АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электроники и компьютерных технологий

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов всех форм обучения специальности  050702

- Автоматизация и управление)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

СОСТАВИТЕЛЬ: Т.М. Жолшараева. Электроника.

Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление). – Алматы: АИЭС, 2005. –  45с.

 

 

 

 

Методические указания содержат описания лабораторных работ, выполняемых с помощью системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench: синтез комбинационных логических схем, исследование дешифраторов, триггеров и счетчиков.

Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление и могут быть использованы студентами всех специальностей факультета РТ и С..

Ил.35, табл.16, библиогр. –  3 назв.

 

 

 

 

Рецензент: – канд. техн. наук, профессор Б.Д. Хисаров.

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

  © Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………....4

1 Краткие сведения о программе  Electronics Workbench……………………….5

2 Лабораторная работа №1 Синтез комбинационных логических  схем……..12

3 Лабораторная работа № 2 Исследование работы дешифраторов…………...22

4 Лабораторная работа  № 3 Исследование работы триггеров………….……..31

5 Лабораторная работа  № 4   Исследование работы  счетчиков……………...38   Список литературы……………………………………………………………….44

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Данные методические указания посвящены выполнению лабораторных работ, выполняемых с помощью схемотехнического моделирования Electronics Workbench, и являются второй частью лабораторных занятий  курса «Электроника», предназначенных для студентов, обучающихся по специальности 050702 – Автоматизация и управление.

Рассматриваются с помощью схемотехнического моделирования цифровых радиоэлектронных устройств лабораторные работы по исследованию логических элементов, синтезу комбинационных логических схем, исследованию дешифраторов, триггеров и счетчиков.

Основная цель лабораторных работ  - закрепление теоретических знаний о принципе действия указанных устройств и приобретение навыков их моделирования. Выполнение  лабораторной работы состоит из трех этапов: выполнение предварительного задания при подготовке к занятиям,  выполнение рабочего задания на занятиях, подготовка отчета и защита проделанной работы.

Предварительное задание состоит из проработки теоретического материала по данной теме и подготовки ответов на контрольные вопросы.

Рабочее задание предусматривает сборку электронной схемы, изучение принципа работы цифрового устройства, заполнение таблицы истинности и построение временных диаграмм.

Отчет по проделанной работе должен содержать:

– цель и задание работы;

– справочные данные исследуемых микросхем;

– исследуемые принципиальные схемы;

– таблицы;

– временные диаграммы;

– выводы по проделанной работе.

Выполненная работа и оформленный отчет защищается у преподавателя.

 

 

1 Краткие сведения о программе  Electronics Workbench

Интерфейс программы Electronics Workbench (EWB)

Программа Electronics Workbench имитирует реальное рабочее место исследователя – радиоэлектронную лабораторию, оборудованную измерительными приборами, работающими  в реальном масштабе времени.

С помощью программы можно создавать, моделировать и исследовать простые и сложные электронные устройства.


Главное окно программы показано на рисунке 1.1. Программа имеет стандартный оконный интерфейс пользователя.

 


Рисунок 1.1

Окно меню команд находится в верхней части главного окна программы. Работа с программой, как правило, начинается с выбора пункта меню File и с загрузки из папки примеров (...\Samples) одного из файлов, с описанием схемы типового радиоэлектронного устройства. Например, на рисунке 1.1 показана схема УНЧ (файл с10_010).

Окно схемы занимает центральную основную область окна программы. В этом окне, используя радиоэлементы и соединительные провода, создают и редактируют электрические цепи. В этом окне на рисунке 1.1 изображена схема УНЧ на транзисторе с подключенным осциллографом и функциональным генератором.

Окно значков (иконок) располагается выше окна схемы. Оно включает две линейки. Верхняя линейка значков дублирует команды меню. Вторая линейка иконок, располагающаяся непосредственно над окном схемы, используется для выбора радиоэлементов и измерительных приборов, подключаемых к цепи. На рисунке 1.1 показано окно выбора элементов – транзисторов (Transistors).

Значок активации и остановки расчета схемы (Activate/Stop), а  также значок паузы (Pause) располагаются в правом верхнем углу окна программы. Иконка Activate/Stop изображена в виде выключателя с цифрами 0 и 1. Причем, не рекомендуется длительное время держать схему в активированном состоянии. При этом в процессе интенсивной обработки данных и решении уравнений может накопиться большая ошибка в вычислениях, что в свою очередь может вызвать аварийное завершение работы программы моделирования.

Особенность программы EWB – для построения и исследования цепи интенсивно используется мышь компьютера. Клавиатура используется для набора текста, ввода чисел и для быстрого вызова команд. Работа с программой EWB включает три основных этапа: создание схемы, выбор и подключение измерительных приборов и, наконец, активация схемы - расчет процессов, протекающих в исследуемом устройстве.

 

1.2 Создание схемы

При проектировании схемы большинство действий выполняется с использованием левой кнопки мыши. Правая кнопка мыши используется для вызова контекстного меню свойств элементов или измерительных приборов.

Для создания цепи необходимо произвести следующие действия:

-                     найти и выбрать необходимые радиоэлементы;

-                     разместить элементы на рабочем пространстве окна схемы;

-                     соединить элементы проводами;

-                     установить значение параметров элементов.

Поиск и выбор радиоэлементов производится с помощью мыши и второй линейки значков. Для уменьшения ошибок при выборе радиоэлементов рекомендуется пользоваться контекстной помощью и кратким описанием элемента. Наиболее часто встречаются ошибки при выборе источников (источник тока используют вместо источника напряжения и наоборот), при выборе типа транзисторов и.т.п.

В состав схемы обязательно включается корпус (заземление). Без этого элемента правильный расчет схемы не гарантируется.

Программа EWB содержит большую элементную базу данных. В ней содержатся наиболее часто используемые радиоэлементы: резисторы, конденсаторы, катушки, источники тока и напряжения и.т.д.

Размещение элементов в окне схемы осуществляется мышью. Выбранный элемент «захватывается» и «устанавливается» в нужное место окна схем при нажатой левой клавиши мыши. Для вращения элемента используются иконки на первой линейке значков или соответствующие пункты контекстного меню, или меню Circuit. Все элементы в окне схем должны быть размещены без пересечений и наложений. Перемещение элемента на новое место производится новым «захватыванием» и передвижением при нажатии левой клавиши мыши.

