Описание установки

В лабораторной установке «Исследование логических элементов» собраны цепи, содержащие интегральные микросхемы ТТЛ: К155ЛН1 (инвертор), К155ЛИ3 (элемент И), К155ЛЛ1 (элемент ИЛИ), К155ЛА3 (элемент И-НЕ), К155ЛЕ1 (элемент ИЛИ-НЕ), К155ТМ2 (D-триггер), К155ИЕ5 (счетчик), К155ИР1 (регистр) (рис.122).

Микросхемы серии К155 питаются от источника постоянного напряжения В. Потребляемая мощность одной микросхемы 10 мВт. Среднее время задержки распространения импульса сигналаt_зд.р. (рис. 123) равно 13 нс. Среднее значение потребляемого тока 1,5...2,0 мА. Допустимые напряжения на входе и выходе схемы, соответствующие логическим уровням 0 и 1, следующие:

.

Рис. 122

Единичный уровень сигнала на входе и выходе элемента отображается свечением светоизлучающего диода.

Рис. 123

Описание эксперимента

1 Ознакомиться с расположением схем логических элементов на панели лабораторной установки (рис. 124).

2 Подключить установку к сети переменного напряжения 220 В частотой 50 Гц.

3 Переключателем «Вкл.» включить блок питания установки, дающий постоянное напряжение 5 В для микросхем.

4 Исследование логического элемента НЕ-инвертора (рис. 124а) на микросхеме К155ЛН1.

В исходном режиме (ключ SA1 «Выкл.», кнопка К_Н на входе Х1 не нажата) на вход инвертора напряжение не подается, что подтверждается отсутствием свечения светодиода, подключенного к входу элемента. Это соответствует отсутствию сигнала на входе:

.

На выходе Y инвертора создается напряжение – светится светодиод, подключенный к выходу элемента. Это соответствует сигналу 1:

.

Подать на вход инвертора сигнал 1, нажав кнопку на входе Х1:

.

Убедиться, что на выходе инвертора сигнал отсутствует.

Заполнить табл. 29.

Таблица 29

Элемент НЕ
Вход	Выход
Х1	Y
0
1

5 Исследование элемента И (рис. 124б), выполненного на микросхеме К155ЛН1.

К входам Х1 и Х2 элемента И подключить сигналы 1 и 0 в соответствии с табл. 30. При этом ключ SA2 находится в положении «Выкл.». Сигнал 1 подается на вход элемента нажатием кнопки на входе.

Полученные сигналы на выходе записать в табл. 30 (столбец Y).

Таблица 30

Элемент И
Вход		Выход
Х1	Х2	Y
0	0
0	1
1	0
1	1

6 Исследование элементов ИЛИ, И-НЕ (), ИЛИ-НЕ ().

Исследовать элементы ИЛИ (рис. 124д), (рис. 124г),(рис. 124в), выполненные на микросхемах К155ЛЛ1, К155ЛА3, К155ЛЕ1. Аналогично пп. 4, 5 подать сигналы на входы элементов в соответствии с табл. 31, 32, 33 и записать результаты эксперимента в столбцахY.

Таблица 31 Таблица 32 Таблица 33

Элемент ИЛИ					Элемент И – НЕ							Элемент ИЛИ – НЕ
Вход		Выход	Вход		Выход		Вход					Выход
Х1	Х2	Y	Х1	Х2	Y				Х1		Х2	Y
0	0		0	0					0		0
0	1		0	1					0		1
1	0		1	0					1		0
1	1		1	1					1		1

7 Исследование логического элемента с тремя состояниями – повторителя (рис. 124е).

Повторитель работает по логической схеме (табл. 34), характеризуемой тремя состояниями на выходе элемента.

Таблица 34

Элемент – повторитель
Вход		Выход
Х1	Х2	Y
1	0	1 – зеленый свет светодиода соответствует сигналу 1.
0	1	0 – красный свет соответствует сигналу 0.
1		– отсутствует зеленое и красное свечение светодиодов.

