Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Praktikum_OME_2015.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
1.36 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБЛАСТНОЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Москва 2015

ЕМЕЛЬЯНОВ В.А. Лабораторный практикум. Электроника – М.: МГОУ,

2015. – 47 c.

Данное пособие предназначено для студентов физико-математического факультета МГОУ и призвано помочь в освоении курса «Оснвы микроэлектроники».

Пособие содержит описания лабораторного практикума, включая краткую теорию, методические указания по выполнению лабораторных работ, контрольные вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ, а также программу курса.

Составитель:

Емельянов В.А., канд. физ.-мат. наук, доц.

Рецензент

Богданов Д.Л., д-р физ.-мат. наук, проф.

2

Программа

Тема 1. Математические основы цифровой электроники. Виды сигналов. Информация. Позиционные системы счисления. Элементы алгебры логики. Таблица истинности.

Тема 2. Логические элементы цифровых устройств. Общие сведения о логических элементах. Основные логические элементы.

Тема 3. Базовые логические элементы. Транзисторный ключ. Базовый элемент ТТЛ. Базовый элемент на КМДП структурах. Цифровые интегральные схемы.

Тема 4. Цифровые устройства последовательностного типа.

Классификация триггеров. Асинхронный RS-триггер. Тактируемый RSтриггер. D-триггеры. T-триггер.

Тема 5. Основные операционные элементы. Регистры.

Последовательный регистр. Параллельный регистр. Универсальный регистр. Шифратор. Дешифратор. Дешифратор для управления семисегментным индикатором. Мультиплексор. Демультиплексор. Счетчики. Кольцевой счетчик Асинхронный (последовательный) двоичный счетчик. Счетчики с произвольным коэффициентом счета. Счетчик с предварительной установкой. Полусумматор. Двоичный сумматор. Схемы вычитания. Цифровой компаратор. Арифметическо-логические узлы.

Тема 6. Основные устройства цифровой техники. Интерфейс.

Последовательный и параллельный интерфейс. Запоминающие устройства цифровой техники. Операционный усилитель. Компаратор напряжения. Аналоговые ключи коммутаторы. Цифро-аналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи.

ЛИТЕРАТУРА

а) основная литература:

1.Лачин В.И. Электроника. – Ростов-на-дону.: Феникс, 2010.

2.Касаткин А.С. Электротехника. - М.: Академия, 2008.

б) дополнительная литература:

1.Евсюков А.А. Электротехника. - М.: Просвещение, 1979.

2.Немцов М.В. Электротехника. - Ростов-на-дону.: Феникс, 2007.

3.Борисов Ю.М. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

4.Иванов И.И. Электротехника. - М.: Высш. шк., 1984

5.Гершензон Е.М. Радиотехника. – М: Просвещение, 1986.

6.Ямпольский В.С. Основы автоматики и электронно-вычислительной

техники. М.: Просвещение 1991.

7. Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1989.

3

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по курсу «Электрорадиотехника и электроника».

На передней (наклонной) панели стенда установлены разъем X1, тумблеры (SA1 – SA5) и кнопки (SB1 – SB3) ввода информации и задания режимов работы, исследуемых устройств, а так же светодиодный дисплей. Разъем X1 предназначен для подключения сменных плат с исследуемыми устройствами.

Переключатели SA1 – SA4, SB2 и SB3 предназначены для подачи логических сигналов с уровнями «0» (соответствующий вывод замкнут на общий провод) или «1» (вывод – на +5В). Тумблер SA5 подключается всеми своими выводами к разъему и поэтому может использоваться в качестве переключателя «двух сигналов в одну линию» или, наоборот, «одного сигнала на два направления». Кнопка SB1 подключена к схеме защиты от «дребезга» на триггере. С помощью этой кнопки формируется одиночный импульс с крутыми фронтами, необходимый для нормальной работы исследуемых триггеров, регистров и счетчиков. При нажатии SB1 на соответствующем контакте разъема X1 появляется логический 0, а при отпускании – логическая 1. Этот блок на схемах как формирователь одиночного импульса (F).