Соединение выводов всех элементов друг с другом осуществляется только проводами. Не допускается наложение выводов элементов друг на друга -  при этом соединение не устанавливается. Для создания проводника выделяют узел первого элемента, начинают движение мышкой в выбранном направлении и  появившийся провод при нажатой левой клавиши мыши помещают на узел второго элемента. Только после этого спокойно без рывков отпускают левую клавишу мыши. Подключить проводник можно только с четырех сторон узла: сверху, снизу, справа и слева. Соединительные проводники можно, захватывая мышью, переместить на новое место. Выделяя провод и нажимая правую кнопку мыши, можно установить новый цвет соединительного проводника. Таким же цветом будет нарисована кривая на экране измерительного прибора при подключении прибора к схеме «окрашенным проводом». Нельзя оставлять в окне схемы элементы, не подключенные к другим элементам- неиспользуемые элементы должны быть удалены.

Установка параметров элемента осуществляется наведением курсора на элемент, нажатием правой кнопки мыши и выбором соответствующего пункта контекстного меню. Для изменения параметров можно также два раза нажать левую кнопку мыши или использовать подменю Component Properties, меню Circuit. В появившейся диалоговой панели устанавливаются параметры элемента. Для резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности используется закладка Value. Установка параметров сложных и активных элементов - диодов, транзисторов, длинных линий и.т.д. – производится выбором закладки Models и выбором пунктов меню Default и Ideal или выбором типа элемента из имеющейся библиотеки. Иногда возникает необходимость изменения библиотечных параметров элемента. Для этого используется кнопка Edit .Наиболее часто при установке параметров элементов встречается ошибка в размерности параметра: кило вместо мега, пико вместо нано и.т.д.

Уничтожение элементов и проводов производится после наведения на них курсора, нажатия правой кнопки мыши и выбора пункта меню Delete. Выделить группу элементов можно, используя мышь и операцию «вытягивания прямоугольником». Эта операция производится с нажатой левой клавишей мыши. После выделения группу элементов можно уничтожить, переместить на новое место или скопировать в буфер.

Увеличение или уменьшение изображения схемы осуществляется после выбора Zoom In или Zoom out из меню Circuit или после использования соответствующих значков на первой линейке иконок программы.

 

 

1.3 Контрольно-измерительные приборы

Значок контрольно-измерительных приборов - крайний справа на второй сверху линейке. В схему можно включить семь приборов. Из них в аналоговой схемотехнике используется 4 прибора: мультиметр, осциллограф, функциональный генератор и измеритель АЧХ и ФЧХ. При анализе цифровых устройств в схему можно дополнительно включить еще 3 прибора: генератор логических сигналов, анализатор логических сигналов и логический преобразователь. Порядок включения измерительных приборов в схему аналогичен порядку включения радиоэлементов. Узлы, к которым подключаются соединительные проводники схемы, выделены на значке прибора небольшими кружочками. Нажимая два раза левую кнопку мыши на изображении прибора, получим увеличенное окно измерительного прибора. В увеличенном окне настраиваются параметры прибора.

 

Мультиметр (Multimeter) предназначен для измерения средне квадратичных (действующих или эффективных) значений напряжения или тока, а также для измерения сопротивлений (рисунок 1.2). Выбор режима измерения осуществляется нажатием соответствующей кнопки. При этом необходимо предварительно установить тип измеряемого мультиметром сигнала: переменного или постоянного.

Рисунок 1.2

 

Для измерений постоянных и гармонических токов и напряжений кроме мультиметра можно использовать вольтметр и амперметр (рисунок 1.3).Эти приборы вызываются после нажатия на значок индикаторов (Indicators) в линейке иконок.

 

 

 


Рисунок 1.3

 


Осциллограф (Oscilloscope)(на рисунке 1.1 справа внизу) позволяет наблюдать форму двух сигналов, поступающих на два входа осциллографа: каналы А и В. Обычно канал А подключается ко входу, а канал В – к выходу исследуемого устройства.

Выбор режима АС в окне осциллографа позволяет наблюдать только переменные сигналы. При режиме  DC на экране дополнительно отображается постоянная составляющая сигнала. В режиме 0 входной зажим закорачивается на корпус. Установка в окне Y position ненулевого напряжения позволяет на соответствующую величину смещать вверх или вниз изображение кривой на экране осциллографа.

Цена деления по вертикали устанавливается в главных окошках каналов А и В в диапазоне от 10 мкВ/дел до 5 кВ/дел.

Цена деления по горизонтали (время развертки) устанавливается в окне  Time Base. Первоначально он устанавливается примерно равным периоду исследуемого процесса.

При нажатии кнопки Expand получится увеличенный размер окна осциллографа. В нем можно использовать две визирные линии, перемещаемые с помощью курсора, для измерения напряжения в двух точках оси времени.

 

Функциональный генератор (Function Generator) (на рисунке 1.1 – слева внизу)  предназначен  для генерации синусоидального, треугольного или прямоугольного сигналов.

Генератор логических сигналов (Word Generator) (рисунок 1.4)

 

Рисунок 1.4 

 

 

предназначен для создания на выходных зажимах последовательности 16-разрядных двоичных слов с заданной частотой следования (Frequency). Шестнадцатеричные значения слов устанавливаются с помощью клавиатуры в левом большом окне.

 

Анализатор логических сигналов (Logic Analyzer)(рисунок 1.5)  предназначен для индикации двоичных кодов. Для правильного воспроизведения логических  сигналов необходимо, нажимая кнопку Set, установить внутреннюю частоту прибора выше частоты генератора логических слов, а число импульсов на деление (Clock per division), равное для удобства наблюдения 1 – 3.

 

Рисунок 1.5

 

Логический преобразователь (Logic Converter) (рисунок 1.6)  предназначен для получения таблицы состояний комбинационной схемы, для преобразования таблицы истинности в логическую функцию и наоборот,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.6

 

а также для преобразования логической функции в схему устройства на логических элементах.

 

Лабораторная работа №1. Синтез комбинационных логических схем

 

2.1 Цель работы:

- ознакомление с работой логических элементов;

- приобретение навыков создания электронных схем;

-  приобретение навыков исследования электронных схем;

- приобретение навыков минимизации логических функций;

- приобретение навыков синтеза комбинационных логических схем;

- приобретение навыков построения временных диаграмм;

- приобретение навыков работы со справочной литературой по цифровым интегральным схемам.