Из табл. 34 следует, что в двух режимах – 1 и 2-я строки – сигнал на выходе элемента повторяет сигнал на входе Х1 независимо от уровня сигнала на входе Х2.

При входном сигнале сигналпереводит элемент в третье состояние, когда на выходе отсутствует какой-либо сигнал – 0 или 1 – (3-я строка).

8 Исследование логических элементов в динамическом режиме.

Элемент НЕ (рис. 124а).

Подключить к входу Х инвертора последовательность импульсов напряжения, т.е. последовательность сигналов 1, 0. Для этого ключ SA1 поставить в положение «Вкл.».

Снять осциллограммы напряжений на входе и выходе элемента, подключив вход осциллографа к гнездам на входе и выходе элемента.

Элемент И (рис. 124б).

Подключить к входу Х1 элемента последовательность импульсов напряжения. С этой целью ключ данной схемы поставить в положение «Вкл.».

Убедиться, что осциллограмма напряжения на входе Х1 элемента аналогична осциллограмме напряжения на входе инвертора.

В условиях подключения последовательности импульсов напряжения к входу Х1 получить осциллограммы напряжений на выходе Y элемента при двух уровнях напряжения на входе Х2:

1 (кнопку на входеХ₂ не нажимать);

2 (кнопку на входеХ₂ нажать).

Зарисовать полученные осциллограммы – :

Аналогично исследовать элементы ИЛИ (рис. 124д), И-НЕ (рис. 124г), ИЛИ-НЕ (рис. 124в).

9 Исследование D-триггера (рис. 124з).

Исследуемый D-триггер (микросхема К155ТМ2) имеет следующие входы и выходы:

– С – тактовый вход, на который подаются тактовые (синхронизирующие) импульсы;

– и – асинхронные инверсные входы; при поступлении сигнала (0) на асинхронные входы работа триггера не зависит от импульса на тактовом входеС; для инверсных входов активным уровнем, вызывающим работу схемы, является низкий уровень напряжения сигнала – 0;

– D – информационный вход; сигнал со входа D подается на выходы Y и по положительному перепаду импульса (от Н к В) на тактовом входеС;

– Q – прямой выход;

– –инверсный выход.

Исследование триггера в асинхронном режиме:

Подать на входы исигналы, указанные в 1…3 строках табл. 17. Учесть, что в исходном режиме на входыиподаются сигналы 1 (светятся индикаторы на входахи). Полученные сигналы на выходахQ и записать в 1…3 строках табл. 35. УКАЗАНИЕ: В начале опыта произвести сброс информации (нажать и отпустить кнопку на входеR).

Исследование триггера в режиме загрузки со входа D (табл.35, строки 4,5):

С помощью кнопки R произвести сброс.

На входах идействуют напряжения, соответствующие сигналу 1. На входD подать сигнал 1 – нажать кнопку на входе D и не отпускать ее до подачи тактового импульса. Тактовый импульс подается путем кратковременного нажатия кнопки на входе С. Записать сигналы на выходах Q и . Так реализуется строка 4 табл. 35.

На вход D подать сигнал 0 – не нажимать кнопку на входе D. Подать тактовый импульс. Записать сигналы на выходах в строке 5 табл. 35.

УКАЗАНИЕ: Чтобы триггер переключался правильно, подача уровня сигнала на вход D должна опережать положительный фронт () короткого тактового импульса на входеС.

Таблица 35

Режим работы D- триггера		Вход						Выход
					C	D	Q
Асинхронный режим	Загрузка 1 (установка)	0	1		х	х
	Загрузка 0 (сброс)	1	0		х	х
	Неопределенность	0	0		х	х
Загрузка с входа D	Загрузка 1 (установка)	1	1			1
	Загрузка 0 (сброс)	1	1			0

10 Исследование счетчика импульсов (рис.124ж).