Светодиодный дисплей служит для индикации режимов работы, а также входной и выходной информации исследуемых устройств. Дисплей состоит из девяти светодиодов HL1 – HL9, позволяющих индицировать в 9 разрядах уровни логической «1» (светодиод светится) и логического «0» (не светится), и семисегментного индикатора HG1 для индикации числа в десятичном или шестнадцатеричном кодах.

4

Лабораторная работа №1 Исследование основных логических элементов

и простейших комбинационных устройств

Цель работы. Исследовать основные логические элементы и

простейшие комбинационные устройства.

Краткая теория. Логические устройства делят на комбинационные устройства и последовательные устройства (цифровые автоматы). В

комбинационных устройствах состояние на выходе в данный момент времени однозначно определяется состояниями на входах в тот же момент времени. Комбинационными устройствами, например, являются логические элементы И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. В цифровом автомате состояние на выходе определяется не только состояниями на входах в данный момент времени, но и предыдущим состоянием системы. К цифровым автоматам относятся триггеры.

Логическими элементами называются элементы, выполняющие логические операции И, ИЛИ, НЕ и комбинации этих операций. Указанные логические операции реализуются с помощью электронных схем. Электронные логические элементы входят в состав микросхем. Имея в распоряжении логические элементы И, ИЛИ, НЕ, можно сконструировать цифровое электронное устройство любой сложности.

Логические элементы могут работать в режимах положительной и отрицательной логики. Для электронных логических элементов в режиме положительной логики логической единице соответствует высокий уровень напряжения, а логическому нулю - низкий уровень напряжения. В режиме отрицательной логики логической единице соответствует низкий уровень напряжения, а логическому нулю - высокий.

Логические элементы, реализующие для режима положительной логики операцию И, для режима отрицательной логики выполняют операцию ИЛИ, и наоборот. Так, например, микросхема, реализующая для положительной логики функции элемента И-НЕ, будет выполнять для отрицательной логики функции элемента ИЛИ-НЕ.

На принципиальной схеме логический элемент изображают прямоугольником, внутри которого ставится изображение указателя функции. Линии с левой стороны прямоугольника показывают входы, с правой – выходы элемента. Если вход обозначен окружностью, то это значит, что функция выполняется для сигнала низкого уровня (отрицательная логика). Если окружностью обозначен выход, то элемент производит логическое отрицание (инверсию) результата операции, указанной внутри прямоугольника.

Как правило, паспортное обозначение логического элемента соответствует функции, реализуемой "положительной логикой". Логические элементы И, ИЛИ, НЕ имеют один выход, число входов логических элементов И, ИЛИ может быть любым начиная с двух. Логические элементы И и ИЛИ, выпускаемые в составе микросхем, обычно имеют 2, 3, 4, 8 входов.

5

Логический элемент И (рис. 1) выполняет операцию логического умножения (конъюнкцию). Такую операцию обозначают символом /\ или значком умножения (·). Функция Y=X1·X2 принимает значение логической 1 только при равенстве 1 всех входных переменных. Если хотя бы одна переменная равна 0, то и выходная функция равна 0.

Наиболее наглядно логическая функция характеризуется таблицей, называемой таблицей истинности, в строках которой каждой комбинации входных переменных X соответствует значение выходной переменной Y. Количество комбинаций составляет 2n, где n – число аргументов. (Табл. 1)

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

Y=X1·X2

X1

X2

Y

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

Рис. 1

1

1

1

 

 

 

 

Логический элемент ИЛИ (рис. 2) выполняет операцию логического сложения (дизъюнкцию). Обозначают эту операцию символом \/ или знаком сложения (+). Функция Y=X1\/X2 принимает значение логической 1, если хотя бы одна переменная равна 1. (Табл. 2).