 

2.2 Предварительное задание

2.2.1 Изучить работу логических элементов И, НЕ, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, составить таблицы истинности.  

2.2.2 По заданному варианту (YI÷YI6) из таблицы истинности (таблица 2.1.) считать и произвести минимизацию функции.

2.2.3 Осуществить синтез схемы в базисе И-НЕ.

2.2.4 Построить временные диаграммы сигналов на входах и выходе схемы.

 

Таблица 2.1.

Вар

X1

X2

X3

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y8

Y9

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

2

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

3

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

4

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

5

1

0

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

6

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

7

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

0

0

 

Y10

Y11

Y12

Y13

Y14

Y15

Y16

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

2.3 Пример синтеза комбинационной логической схемы

2.3.1 По заданной таблице 2.1 истинности написать логическое выражение в дизъюнктивной нормальной форме (ДНФ).

2.3.2 Произвести минимизацию логического выражения, используя карты Карно.

2.3.3 Привести выражение к базису И-НЕ.

2.3.4 Составить схему на логических элементах И-НЕ.

2.3.5 Построить временные диаграммы сигналов на входах и на выходе схемы.

 

Произведем  синтез схемы на примере варианта Y14.

По заданной таблице 2.1 истинности логическое выражение в ДНФ  имеет вид

.

Минимизацию осуществим с помощью карт Карно (рисунок.2.1).


Заполним единицами клетки, соответствующие минтермам.

 


Рисунок 2.1

 

Определим контура с соседними клетками, затем осуществим склеивание соседних клеток. Считаем минимизированную функцию. Она имеет вид

                  Y14 = X2 X3 +  + .                                           

Как видно из (2.1.) каждый минтерм состоит теперь из двух сомножителей.

Преобразуем (2.1.) по теореме де Моргана к базису И-НЕ

                    

Принципиальная схема, построенная по (2.2) представлена на рисунке 2.2.

 

 

 


 


Рисунок 2.2

 

Временные диаграммы сигналов для схемы рисунка 2.2 приведены на

рисунке 2.3.


 


Рисунок 2.3

 

 

 

2.4 Используемые приборы и элементы в Electronics Workbench

2.4.1 Генератор слов.

24.2 Вольтметр.

2.4.3 Логические пробники.

2.4.4 Источник напряжения +5В.

2.4.5 Источник сигнала “логическая единица”.

2.4.6 Двухпозиционные переключатели.

2.4.7 Элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

2.4.8 Логический анализатор.

2.4.9 Микросхемы серии SN74LS (аналог К555).

 

2.5 Рабочее задание

2.5.1 Исследовать логическую схему И.

2.5.2 Исследовать логическую схему И-НЕ.

2.5.3 Исследовать логическую схему ИЛИ.

2.5.4 Исследовать логическую схему ИЛИ-НЕ.

2.5.5 Исследовать логические схемы с помощью генератора слов.

2.5.6 Исследовать комбинационную логическую схему для заданного варианта задания.

2.5.7 Получить временные диаграммы для заданной схемы на логическом анализаторе.

2.5.8 Сравнить экспериментальные временные диаграммы (п.2.5.7) с теоретическими (п.2.2.4).

 

2.6 Методические указания  к выполнению работы

2.6.1  К п. 2.5.1. Исследование логической функции И:

а) задание уровней логических сигналов.

Открыть файл с12_01 или собрать схему, изображенную на рисунке 2.4.

В этой схеме два двухпозиционных переключателя [А] и [В] подают на входы логической схемы И уровни «0» (контакт пере­ключателя в нижнем положении) или «1» (контакт переключателя в верхнем положении). Включить схему. Установить переключатель [В] в нижнее положение. Измерить вольтметром напряжение на входе В UВ и определить с помощью логического пробника уровень логического сигнала. Установить переключатель [В] в верхнее положение. Определить уровень логического сигнала UВ и записать показания вольтметра.

 

 

Рисунок 2.4

Укажите, какой логический сигнал формиру­ется на выходе Y. Результаты занесите в таблицу 2.2;

 

Таблица 2.2

Ключ [А ]

Ключ [В]

UB, B

B - логический уровень

Y

В нижнем положении

UА0=0

 

 

В нижнем положении

 

 

 

В верхнем положении

 

 

 

 

б) экспериментальное получение таблицы истинности элемента И. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней сигналов А и В и для каждой комбинации зафиксируйте уровень выходного сигнала Y. Заполните таблицу истинности 2.3 логической схемы И.

 

Таблица 2.3

Входы

Выход

А

B

Y

0

0

 

0

1

 

1

0

 

1

1

 

 

По таблице 2.2 составьте аналитическое выражение функции элемента И.

 

2.6.2 К п.2.5.2. Исследование логической функции И-НЕ.

Соберите схему, изображенную на рисунке 2.5. Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробни­ков, заполните таблицу истинности логической  схемы И-НЕ.

Рисунок 2.5

 

По таблице составьте аналитическое выражение функции элемента И-НЕ.

 

2.6.3 К п.2.5.3.  Исследование логической функции ИЛИ.

 

Соберите схему рисунка 2.6

Рисунок 2.6

 

Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробников, заполните таблицу ис­тинности логической схемы ИЛИ.

По таблице составьте аналитическое выражение функции ИЛИ.

 

2.6.4 К п. 2.5.4 Исследование логической функции ИЛИ-НЕ.

Соберите схему, изображенную на рисунке 2.7.                

Рисунок 2.7

 

Включите схему. Подайте на входы схемы все возможные комбинации уровней входных сигналов и, наблюдая уровни сигналов на входах и выходе с помощью логических пробников, заполните таблицу истинности логической схемы 2ИЛИ-НЕ.

2.6.5. К п. 2.5.5. Исследование логических схем с помощью генератора слов:

а) сведения об исследуемой микросхеме.

Откройте файл с12_02 со схемой, изображенной на рисунке 2.8. Включите схему. Укажите, к каким выводам микросхемы 7400 подключается источник питания, сколько элементов 2И-НЕ содержит микросхема, сколько элементов использует­ся в данном эксперименте и как обозначены на схеме использу­емые входы и выходы. Заполните таблицу 2.4 сведений о микро­схеме;

 

 

                                    Рисунок 2.8

 

Таблица 2.4

Число элементов И-НЕ в микросхеме

 

Число исследуемых элементов 2И-НЕ

 

Обозначение выводов для подключения источника питания

 

Обозначения выходов

 

Обозначение используемого выхода

 

 

б) экспериментальное получение таблицы истинности логического элемента 2И-НЕ.

