Тема: Измерение и анализ основных параметров и характеристики цифровых ИС

2.2 Цель работы: приобрести знания и умение измерять и анализировать основные параметры и характеристики цифровых ИС

2.3 Оборудование и программное обеспечение

- персональный компьютер

- программа Electronics Workbench

2.4 Теоретическая часть работы

Самые распространенные логические функции — это И (в отечественной системе обозначений — ЛИ), И-НЕ (обозначается ЛА), ИЛИ (обозначается ЛЛ) и ИЛИ-НЕ (обозначается ЛЛ). Присутствие слова НЕ в названии элемента обозначает только одно — встроенную инверсию сигнала. В международной системе обозначений используются следующие сокращения: AND — функция И, NAND — функция И-НЕ, OR — функция ИЛИ, NOR — функция ИЛИ-НЕ.

Название самих функций И и ИЛИ говорит о том, при каком условии на входах появляется сигнал на выходе. При этом важно помнить, что речь в данном случае идет о положительной логике, о положительных, единичных сигналах на входах и на выходе.

Элемент И формирует на выходе единицу тогда и только тогда, если на всех его входах (и на первом, и на втором, и на третьем и т.д.) присутствуют единицы. Если речь идет об элементе И-НЕ, то на выходе формируется нуль, когда на всех входах — единицы (таблица 1). Цифра перед названием функции говорит о количестве входов элемента. Например, 8И-НЕ — это восьмивходовой элемент И с инверсией на выходе.

Таблица 1 - Таблица истинности двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Вход 1	Вход 2	Выход И	Выход И-НЕ	Выход ИЛИ	Выход ИЛИ-НЕ

Элемент ИЛИ формирует на выходе нуль тогда и только тогда, если на всех входах нуль. Элемент ИЛИ-НЕ дает на выходе нуль при наличии хотя бы на одном из входов единицы (табл. 1). Пример обозначения: 4ИЛИ-НЕ — четырехвходовой элемент ИЛИ с инверсией на выходе.

Рисунок 3 - Обозначения элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Отечественные и зарубежные обозначения на схемах двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ показаны на рисунок 3

Элементы Исключающее ИЛИ (по-английски — Exclusive-OR) также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ. Все входы элементов Исключающее ИЛИ равноправны, однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Таблица 2 - Таблица истинности двухвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ

Вход 1	Вход 2	Выход

Рисунок 4 - Обозначения элементов Исключающее ИЛИ: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Под функцией Исключающее ИЛИ понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица. Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль. Таблица истинности двухвходового элемента Исключающее ИЛИ приведена в табл. 2. Обозначения, принятые в отечественных и зарубежных схемах, показаны на рисунке 4. Надпись на отечественном обозначении элемента Исключающее ИЛИ "=1" как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

1.5 Выполнение работы

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 5 - Схемы для моделирования

1.5.1 Изучить схемы, представленные на рисунке 5

1.5.2 Используя схему записать логическое выражение, определяющее ее работу.

1.5.3 Реализовать схему в программе моделирования. На входы A,B, подключить переключатели (Switch). Присвоить переключателям соответствующие клавиши. К информационным выходам подключить логические индикаторы.

1.5.4 С помощью моделирования получить таблицу истинности схемы.

1.5.5 Реализовать схему для следующих таблиц истинности:

Таблица 3

А	В	Q1	Q2

Таблица 4

А	В	Q1	Q2

1.5.6 Ответить на контрольные вопросы.

1.5.7 Сделать вывод о назначении устройств, и принципах и работы.

1.6 Контрольные вопросы

1.6.1 Что такое базовый логический элемент?

1.6.2 Способы описания базовых логических элементов.

1.6.3 Применение базовых логических элементов.

1.6.4 Обозначение и таблица истинности элемента Искл.ИЛИ-НЕ.

1.7 Вывод

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Работа с RS-триггером

3.2 Цель работы:Изучение принципов построения и работы триггеров на примере тактируемых RS-триггеров.

3.3 Оборудование и программное обеспечение:

- персональный компьютер

- программа Electronics Workbench

3.4 Теоретическая часть работы

Триггеры и регистры являются простейшими представителями цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Если выходные сигналы логических элементов и комбинационных микросхем однозначно определяются их текущими входными сигналами, то выходные сигналы микросхем с внутренней памятью зависят также еще и от того, какие входные сигналы и в какой последовательности поступали на них в прошлом, то есть они помнят предысторию поведения схемы. Именно поэтому их применение позволяет строить гораздо более сложные и интеллектуальные цифровые устройства, чем в случае простейших микросхем без памяти. Микросхемы с внутренней памятью называются еще последовательными или последовательностными, в отличие от комбинационных микросхем.

В основе любого триггера (англ. — "тrigger" или "flip-flop") лежит схема из двух логических элементов, которые охвачены положительными обратными связями (то есть сигналы с выходов подаются на входы). В результате подобного включения схема может находиться в одном из двух устойчивых состояний, причем находиться сколь угодно долго, пока на нее подано напряжение питания.

Рисунок 6 - Схема триггерной ячейки

Пример такой схемы (так называемой триггерной ячейки) на двух двухвходовых элементах И-НЕ представлен на рисунке 6 схемы есть два инверсных входа: –R — сброс (от английского Reset), и –S — установка (от английского Set), а также два выхода: прямой выход Q и инверсный выход –Q.

Для правильной работы схемы отрицательные импульсы должны поступать на ее входы не одновременно. Приход импульса на вход -R переводит выход -Q в состояние единицы, а так как сигнал -S при этом единичный, выход Q становится нулевым. Этот же сигнал Q поступает по цепи обратной связи на вход нижнего элемента. Поэтому даже после окончания импульса на входе -R состояние схемы не изменяется (на Q остается нуль, на -Q остается единица). Точно так же при приходе импульса на вход -S выход Q в единицу, а выход -Q — в нуль. Оба эти устойчивых состояния триггерной ячейки могут сохраняться сколь угодно долго, пока не придет очередной входной импульс, — иными словами, схема обладает памятью.

Если оба входных импульса придут строго одновременно, то в момент действия этих импульсов на обоих выходах будут единичные сигналы, а после окончания входных импульсов выходы случайным образом попадут в одно из двух устойчивых состояний. Точно так же случайным образом будет выбрано одно из двух устойчивых состояний триггерной ячейки при включении питания. Временная диаграмма работы триггерной ячейки показана на рисунке.

Таблица 5 - Таблица истинности триггерной ячейки

Входы	Выходы
-R	-S	Q	-Q
		Без изменения
		Не определено

В стандартные серии цифровых микросхем входит несколько типов микросхем триггеров, различающихся методами управления, а также входными и выходными сигналами. На схемах триггеры обозначаются буквой Т. В отечественных сериях микросхем триггеры имеют наименование ТВ, ТМ и ТР в зависимости от типа триггера.

Наиболее распространены три типа:

1) RS-триггер (обозначается ТР) — самый простой триггер, но редко используемый.

2) JK-триггер (обозначается ТВ) имеет самое сложное управление, также используется довольно редко.

3) D-триггер (обозначается ТМ) — наиболее распространенный тип триггера.

Рисунок 7 - Триггеры трех основных типов