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

Y=X1\/X2

X1

X2

Y

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

Рис. 2

1

1

1

 

 

 

 

6

Логический элемент НЕ (инвертор) выполняет операцию логического отрицания (инверсию). При логическом отрицании значение выходной функции противоположно входной переменной (Табл. 3). Эту операцию обозначают Х .

Y= Х

Рис. 3

Таблица 3

 

 

 

X1

Y

 

 

0

1

 

 

1

0

 

 

Кроме указанных выше логических элементов, на практике широко используются элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ.

Логический элемент И-НЕ (рис. 4) выполняет операцию логического умножения над входными переменными, а затем инвертирует полученный результат и выдаёт его на выход.

Таблица 4

Y X1 X2

X1

X2

Y

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

Рис. 4

1

1

0

 

 

 

 

Логический элемент ИЛИ-НЕ (рис. 5) выполняет операцию логического сложения над входными переменными, а затем инвертирует полученный результат и выдаёт его на выход.

Таблица 5

 

 

 

X1

X2

Y

Y X1 X2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

Рис. 5

1

1

0

 

 

 

 

 

 

7

Логический элемент Исключающее ИЛИ представлен на рис. 6.

Логическая функция Исключающее ИЛИ (функция «неравнозначность» или

 

 

 

 

 

 

 

 

сумма по модулю два) записывается в виде

Y X1 X2 X1 X2 X1 X2 и

принимает значение 1 при X1≠X2, и значение 0 при X1=X2=0 или X1=X2=1

(Табл. 6).

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y=X1 X2

X1

 

X2

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6

1

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Любой из выше перечисленных элементов можно заменить устройством, собранным только из базовых двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ или И-НЕ. Например: операция НЕ (рис. 7, а) Y X при X1 = X2 = X; операция И (рис.

7, б) Y Y1 X1 X2 X1 X2 .

Рис. 7

Интегральные логические элементы выпускаются в стандартных корпусах с 14 или 16 выводами. Один вывод используется для подключения источника питания, еще один является общим для источников сигналов и питания. Оставшиеся 12 (14) выводов используют как входы и выходы логических элементов. В одном корпусе может находится несколько самостоятельных логических элементов.

На рисунке 8 показаны условные графические обозначения и цоколевка (нумерация выводов) используемых в лабораторной работе микросхем.

8

К155ЛЕ1

К155ЛА3

К155ЛП5

Выполнение работы. Работа проводится на плате П1 с технологическими картами I-1 – I-9. На этих картах изображены принципиальные схемы исследуемых устройств в виде соединений логических элементов, выполняющих какие-то логические функции. Логические элементы и устройства, расположенные на плате П1 исследуются при подаче на их входы логических сигналов (0 или 1) от тумблеров SA1 – SA5. Уровень сигнала определяется по положению подвижного контакта (вверху - 1, внизу - 0), Уровень выходного сигнала – по свечению индикаторов HL1 – HL2 (светится – 1, не светится – 0).

Задание.

1.Последовательно используя технологические карты, исследовать работу изучаемых устройств. Комбинации входных сигналов набирать с помощью тумблеров.

2.По результатам исследований составить таблицы истинности для каждого устройства.

3.Перерисовать схемы с технологических карт в тетрадь. Определить тип каждого элемента и поставить соответствующее обозначение, а также знак инверсии там, где это нужно.

4.Используя полученные таблицы истинности и схемы, определить логическую функцию и записать ее через операции И, ИЛИ и НЕ.