Запрограммируйте генератор слов так, чтобы на выходе гене­ратора получать последовательно следующие комбинации: 00, 01, 10, 11. Шестнадцатеричные значения слов устанавливаются с помощью клавиатуры в левом большом окне. Переведите генератор в режим пошаговой работы нажатием кнопки "Step" на увеличенном изображении генератора. Каждое нажатие кнопки "Step" вызывает пере­ход к очередному слову заданной последовательности, которое подается на выход генера­тора. Последовательно подавая на микросхему слова из заданной последовательности, за­полните таблицу истинности элемента 2И-НЕ.

2.6.6 Сравните результаты, полученные в п.2.6.2, с результатами п.2.6.5. Сделайте выводы.

 

2.6.7 К п. 2.5.6. Реализация КЛС для заданного варианта схемы

Соберите в Electronics Workbench схему на элементах И-НЕ, соответствующую вашему варианту задания. Подключите к входам схемы генератор слов, к выходу − логический пробник. Генератор слов запрограммируйте на формирование последовательности из восьми слов, соответствующих числам от 0 до 7. В пошаговом режиме, последовательно подавая на вход полученной схемы все слова последова­тельности, определите при помощи логического пробника уровень сигнала на выходе схемы. По полученным результатам заполните таблицу 2.5 истинности.

 

Таблица 2.5

X1

X2

X3

F

0

0

0

 

0

0

1

 

0

1

. 0

 

0

1

1

 

1

0

0

 

1

0

1

 

1

1

0

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

2.6.8 К п.2.5.7. Получить временные диаграммы для заданной схемы.

Подключить логический анализатор к исследуемой схеме в точках Х1, Х2, Х3, f1, f2,f 3,Y. Генератор слов запрограммировать на формирование последовательности от 0 до 7.

В пошаговом режиме, последовательно подавая на вход полученной схемы все слова последовательности, получить на экране логического анализатора временные диаграммы в указанных точках схемы. Сравнить экспериментальные временные диаграммы с теоретическими, полученными в п.2.2.4.

 

2.7 Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать:

− принципиальные схемы исследования логических элементов;

− таблицы истинности и аналитические выражения для исследованных логических схем;

− результаты минимизации булевой функции заданного варианта;

− принципиальную схему, полученную в результате синтеза минимизированной функции;

− временные диаграммы в характерных точках полученной схемы, построенные по аналитическому выражению и в EWB на логическом анализаторе. Сравнение их и  выводы;

− выводы о значимости минимизации логических функций;

− выводы о результатах сравнения  минимизации логических функций с использованием аксиом алгебры логики и метода Вейча-Карно;

− выводы о значении EWB при изучении микросхемотехники.

 

 

 

 

2.8 Контрольные вопросы

2.8.1 Что такое логическая переменная и логический сигнал? Какие значения они могут принимать?

2.8.2 Что такое логическая функция?

2.8.3 Может ли быть логическим сигналом уровень напряжения, све­чение светодиода?

2.8.4 Назовите наборы логических элементов, обладающих функциональной полнотой.

2.8.5 Основные теоремы и аксиомы алгебры логики.

2.8.6 Какой сигнал должен быть подан на неиспользуемые входы элемента 8И-НЕ, если требуется реализовать функцию 5И-НЕ?

2.8.7 Какой сигнал должен быть подан на неиспользуемый вход элемента 4ИЛИ-НЕ при реализации функции 3 ИЛИ-НЕ?

2.8.8 В вашем распоряжении имеются логические элементы 2И-НЕ. Как на их основе сделать  схему 3И? Достаточно ли 4-х элементов 2И-НЕ для выполнения этой задачи?

2.8.9 Как будет вести себя схема И, если на одном из входов, вследствие внутренней неисправности, будет постоянно присутствовать логическая единица? Логический нуль? Составьте таблицу истинности для неисправной схемы 3И. Определите поведение схемы И-НЕ при тех же условиях.

2.8.10 Как будет вести себя схема ИЛИ, если на одном из входов, вследствие внутренней неисправности, будет постоянно присутствовать логическая единица? Логический нуль? Составьте таблицу истинности для неисправностей схемы ЗИЛИ. Определи­те поведение схемы ИЛИ-НЕ при тех же условиях.

2.8.11 В чем состоит задача минимизации булевых функций?

2.8.12 Приведите карту Карно в зависимости от числа переменных.

2.8.13 Минимизация с использованием карт Карно.

2.8.14 Правила образования контуров для склеивания минтермов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Лабораторная работа  № 2. Исследование работы  дешифраторов

 

3.1 Цель работы:

− изучение принципа работы  дешифраторов;

− исследование влияния управляющих сигналов на работу  дешифраторов;

− реализация и исследование функциональных модулей на основе дешифраторов;

− приобретение навыков сборки схем для исследования дешифраторов;

− приобретение навыков работы со справочной литературой по цифровым интегральным схемам.

 

3.2 Рабочее задание

3.2.1 Исследовать принцип работы дешифратора 3х8 в основном режиме.

3.2.2 Исследовать принцип работы дешифратора 3х8 в режиме 2х4.

3.2.3 Исследовать работу дешифратора в качестве демультиплексора.

3.2.4 Исследовать дешифратор 3х8 с логической схемой на выходе.

3.2.5 Исследовать микросхему 74138.

3.2.6 Исследовать микросхему 74138 с помощью логического анализатора.

3.2.7 Исследовать микросхему 74154.

3.2.8 Исследовать работу схемы с наращиванием размерности дешифратора.

 

3.3 Используемые приборы и элементы в Electronics Workbench

3.3.1 Логический преобразователь.

3.3.2 Генератор слов.

3.3.3 Вольтметр.

3.3.4 Логические пробники.

3.3.5 Источник напряжения +5В.

3.3.6 Источник сигнала “логическая единица”.

3.3.7 Двухпозиционные переключатели.

3.3.8 Генератор тактовых импульсов.

3.3.9 Микросхема 74138 – дешифратор 3х8.

 

3.4 Методические указания  к выполнению работы

3.4.1 К п.3.2.1. Исследование принципа работы дешифратора 3х8 в основном режиме.

