рисунке 9.4 б. Возможные комбинации сигналов на входах и выходе логического элемента «НЕ» приведены в таблице на рисунке 9.4в. Булево выражение имеет вид:

, (9.3)

где знак представляет собой символ для логической функции «НЕ».

Использование черты над обозначением выходного сигнала указывает на то, что входной сигнал А инвертирован. Обозначение читается как «не А».

Логический элемент «исключающее ИЛИ» иногда называют элементом типа «что-нибудь, но не все».

Рисунок 9.5 – Графическое обозначение (а) и таблица истинности (б) логического элемента «исключающее ИЛИ»

Условное обозначение логического элемента «исключающее ИЛИ», показано на рисунке 9.5а. Возможные комбинации сигналов на входах и выходе логического элемента «исключающее ИЛИ» приведены в таблице рисунка 9.5б. Из таблицы видно, что если на какой-либо из входов (но не на все) подана логическая единица, то на выходе тоже появляется логическая единица. Булево выражение имеет вид:

, (9.3)

где знак ( ) (псевдоплюс) представляет собой символ для логической функции «исключающее ИЛИ».

Описание лабораторного стенда

Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде для изучения элементов цифровой техники. На передней панели этого стенда установлены все необходимые логические элементы и клеммы для их коммутации.

Задание на выполнение работы

1) Составить экспериментальные таблицы состояний следующих элементов: «И»; «ИЛИ», «исключающее ИЛИ», «исключающее ИЛИ-НЕ».

2) Построить булево выражение на основе таблицы истинности.

Методика выполнения работы

1) Используя представленные на стенде логические элементы, собрать предложенную преподавателем комбинационную логическую схему, например, как на рисунке 9.6.

2) Экспериментально построить таблицу состояний для предложенной комбинационной схемы.

Рисунок 9.6 – Комбинационная логическая схема

Порядок выполнения работы

1) Перед началом работы необходимо тщательно ознакомиться со схемой предстоящей лабораторной работы.

2) Начертить принципиальную схему работы в тетради. Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схем, разобраться в их назначении, уяснить работу схемы и ее элементов. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест установки перемычек.

3) Сборку схемы производить только при отключенной питающей сети. Убедиться в отсутствии коротких замыканий в монтаже схемы. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

4) Приступая к работе, следует установить все тумблеры в нижнее положение, соответствующее их отключенному состоянию.

5) При исследовании логических элементов следует помнить, что при включении тумблера «Сеть» на все их уровни подаются сигналы высокого логического уровня (+5В). Поэтому для получения сигнала низкого логического уровня необходимо соединить соответствующее гнездо с землей.

Требования к отчёту

Отчёт по данной работе должен содержать:

1) Название и цель лабораторной работы.

2) Схемы основных логических элементов, включая их таблицы истинности и булевы выражения.

3) Комбинационную логическую схему, включая ее таблицу состояний и булево выражение.

9.7 Контрольные вопросы

1) Если на оба элемента И поданы логические сигналы высокого уровня, то сигнал какого уровня появится на выходе?

2) Запишите булево выражение для логического элемента ИЛИ.

3) Запишите булево выражение для инвертора.

4) В чем различие логических элементов «ИЛИ» и «исключающее ИЛИ»?

5) Где и как применяются логические элементы?

Список рекомендуемой литературы

1 Основы автоматизации техпроцессов / А.В. Щагин, В.И. Демкин, В.Ю. Конопов, А.Б. Кабанов. − М.: Высшее образование, 2009.− 162 с.

2 Назаров, В.И. Теплотехнические измерения и приборы /
В.И. Назаров, В.А. Чиж, А.Л. Буров. − Минск: Техноперспектива, 2008. − 170 с.

3 Митин, В.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов мясной и молочной промышленности / В.В. Митин, В.И. В.И. Усков, Н.Н. Смирнов/ − М.: Агропромиздат, 1987. − 240 с.

4 Автоматика и автоматизация пищевых производств /
М.М. Благовещенская, Н.О. Воронина, А.В. Казаков. − М.: Агропромиздат, 1991. − 239 с.

5 Петров, И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности / И.К. Петров. – М.: Агропромиздат, 1985. − 344 с.

6 Лапшенков, Г.И., Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий. – М.: Химия, 1988. – 288 с.

7 Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием / В.В. Денисенко. − М.: Горячая линия-Телеком, 2009.− 608 с.

8 Токхейм, Р. Основы цифровой электроники / Р. Токхейм. − М.: Мир, 1988.− 392 с.

9 Чистяков, В.С., Краткий справочник по теплотехническим измерениям / В.С. Чистяков. − М.: Энергоатомиздат, 1990.− 320 с.

Учебное издание

⇐ Предыдущая 1 2 3 45