Карта

I-1

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

 

 

 

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

9

Карта

I-2

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

 

 

 

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

Карта

I-3

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

 

 

 

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

Карта

I-4

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

10

Карта

I-5

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

Карта

I-6

 

 

 

 

X1

X2

Y

(SA1)

(SA2)

(HL1)

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

 

 

Карта

I-7

 

 

 

 

 

 

X1

X2

X3

Y

(SA1)

(SA2)

(SA3)

(HL1)

 

 

 

 

0

0

0

 

0

0

1

 

0

1

0

 

0

1

1

 

1

0

0

 

1

0

1

 

1

1

0

 

1

1

1

 

 

 

 

 

11

Карта

I-8

 

 

 

 

 

 

 

 

X1

X2

Z1

Z2

Y

(SA1)

(SA4)

(SA2)

(SA5)

(HL1)

 

 

 

 

 

 

16

строк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Карта

I-9

 

 

 

 

 

 

X1

X2

Y1

Y2

(SA1)

(SA2)

(HL2)

(HL1)

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы.

1.Что называется логическим элементом?

2.Чем различаются положительная и отрицательная логики?

3.Что называется таблицей истинности?

4.Каким символом обозначают логическое умножение?

5.Как на схемах изображают логический элемент И?

6.При каких входных переменных на выходе логического элемента И формируется логическая 1?

7.Каким символом обозначают логическое сложение?

8.Как на схемах изображают логический элемент ИЛИ?

12

9.При каких входных переменных на выходе логического элемента ИЛИ формируется логическая 1?

10.Как на схемах изображают логический элемент НЕ?

11.Как на схемах изображают логический элемент И-НЕ?

12.При каких входных переменных на выходе логического элемента И- НЕ формируется логическая 1?

13.Как на схемах изображают логический элемент ИЛИ-НЕ?

14.При каких входных переменных на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ формируется логическая 1?

15.Как на схемах изображают логический элемент Исключающее ИЛИ?

16.При каких входных переменных на выходе логического элемента Исключающее ИЛИ формируется логическая 1?

17.Как из элемента ИЛИ-НЕ получить элемент НЕ?

18.Как из элемента И-НЕ получить элемент НЕ?

13

Лабораторная работа №2 Исследование триггеров RS, D и Т типов

Цель работы. Исследовать устройство и принцип действия триггеров

RS, D и Т типов.

Краткая теория. Триггер - это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется. Эта особенность позволяет использовать триггеры для записи и хранения 1 бита информации.

По способу записи информации триггеры делят на асинхронные и синхронизируемые (тактируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непрерывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер только в момент действия, так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триггер называют синхронизируемым

или тактируемым.

Как правило, триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный

Q

.Число

 

входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. В цифровой технике приняты следующие обозначения входов триггеров:

S - раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);

R - раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);

D - информационный вход (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер);

C - вход синхронизации; Т - счетный вход.

Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RSтриггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер.

Асинхронный RS-триггер. RS-триггер имеет два входа: S (S – Set –

установка) и R (R – Reset – сброс). В зависимости от логической структуры различают RS-триггеры с прямыми и инверсными входами. Их схемы и условные обозначения приведены на рисунке 1. Триггеры такого типа построены на двух логических элементах: 2ИЛИ-НЕ - триггер с прямыми входами (а), 2И-НЕ - триггер с инверсными входами (б). Выход каждого из элементов подключен к одному из входов другого элемента.

Уровень входного сигнала, однозначно определяющий логический уровень выходного сигнала триггера называется активным уровнем. Для элементов ИЛИ-НЕ за активный уровень принимают высокий уровень, а для элементов И-НЕ – низкий уровень. Уровни, подача которых на один из входов не приводит к изменению логического уровня на выходе элемента,

называют пассивным.

14

Рис. 1

(

Q

Для триггера с прямыми входами при S=1 и R=0 (режим записи 1); Q=0 =1) при S = 0 и R = 1 (режим записи 0); при S=R=0 триггер сохраняет

предыдущее состояние (режим хранения информации). При S=R=1 состояние триггера будет неопределенным, так как во время действия информационных

сигналов логические уровни на выходах триггера одинаковы (Q=

Q

=0), а

после окончания их действия триггер может равновероятно принять любое из устойчивых состояний. Поэтому такая комбинация является запрещенной.