Откройте файл с13_01 со схемой, изображенной на рисунке 3.1. Включите схему. Подайте на вход G уровень логической единицы. Для этого клавишей G ключ [G] установите в верхнее положение. Определите и

Рисунок 3.1

 

запишите уровни сигналов на выходах YO...Y7 в таблицу истинности при   G = 1 (таблица 3.1)

 

Таблица 3.1

C

B

А

G

YO

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

0

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Для простоты заполнения таблицы истинности в ней можно отмечать только выводы с низким уровнем сигнала.

Подайте на вход G уровень логического нуля (ключ [G] установите в нижнее положение). Убедитесь, что дешифратор перешел в рабочий режим и на одном из выходов установился уровень логиче­ского нуля. Подавая все возможные комбинации уровней логических сигналов на входы А, В, С с помощью одноименных ключей и определяя с помощью логических пробников уровни логических сигналов на выходе схемы, заполните таблицу 3.1 истинности дешифратора при G=0.

3.4.2 К п. 3.2.2. Исследование принципа работы дешифратора 3x8 в режиме 2x4:

а) в схеме (рисунок 3.1) подключите вход С к общему проводу (земле), задав С=0, G=0.

Изменяя уровни сигналов на входах В и А и наблюдая уровни сигналов на выходах схемы с помощью пробников, заполните таблицу истинности дешифратора (таблица 3.2). Укажите выходы, на которых уровень сигнала не меняется;

 

Таблица 3.2

C

B

A

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) проделайте пункт a) при С=1, для чего вход С подключите к источнику логической единицы. Заполните таблицу истинности дешифратора       (таблица 3.3);

 

Таблица 3.3

C

B

A

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) проделайте пункт а), заземлив вход В (В=0), а на входы А и С подавая все возможные комбинации логических уровней. Заполните таблицу истинности (таблица 3.4), там же укажите номера выходов, на которых уровень логического сигнала не изменяется.

 

Таблица 3.4

C

B

A

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4.3 К п.3.2.3. Исследование работы дешифратора в качестве демультиплексора.

Откройте файл с13_02 со схемой, изображенной на рисунке 3.2. Включите схему. В пошаговом режиме работы генератора слов подайте на входы С, В, А демультиплексора слова, эквивалентные числам от 0 до 7. Наблюдая при помощи логических пробников уровни сигналов на выходах, заполните таблицу функционирования (таблица 3.5). Убедитесь, что изменяющийся сигнал на входе поочередно появляется на выходах дешифратора. Выводы с изменяющимся сигналом отмечать в клетках таблицы как G.

Рисунок 3.2

 

Таблица 3.5

С

В

А

YO

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

.

3.4.4 К п. 3.2.4. Исследование дешифратора 3x8 с логической схемой на выходе.

Откройте файл с13_03 со схемой, изображенной на рисунке 3.3. Включите схему. Установите генератор слов в пошаговый режим. Последовательно подавая слова от генератора на вход схемы и наблюдая уровень логического сигнала на выходе схемы с помощью логического пробника, составьте таблицу истинности функции F, реализуемой схемой на выходе (таблица 3.6) По таблице запишите аналитическое выражение функции.

 

 

 

 

                              Рисунок 3.3

 

Таблица 3.6

G

С

В

А

F

0

0

0

0

 

0

0

0

1

 

0

0

1

0

 

0

0

1

1

 

0

1

0

0

 

0

1

0

1

 

0

1

1

0

 

0

1

1

1

 

1

0

0

0

 

1

0

0

1

 

1

0

1

0

 

1

0

1

1

 

1

1

0

0

 

1

1

0

1

 

1

1

1

0

 

1

1

1

1

 

 

 

3.4.5 к п. 3.2.5. Исследование микросхемы 74138:

а) откройте файл с13_04 (рисунок 3.4).

 Установите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. С помощью соответствующих ключей установите состояние управляющих входов G1=0, G2A=G2B=1. Подавая на входы А, В, С слова от генератора слов и наблюдая состоя­ние выходов с помощью логических пробников, заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (таблица 3.7а);

 

 

 

                                                    Рисунок 3.4

 

Таблица 3.7                                                                                                                                                                 

С

 В

А

YO

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) повторите операции пункта а) и заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (таблица 3.7б) при G1=G2A=1, G2B=0;

 

в) повторите операции пункта а) и заполните таблицу функционирования дешифратора 74138 (таблица 3.7в) при G1=l, G2A=G2B=0.

 

3.4.6 К п.3.2.6. Исследова­ние микросхемы 74138 с помощью логического анализатора.

Откройте файл с13_05 (рисунок 3.5). Установите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. С помощью соответствующих ключей установите состояние управляющих входов G1=1, G2A=G2B=0. Подавая

                                           Рисунок 3.5

 

на входы A, B, C слова от генератора слов, получите временные диаграммы работы дешифратора на экране логического анализатора и зарисуйте их. Сопоставьте временные диаграммы с данными таблицы 3.7

 

3.4.7 К п. 3.2.7. Исследование микросхемы 74154.

Соберите схему (рисунок 3.6). ИМС 74154 имеет четыре адресных входа A, B, C, D, два входа разрешения G1, G2 и шестнадцать выходов          

Рисунок 3.6

 

 

0…15. С генератора слов на входы G1, G2  подайте 0, а на адресные входы – код в диапазоне 0000…1111. Установите генератор слов в пошаговый режим. Включите схему. Подавая на входы  А, В, С, D слова от генератора слов и наблюдая состоя­ние выходов с помощью логических пробников, заполните таблицу функционирования дешифратора.

3.4.8 К п. 3.2.8 Исследование работы схемы с наращиванием размерности дешифратора.

Соберите схему (рисунок 3.7). С использованием 9 трехразрядных дешифраторов осуществляется дешифрирование шестиразрядного слова. На первую ступень дешифратора с помощью переключателей А, В, С подается три старших разряда, на вторую с помощью D,E,F – три младших, на вход G – ноль.

 

Рисунок 3.7

 

Например, на входе дешифратора число 110101 (C,B,A,F,E,D), что соответствует – 53. Сигнал появится на пятом выходе седьмого дешифратора второй ступени. Подать на вход дешифратора несколько шестиразрядных слов и наблюдать появление сигнала на выходе.