Исследуемый счетчик импульсов (микросхема К155ИЕ5) представляет собой двоичный четырехразрядный счетчик. Он имеет:

– счетный вход С для подачи импульсов напряжения;

– вход сброса R;

– четыре входа Y1, Y2, Y3, Y4, соответствующих четырем разрядам двоичного счетчика:

.

При исследовании работы счетчика сначала установить нулевые уровни сигналов на всех выходах. Для этого следует нажать кнопку на входе R.

Затем подать на счетный вход С первый импульс напряжения (1). Для этого надо нажать кнопку К_Н1 и через несколько секунд отпустить ее. Записать уровни сигналов (1, 0) на выходах счетчика в табл. 36.

Подать на вход С второй импульс и вновь записать в таблицу состояния выходов счетчика и так далее, включая 15-й импульс.

Проверить работу счетчика в динамическом режиме. Для этого подключить источник прямоугольных импульсов напряжения к входу С (тумблер SA6 в положении «Вкл.»). Подключая осциллограф к выходам Y1, Y2, Y3, Y4, зарисовать форму выходных сигналов. Попытаться объяснить характер их изменения.

Таблица 36

Обозначение двоичного числа на выходе регистра	Уровни напряжения на выходах Y1, Y2, Y3, Y4 регистра после n–го импульса на входе (n = 0, 1, 2, … , 15)
	n = 0	n = 1	n = 2	n = 3 …	n = 15
Y1 ÷ 2^0	0
Y2 ÷ 2^1	0
Y3 ÷ 2^2	0
Y4 ÷ 2^3	0
Двоичное число на выходе регистра после n-го импульса на входе	0000	0001
Десятичное число на выходе регистра после n-го импульса на входе	0	1

11 Исследование регистра (рис. 124и).

Исследуется четырехразрядный регистр, выполненный на микросхеме К155ИР1. Регистр работает в режиме параллельной загрузки сигналов. На

схеме (рис. 124и) входы и выходы имеют следующие обозначения:

– Х1, Х2, Х3, Х4 – входы для подачи сигналов разрядов двоичного числа при параллельной загрузке; Х1 – разряд 2⁰, Х2 – 2¹, Х3 – 2², Х4 – 2³;

– Х5 – вход разрешения параллельной загрузки ();

– Х6 – тактовый вход;

– Y1, Y2, Y3, Y4 – входы, соответствующие разрядам двоичного числа, Y1 – низший разряд 2⁰.

Установить на выходах Y1…Y4 нулевые уровни сигналов, т.е. реализовать «сброс». С этой целью подать на вход Х6 сигнал 1 – нажать кнопку на входе Х6.

Режим параллельной загрузки регистра реализуется при подаче на вход Х5 сигнала 1 – в исходном состоянии регистра светится индикатор на входе Х5.

Ввод двоичного числа с параллельных входов разрядов Х1... Х4 осуществляется следующим образом:

– подать сигнал 1 на те входы Х1...Х4, которым соответствуют значения 1 разрядов двоичного числа. Для этого следует нажать (и не отпускать) кнопки на указанных входах Х1...Х4;

– при одновременном действии сигнала 1 на всех указанных входах Х1...Х4 подать короткий тактовый импульс на вход Х6. Для этого при нажатых кнопках на входах Х1...Х4 кратковременно нажать и отпустить кнопку на входе Х6. После чего отпустить кнопки на входах Х1...Х4;

– по окончании ввода числа в регистр светятся индикаторы на тех выходах разрядов Y1…Y4, на входы которых (Х1...Х4) подавался сигнал 1;

– комбинация выходных сигналов Y1…Y4 не изменяется после отпускания всех кнопок.

Ввести в регистр двоичное число 0111. С этой целью на входы регистра подать сигналы, указанные в таблице. Нажать кнопки Х1, Х2, Х3 и не отпускать их до окончания тактового импульса, который подается нажатием кнопки Х6. Наблюдаемые уровни сигналов на выходах Y1…Y4 занести в табл. 37.

Таблица 37

Вход					Выход
Х1	Х2	Х3	Х4	Y1		Y2	Y3	Y4
1	1	1	0