Для триггера с инверсными входами Q=1 ( Q =0) при S =0, R =1 (режим записи логической 1); Q=0 ( Q =1) при S =1, R =0 ( режим записи логического

0); при

S

= R =1 обеспечивается хранение информации. Комбинация

S

= R =0

 

 

является запрещенной.

Недостатками RS-триггера являются: наличие запрещенной комбинации входных сигналов, подача информации по двум отдельным цепям (R, S), низкая помехоустойчивость.

Синхронный D-триггер. D-триггер (от английского Delay - задержка) имеет информационный вход D (D – Data – данные) и тактируемый вход С (С

– Clock – тактовая последовательность).

Синхронные D-триггеры могут быть с потенциальным (статический D- триггер) и динамическим (динамический D-триггер) управлением.

В статический D-триггер информация записывается в течение времени, при котором уровень сигнала С=1. В динамический D-триггер информация записывается только в течение перепада напряжения на входе синхронизации.

Динамические входы изображают на схемах треугольником (рис. 3,б). Если вершина треугольника обращена в сторону микросхемы, то триггер срабатывает по фронту входного импульса, если от нее - по срезу. Еще в схемах встречаются следующие обозначения: / (по фронту) и \ (по срезу).

Одна из возможных структурных схем статического D-триггера и его условное обозначение показаны на рисунке 2.

15

Рис. 2

Если уровень сигнала на входе C= 0, состояние триггера устойчиво и не зависит от уровня сигнала на информационном входе. При этом на входы RS - триггера с инверсными входами (элементы 3 и 4) поступают пассивные

уровни (

S

= R =1). При подаче на вход синхронизации уровня С=1

 

 

информация на прямом выходе будет повторять информацию, подаваемую на вход D.

D-триггер с динамическим управлением, тактируемый фронтом тактового импульса, можно выполнить из двух статических D-триггеров по схеме, показанной на рис. 3,а.

Рис. 3

При С=0 первый триггер повторяет сигнал D, но второй триггер защелкнут (находится в режиме хранения). При переходе к С=1 первый триггер защелкивает на своем выходе информацию со входа D, а второй повторяет ее на своем выходе. Таким образом, рассмотренная схема по фронту тактового импульса защелкивает на своем выходе уровень сигнала с входа D и сохраняет его до следующего фронта. Триггеры с динамическим управлением необходимы для построения счетчиков и регистров сдвига.

16

На рисунке 3,б изображены временные диаграммы тактируемого D- триггера. В таком триггере происходит задержка сигнала на выходе по отношению к сигналу, поданному на вход на время паузы между синхросигналами. Для устойчивой работы триггера необходимо, чтобы в течение синхроимпульса информация на входе была неизменной.

Рис. 4

Счетный Т-триггер (рис. 4, а). Его называют также триггером со

счетным входом. Он имеет один управляющий вход Т и два выхода Q и

Q

.

 

Информация на выходе такого триггера меняется на противоположную при каждом положительном (или при каждом отрицательном) перепаде напряжения на входе. Триггер такого типа может быть создан на базе тактируемого D-триггера, если его инверсный выход соединить с информационным входом (рис 4,б). Как видно из диаграммы на рис. 4,в, частота сигнала на выходе Т-триггера в два раза ниже частоты сигнала на входе, поэтому такой триггер можно использовать как делитель частоты и двоичный счетчик.

Выполнение работы. Работа выполняется на плате П2 с технологическими картами II-1, II-2, II-4 и II-7. Карта II-1 позволяет провести исследования RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ. Для этого триггера активным входным уровнем является логическая 1. Уровни входных сигналов задаются кнопками SB2 и SB3, индицируются светодиодами HL1 и HL2. Уровни выходных сигналов индицируются светодиодами HL3 и HL4.