 

 

3.5 Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать:

− исследованные  принципиальные схемы;

− таблицы истинности дешифратора;

− временные диаграммы, полученные в EWB на логическом анализаторе. Сравнение их с данными таблицы 3.7 в) и выводы;

− Выводы о значении EWB при изучении микросхемотехники.

 

3.6 Контрольные вопросы

3.6.1 Какие логические функции выполняет дешифратор?

3.6.2 Каково назначение входов управления в дешифраторе, как влияет сигнал управления на выходные функции дешифратора?

3                        .6.3 Как выглядит схема дешифратора 2x4, выполненная в базисе И, ИЛИ, НЕ? Входы дешифратора А, В, выходы YO, Yl, Y2, Y3. Сколько элементов каждого типа для этого требуется?

3.6.4 Как надо видоизменить схему дешифратора 2x4 в предыдущем случае, чтобы оснастить её прямым управляющим входом? Инверсным? Обозначьте входы дешифратора А, В, управляющий вход G или  , выходы YO, Y1, Y2, Y3.

3.6.5 Как на основе нескольких дешифраторов 2x4 с управляющим входом построить дешифратор 4x16? Сколько дешифраторов 2x4 потребуется для решения этой задачи, если не использовать другие элементы?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Лабораторная работа № 3. Исследование работы триггеров

 

4.1 Цель работы:

− изучение структуры и алгоритмов работы асинхронных и синхронных  триггеров;

− исследование функций переходов основных типов триггеров;

− изучение взаимозаменяемости триггеров различных типов;

− исследование влияния управляющих сигналов на работу триггеров;

− приобретение навыков сборки схем для исследования триггеров;

− приобретение навыков работы со справочной литературой по цифровым интегральным схемам.

 

4.2  Рабочее задание

4.2.1 Исследовать принцип работы RS-триггера.

4.2.2 Исследовать принцип работы - триггера.

4.2.3 Исследовать принцип работы JK- триггера.

4.2.4 Исследовать JK- триггер в счетном режиме.

4.2.5 Исследовать JK- триггер, построенный на базе логических элементов и RS-триггеров.

4.2.6 Исследовать D-триггер.

4.2.7 Исследовать работу D-триггера в счетном режиме.

 

4.3 Используемые приборы и элементы в Electronics Workbench

4.3.1 Генератор слов.

4.3.3 Вольтметр.

4.3.4 Логические пробники.

4.3.5 Источник напряжения +5В.

4.3.6 Источник сигнала “логическая единица”.

4.3.7 Двухпозиционные переключатели.

4.3.8 Двухвходовые элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

4.3.9 RS и -триггеры.

4.3.10 JK-триггер.

4.3.11 D-триггер.

 

4.4 Методические указания  к выполнению работы

4.4.1 К п.4.2.1. Исследование принципа работы RS-триггера:

а) откройте файл с14_01 со схемой, изображенной на рисунке 4.1.


Рисунок 4.1

 

Включите схему. Последовательно подайте на схему следующие сигналы: S=0, R=1;  S=0, R=0;   S=1, R=0;  S=0, R=0.

Убедитесь в том, что:

− при S=0, R=1 триггер устанавливается в состояние Q = 0;

− при переходе к S=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=0;

− при S=1, R=0 триггер устанавливается в состояние Q =1;

− при переходе к S=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=1;

б) для каждого перехода (изменения состояния или сохранения предыдущего) нарисуйте граф перехода;

в) по результатам эксперимента заполните таблицу 4.1 (таблицу переходов) для схемы рисунка 4.1

 

Таблица 4.1

R

S

Qt

Qt+1

0

0

0

 

1

0

0

 

0

1

0

 

1

0

1

 

0

0

1

 

0

1

1

 

 

 

 

4.4.2 К п.4.2.2. Исследование принципа работы -триггера:

а) откройте файл с14_02 со схемой, изображенной на рисунке 4.2.

 

 

Рисунок 4.2

 

Включите схему. Последовательно подайте на схему следующие сигналы: =1, =0; =1, =1; =0, =1; =1, =1.(На схемах инверсия обозначена штрихом, например, R' есть ).

Убедитесь в том, что:

− при =1, =0 триггер устанавливается в состояние, при котором выход Q=0;

− при переходе ==1 триггер сохраняет прежнее значение выхода Q=0;

− при =0, =1 триггер устанавливается в состояние, при котором  Q=1;

− при переходе к =1, =1 прежнее значение выхода Q=1 сохраняется;

б) для каждого перехода  нарисуйте граф перехода;

в) по результатам эксперимента заполните таблицу 4.2 (таблицу переходов) для схемы рисунка 4.2.

 

Таблица 4.2

Qt

Qt+1

0

1

0

 

1

1

0

 

1

0

0

 

1

1

1

 

0

1

1

 

1

0

1

 

 

4.4.3 К п. 4.2.3. Исследование JK-триггера:

а) откройте файл с14_03 со схемой, изображенной на рисунке 4.3.

Включите схему. Убедитесь в том, что:

− при R=1, S=0 триггер устанавливается в 0 (Q=0, =1) независимо от состояния остальных входов;

− при R=0, S=1 триггер устанавливается в 1 (Q=1, =0) независимо от состояния остальных входов;

б) установите S=R=0, по результатам эксперимента заполните таблицу 4.3

Примечание − Начальное состояние триггера устанавливать кратковременной подачей сигнала S=1 для получения Qt=1 и сигнала R=1 -для получения Qt=0. Переход триггера в состояние Qt+1 происходит только по срезу импульса на счетном входе С, сформированном соответствующим ключом;

Рисунок 4.3

Таблица 4.3

J

K

Qt

Qt+1

0

0

0

 

0

1

0

 

1

0

0

 

1

1

0

 

0

0

1

 

0

1

1

 

1

0

1

 

1

1

1

 

 

в) составьте временные диаграммы работы триггера для всех возможных комбинаций Qt, Jt, Kt и зарисуйте их.

 

4.4.4 К п. 4.2.4. Исследование JK-триггера в счетном режиме (Т-триггер).

Соберите схему, изображенную на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4

 

Включите схему. Изменяя состояние входа С соответствующим ключом, зарисуйте диаграммы работы триггера в счетном режиме.

 

4.4.5 К п. 4.2.5. Исследование JK-триггера, построенного на базе логических элементов и RS-триггеров.

Откройте файл с14_04 со схемой, изображенной на рисунке 4.5.