С помощью карты II-2 исследуется RS-триггер на элементах И-НЕ. Для него активным входным уровнем является логический 0. Уровень входных сигналов индицируется в инверсном коде (через инверторы D2.1 и D2.3) светодиодами HL1 и HL2. То есть при входном сигнале Х1 (или Х2) равном логическому 0, светодиод HL1 (или HL2) горит. При не нажатых кнопках SB2 и SB3 триггер находится в режиме хранения информации.

17

Рис. 5. Схема к карте II-1.

Рис. 6 Схема к карте II-2.

Рис.7. Схема к карте II-4.

Рис.8. Схема к карте II-7.

Карта II-4 предназначена для исследования тактируемого D-триггера. Уровень сигнала на D-входе определяется по положению тумблера SA1 (вверх – 1, вниз – 0). При нажатой кнопке SB1 на С-входе низкий уровень, при не нажатой – высокий.

Карта II-7 позволяет исследовать счетный Т-триггер. Для этого необходимо на плате с помощью проводка инверсный выход Y1 D-триггера соединить с D-входом (Х2).

18

Задание.

1. Исследовать RS-триггера с прямыми входами (рис. 5). Подавая на входы триггера различные наборы логических переменных согласно таблице 1, заполнить ее. Постройте экспериментальные диаграммы S = f(t), R = f(t) и

Q = f(t)

Q

= f(t) (рис. 9).

Таблица 1.

R

S

Q

(SB2)

(SB3)

(HL3)

0

0

 

0 1

00

10

00

11

00

Q

Режим работы

(HL4)

 

 

 

Рис. 9

2. Исследовать RS-триггера с инверсными входами (рис. 6). Подавая на входы триггера различные наборы логических переменных согласно таблице 2, заполнить ее. Постройте экспериментальные диаграммы

S = f(t), R = f(t) и Q = f(t) Q = f(t) (рис. 10).

19

Таблица 2.

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

S

R

Q

Режим работы

(SB2)

(SB3)

(HL3)

(HL4)

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10

3. Исследовать синхронного D-триггера (рис. 7). Подавая на входы D и C схемы триггера, изменяющиеся во времени согласно их диаграммам (рис. 11), логические сигналы, постройте экспериментальную диаграмму Q = f(t), синхронную с диаграммами С = f(t) и D = f(t).

20

Рис. 11

4. Исследовать Т-триггер (рис. 8). Подавая на вход С периодическую последовательность импульсов, нарисуйте временные диаграммы С = f(t) и Q = f(t), (рис. 12 ).

Рис.12

Контрольные вопросы.

1.Что называется триггером?

2.Какие триггеры называются асинхронными, а какие синхронными?

3.Какие выходы бывают у триггеров, как их обозначают?

4. Какими символами обозначаются входы триггеров и что эти символы означают?

5. Опишите схему RS-триггера с прямыми входами.

6. Каким будет состояние RS-триггера на элементах ИЛИ-НЕ при R=0 и

S=1? При R=1 и S=0?

7. Каким будет состояние RS-триггера на элементах И–НЕ при R=0 и

S=1? При R=1 и S=0?

8. Начертите схему D-триггера и объясните при каких входных уровнях триггер будет оставаться в режиме хранения информации?

9.Что такое динамический триггер?

10.Как обозначают вход синхронизации (С) динамического триггера, переключающегося по переднему и заднему фронтам синхроимпульса?

11. Какой логический уровень установится на инверсном выходе D- триггера при D=1 и С=1?

12. Как получить Т-триггер, имея в наличии D-триггер?

21

Лабораторная работа №3 Исследование параллельного и последовательного регистров

Цель работы. Исследовать устройство и принцип действия параллельного и последовательного регистров.

Краткая теория. Регистрами называются устройства, выполняющие функции приема, хранения, и передачи информации. Информация в регистре хранится в виде двоичного кода. Каждому разряду двоичного кода, записываемому в регистр, соответствует свой разряд регистра. Обычно регистры выполняются на триггерах. Триггер с номером i является i-м разрядом регистра и представляет i-й разряд двоичного слова хn,… х2, х1, где хi (i = 1, 2, 3,..., n) – двоичное значение переменной данного разряда, равное 0 или 1.