 

 

Рисунок 4.5

 

Включите схему. Изменяя уровень сигнала на входе С, составьте временные диаграммы сигналов на выходах Q1 и Q2 обоих RS-триггеров и зарисуйте их. Укажите режим работы триггера. Определите моменты изменения сигналов Q1 и Q2 по отношению к моментам изменения сигнала С. Отразите различие во временах переключения RS-триггеров на диаграммах.

4.6 К п. 4.2.6. Исследование D-триггера:

а) откройте файл с14_05 со схемой, изображенной на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6

 

Включите схему. Убедитесь в том, что:

− при =1, =0 триггер устанавливается в 1 (Q=1, =0) независимо от состояния остальных входов;

− при =0, =1 триггер устанавливается в 0 (Q=0, =1) независимо от состояния остальных входов;

б) установите ==1, по результатам эксперимента заполните таблицу 4.4;

 

Таблица 4.4

Dt

Qt

Qt+1

0

0

 

1

0

 

0

1

 

1

1

 

 

в) составьте временные диаграммы работы триггера для всех возможных комбинаций Qt, Dt  и зарисуйте их.

4.4.7 К п. 4.2.7. Исследование работы D-триггера в счетном режиме (Т-триггер).

Соберите схему, изображенную на рисунке 4.7.

 

Рисунок 4.7

 

Подавая на счетный вход С тактовые импульсы с помощью ключа [С] и определяя состояние выходов триггера при помощи пробников, составьте временные диаграммы работы триггера в счетном режиме.

 

4.5 Контрольные вопросы

 

 4.5.1 Является ли элементом памяти выключатель настольной лампы?

 4.5.2 Если продолжить предыдущий вопрос, то как можно охарактеризовать:

а) кнопочный выключатель (один раз нажал − лампа горит, второй раз нажал − лампа погасла);

б) клавишный переключатель-коромысло: нажал на одно плечо −лампа зажглась или продолжает оставаться горящей; нажал на другое плечо − погасла. С какими видами триггера напрашивается аналогия?

 4.5.3 Чем отличается работа RS-триггера с прямыми входами от RS-триггера с инверсными входами?

4.5.4 Почему комбинация сигналов 11 на входах RS-триггера называется “запрещенной”?

 4.5.5 В чем принципиальное отличие работы синхронных триггеров от асинхронных?

 4.5.6 Какова приоритетность информационных и установочных входов в синхронных триггерах?

 4.5.7 Почему JK-триггер при J=K=1 не превращается в автогенератор?

4.5.8 Почему T-триггер получил название счетного? Какое число импульсов он может сосчитать?

4.5.9 Как работает D-триггер, если D=?

 

 

 

 

 

 

5 Лабораторная работа № 4. Исследование работы счетчиков

 

5.1 Цель работы:

− изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих счетчиков;

− изучение способов изменения коэффициента пересчета счетчиков;

− исследование работы счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным от 2n;

− приобретение навыков сборки схем для исследования счетчиков;

− приобретение навыков работы со справочной литературой по цифровым интегральным схемам.

 

5.2 Рабочее задание.

5.2.1 Исследовать принцип работы суммирующего счетчика.

5.2.2 Исследовать принцип работы вычитающего счетчика.

5.2.3 Исследовать счетчик с измененным коэффициентом пересчета.

5.2.4 Исследовать суммирующий десятичный счетчик.

5.2.5 Исследовать счетчик с коэффициентом счета Ксч = 24.

 

5.3 Используемые приборы и элементы в Electronics Workbench

 5.3.1 Функциональный генератор.

5.3.2 Логические пробники.

5.3.3 Логический анализатор.

5.3.4 Источник напряжения +5В.

5.3.5 Источник сигнала “логическая единица”.

5.3.6 Генератор тактовых импульсов.

5.3.7 Двухпозиционные переключатели.

5.3.8 Двухвходовые элементы И-НЕ.

5.3.9 RS, JK и D –триггеры.

5.3.10 Микросхема 74160 (аналог К155ИЕ9).

5.3.11 Семисегментный индикатор.

 

5.4 Методические указания  к выполнению работы

 

5.4.1 К п.5.2.1. Исследование принципа работы суммирующего счетчика. Откройте файл с14_06 со схемой, изображенной на рисунке 5.1. Включите схему. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа [C] и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, постройте временные диаграммы работы суммирующего счетчика (C, Q1, Q2, Q3). Определите коэффициент пересчета счетчика. Обратите внимание на числа, формируемые состояниями инверсных выходов счетчика.

Рисунок 5.1

 

5.4.2  К п.5.2.2. Исследование принципа работы вычитающего счетчика. 5.4.2.1 Откройте файл с14_07 со схемой, изображенной на рисунке 5.2. Включите схему. Зарисуйте временные диаграммы работы вычитающего счетчика.

 

 

Рисунок 5.2

 

5.4.2.2 В схеме на рисунке 5.2 входы логического анализатора подключите к инверсным входам триггеров (рисунок 5.3).  Включите схему. Зарисуйте полученные временные диаграммы. Сравните их с диаграммами, полученными в эксперименте 5.4.1.

 

 

Рисунок 5.3

 

5.4.3 К п.5.2.3. Исследование счетчика с измененным коэффициентом пересчета;

5.4.3.1 Откройте файл с14_08 со схемой, изображенной на рисунке 5.4.

 

Рисунок 5.4

 

 

Включите схему. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа [C] и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, постройте временные диаграммы работы счетчика (C, Q1, Q2, Q3). Определите коэффициент пересчета счетчика.

 

5.4.3.2 Измените структуру комбинационной части счетчика в соответствии со схемой на рисунке 5.5. Подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа [C] и наблюдая состояние выходов счетчика при помощи логических пробников, постройте временные диаграммы работы счетчика (C, Q1, Q2, Q3).

 

Рисунок 5.5

 

5.4.4 К п.5.2.4. Исследование принципа работы суммирующего десятичного счетчика.

Соберите схему счетчика (рисунок 5.6). Счетчик имеет коэффициент пересчета 10. Он считает от 0 до 9. При поступлении на его вход десятого импульса все его выходы устанавливаются в нулевое состояние. В схеме использованы синхронные JK-триггеры. Первый триггер изменяет свое состояние с приходом каждого перепада входного сигнала, так как его J и K  входы принудительно подключены к логической единице. J-вход второго триггера подключен к инверсному выходу четвертого триггера, а там до прихода восьмого импульса также стоит единица. Этот триггер будет переключаться отрицательным перепадом напряжения, пришедшим с прямого выхода первого триггера, т.е. от 2,4,6,8 импульсов. Третий триггер переключится 4 и 8-ым импульсами.

С приходом восьмого импульса  установится состояние триггеров, когда на прямых выходах первых трех триггеров стоят логические нули, а на прямом выходе четвертого триггера – логическая единица. Девятый импульс переключит только первый триггер, при этом на его выходе будет положительный перепад, который не может воздействовать на другие триггеры.

Десятый импульс поставит в нулевое состояние первый триггер, и на его прямом выходе возникнет отрицательный перепад, который пройдет на С-входы второго и четвертого триггеров. На J-вход второго триггера поступает логический ноль с инверсного выхода четвертого, поэтому в каком бы состоянии он ни был, на его прямом выходе будет логический ноль. Через схему «И» на вход J четвертого триггера подается ноль. Триггер находится в единичном состоянии, и с приходом управляющего перепада на С-вход триггер сбрасывается в ноль.

Рисунок 5.6

 

Включите схему. Входные импульсы частотой 1 герц, амплитудой 5 вольт подаются от функционального генератора. Первоначальная установка всех триггеров осуществляется кратковременной подачей на входы  R логической единицы с помощью переключателя [F]. Проверьте правильность сборки и работы схемы по семисегментному индикатору. Затем, подключив прямые выходы триггеров ко входам логического анализатора, получите временные диаграммы. Зарисуйте их.

 

5.4.5 К п. 5.2.5. Исследование счетчика с коэффициентом счета      Ксч = 24.

Соберите схему (рисунок 5.7). Счетчик выполнен на двух ИМС 74160 (аналог К155ИЕ9) и обеспечивает коэффициент Ксч = 24. Микросхема 74160 – декадный двоично-десятичный счетчик. Несколько счетчиков ИЕ9 образует синхронный многодекадный счетчик. Сброс всех триггеров – асинхронный по общему входу сброса CLR`. Для синхронного каскадирования микросхема

 

Рисунок 5.7

 

имеет два входа разрешения: ENP (параллельный) и ENT (вспомогательный), а также выход RCO – окончание счета. Вход параллельной загрузки LOAD разрешает данным на входах A, B, C, D загрузиться в счетчик  в момент прихода следующего тактового импульса. (В данной схеме параллельные входы не задействованы).

Импульсы от функционального генератора с частотой 1 герц и амплитудой 5 вольт поступают на синхровход CLK первого каскада счетчика. С выходов QA, QB, QC, QD счетчиков импульсы поступают на входы семисегментных индикаторов. Когда на выходе первого каскада установится цифра 9 (1001 – в двоичном коде), логическая единица через схему «И» поступает на вход  CLK  второго каскада. После прихода 24-го импульса на выходе второй схемы «И» вырабатывается логическая «1», которая поступает на вход  сброса CLR` и обнуляет счетчик.

Включите схему. Проверьте правильность сборки и работы схемы по семисегментному индикатору. Затем, подключив выходы QA, QB, QC, QD счетчиков (или входы индикаторов) ко входам логического анализатора, получите временные диаграммы. Зарисуйте их.

 

 

 

5.5 Контрольные вопросы

5.5.1 Что такое счетчики, какого типа они бывают?

5.5.2 Почему при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам предыдущих каскадов счетчик на D-триггерах работает как суммирующий, а при подключении к прямым – как вычитающий?

5.5.3 В каком режиме будет работать счетчик на JK-триггерах при подключении счетных входов триггеров к прямым выходам предыдущих каскадов? Как изменится режим работы счетчика при подключении счетных входов триггеров к инверсным выходам?

5.5.4 Какими способами можно изменить коэффициент пересчета счетчика?

5.5.5 Сколько триггеров должен содержать счетчик с коэффициентом пересчета КСЧ={3, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 15, 24, 30}?

5.5.6 В двоичном счетчике коэффициент пересчета равен 8, число триггеров – 3. При поступлении тактовых импульсов на счетный вход счетчик изменяет свое состояние в следующей последовательности: 000-001-010-011-100-101-110-111-000.Сколько триггеров в счетчике изменяет свое состояние одновременно на каждом из переходов? Действительно ли, что триггеры изменяют свое состояние одновременно? Как происходит переход счетчика из состояния 111 в состояние 000? Какой из триггеров первым изменит свое состояние? Что послужит причиной переключения второго триггера? Как развивается процесс изменения состояния триггеров при переходе счетчика из состояния 011 в состояние 100?

 

 

Список литературы

1. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника: Уч.пособие. – М.: Гелиос АРВ, 2002. – 304 с.

2. Панфилов Д.И. и др. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. – том 2 – М.: ДОДЭКА, 2000. – 228 с.

3. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. – М.: Мир, 2001.

– 379 c.

 

 

 

 

 

 

 

Сводный план издания  2005 г., поз.78

 

Тамара Маруповна Жолшараева

 

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к выполнению лабораторных работ всех форм обучения (для студентов специальности 050702–

Автоматизация и управление)

 

 

 

Редактор Ж.М.Сыздыкова

 

Подписано в печать____   

Тираж 50 экз.

Объём 2,8 уч.-изд.л.

 

 

Формат  60х84  1/16

Бумага типографская №1

Заказ____  Цена 90 тг.

 

 

 

 

 

 

Копировально – множительное бюро

 Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроники и компьютерных технологий

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по
учебно-методической работе

___________ Сериков Э.А

«____» ___________2005 г.

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к лабораторным работам

 (для студентов специальности 050702 – Автоматизация и управление)

 

СОГЛАСОВАНО

Начальник УМО

_______________ О.З Рутгайзер

“__ ” ________ 2005 г

Рассмотрено и одобрено на
заседании кафедры ЭКТ

Протокол №__ от « __»___2005г

Зав. кафедрой ЭКТ

______________ А.Берикулы

 

 

Редактор

____________Ж.М.Сыздыкова

“__ ” ________ 2005 г

 

 

 

Согласовано:

Зав. кафедрой Инженерной кибернетики

___________Б.Д. Хисаров

“__ ” ________ 2005 г

Инженер

 по стандартизации

______________Н.М.Голева

“__ ” ________ 2005 г

 

 

 

Составитель:

Т.М.Жолшараева _____________