Основными типами регистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие).

В параллельном регистре на тактируемых D –триггерах (рис. 1) код запоминаемого числа подается на информационные входы всех триггеров и записывается в регистр с приходом тактового импульса. Выходная информация изменяется с подачей нового кода и приходом следующего импульса записи. Такие регистры используются в системах оперативной памяти. Число триггеров в них равно максимальной разрядности хранимых слов.

Рис. 1

Схема последовательного регистра и временная диаграмма,

иллюстрирующая его работу, приведены на рис. 2. Запись двоичного кода начинается со старшего разряда. По приходу тактового импульса С первый триггер записывает код X (0 или 1), находящийся в этот момент на его входе D, а каждый следующий триггер переключается в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Так происходит потому, что записываемый сигнал проходит со входа D триггера к выходу Q с задержкой, большей длительности фронта тактового импульса (в течение которого происходит

22

запись). Каждый тактовый импульс последовательно сдвигает код числа в регистре на один разряд. Поэтому для записи n-разрядного кода требуется n тактов. На диаграмме видно, что четырёх разрядное число 1011 было записано в соответствующие разряды регистра (1-Q4, 0-Q3, 1-Q2, 1-Q1) после прихода четвёртого тактового импульса. До прихода следующего тактового импульса это число хранится в регистре в виде параллельного кода на выходах Q4 - Q1. Таким образом, после четвёртого тактового импульса с выходов Q4 - Q1 можно получить информацию в виде параллельного кода – режим параллельного считывания. Если необходимо получить последовательную информацию в последовательном коде, то её снимают с выхода Q4 в момент прихода следующих четырёх импульсов (5 – 8) такой режим называется режимом последовательного считывания.

Рис. 2

Очень удобны универсальные регистры, позволяющие производить как последовательную, так и параллельную запись и считывание. Такие регистры можно использовать в качестве преобразователя параллельного кода в последовательный и обратно. Например, микросхема К155ИР1 - четырёх разрядный универсальный сдвиговый регистр рисунок 3. Регистр работает в режиме сдвига по тактовым импульсам, поступающим на вход С1, если на

23

входе V имеется напряжение низкого уровня. Вход D0 служит для ввода информации в первый разряд регистра в этом режиме. Если же на входе V напряжение высокого уровня, то регистр производит параллельную запись информации со входов D1-D4 по импульсам синхронизации, поступающим на вход С2.

Рис. 3

Выполнение работы. Работа выполняется на плате П3 с технологическими картами III-1, III-2. Карта III-1 (рис. 4) предназначена для исследования последовательного четырех разрядного регистра. Универсальный регистр К155ИР1 (D1) переводится в последовательный режим при сигнале управления V=0, поэтому при работе с этой картой тумблер SA5 должен находится в положении «0». Входная информация подается кнопкой SB2 (без индикации). Кнопка «отпущена» - D=1, кнопка «нажата» - D=0.

Рис. 4. Схема к карте III-1.

Карта III-2 (рис. 5) позволяет исследовать работу К155ИР1 в режиме параллельного регистра, для этого необходимо тумблер SA5 перевести в положение «1» (V=1). Входная информация задается тумблерами SA1 – SA4

24

и индицируется светодиодами HL1 – HL4. Выходная информация индицируется светодиодами HL5 – HL8.

Синхронизирующие импульсы задаются кнопкой SB1.

Рис. 5. Схема к карте III-2.

Задание.

1. Исследовать последовательный регистр. Записать в регистр двоичные коды чисел указанных преподавателем. Постройте экспериментальные диаграммы С=f(t), D=f(t), Q1=f(t), Q2=f(t), Q3=f(t), Q4=f(t) (рис. 6).

Рис. 6 2. Исследовать параллельный регистр. Записать в регистр двоичные

коды чисел указанных преподавателем. Постройте экспериментальные

25

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]