Лаботаторные работы


Лабораторная работа N 1
«Цифровые логические элементы»

Подготовка к выполнению работы

В данной лабораторной работе исследуются схемы на логических элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Схема для исследования логических элементов приведена на рисунке 1.1:

К155ЛА3 К155ЛЕ1 К155ЛП5

Рис. 1.1. Логические элементы.

Для выполнения работы необходим лабораторный стенд «Дискрет» и набор перемычек для осуществления соединений. При подготовке к выполнению необходимо усвоить теоретический материал и повторить основные положения алгебры логики. Работа выполняется по индивидуальным заданиям.

Литература

1. Потемкин И. С. Функциональные узлы цифровой автоматики. —
М.: Энергоатомиздат,1988.
2. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ П. П. Мальцев, Н. С. Долидзе,
М. И. Критенко и др. – М.: Радио и связь, 1994.
3. Ямпольский В. С. Основы автоматики и электронно-вычислительной техники. – М.:
Просвещение, 1991.

Порядок выполнения работы
Задание 1. Составление таблицы истинности для указанной схемы

а) Собрать схему. На входы элементов подать цифровые сигналы от тумблеров, а выход подключить к светодиодному индикатору. (Горящий светодиод соответствует уровню лог. «1» на выходе);
б) Последовательно подавая все комбинации двоичных сигналов на входы, определить значения выходного сигнала. Составить таблицу истинности для схемы;
в) Убедиться, что полученная таблица истинности соответствует теоретической. Продемонстрировать преподавателю работу схемы.
Варианты заданий (рис. 1.2):

Задание 2. Синтез с помощью имеющихся логических элементов
схемы, реализующей заданную функцию

а) Составить таблицу истинности для указанной функции.
б) Спроектировать схему, реализующую полученную таблицу истинности, пользуясь законами алгебры логики и интуитивными соображениями.
в) Собрать спроектированную схему, проверить ее работу и продемонстрировать преподавателю.

Рис. 1.3. Варианты задания 2.

Содержание отчёта

В отчёте должны быть представлены принципиальные схемы и их таблицы истинности согласно п. п. 1 и 2 индивидуального задания.

Контрольные вопросы

Условные обозначения цифровых логических элементов, таблицы истинности. Минимизация логических функций. Построение схемы по таблице истинности.

Лабораторная работа N 2
«Комбинационные схемы»

Подготовка к выполнению работы

В работе исследуются следующие комбинационные схемы, показанные на рис. 2.1
K555ИД4 К155КП2

К155ИП3
Рис. 2.1. Комбинационные схемы.

На рис. ИМС К555ИД4 и К155КП2 изображены не полностью, а только та часть, которая может быть использована в данной работе. В работе используются также ЛЭ (см. лаб. работу «Цифровые логические элементы»). Номера контактов являются номерами гнёзд разъёма «D».

Порядок выполнения работы
Задание 1. Исследование дешифратора К555ИД4
1.1.Подать на входы дешифратора сигналы от переключателей, а выходы подклю-
чить к светодиодным индикаторам.
1.2.Подавая на входы различные комбинации сигналов, исследовать логику работы
дешифратора.
1.3.Отразить логику работы дешифратора, изобразив его таблицу истинности.
1.4.При необходимости, дополнить схемное изображение ИМС знаками инверсии.
Задание 2. Исследование мультиплексора К155КП2
2.1.Подать на входы мультиплексора сигналы от переключателей, а выходы под-
ключить к светодиодным индикаторам.
2.2.Подавая на входы различные комбинации сигналов, исследовать логику работы
мультиплексора.
2.3.Отразить логику работы мультиплексора, изобразив его таблицу истинности.
2.4.При необходимости, дополнить схемное изображение ИМС знаками инверсии.

Задание 3. Исследование АЛУ на ИМС К155ИП3
4.1.Подать на входы АЛУ сигналы от переключателей, а выходы подключить к
светодиодным индикаторам.
4.2.Исследовать работу АЛУ в части режимов, заданных в индивидуальном задании. В частности, для заданного кода операции, определить:
— какая арифметическая и какая логическая операция выполняется;
— в каком случае результат представлен в прямом коде, а в каком – в дополнительном;
— в каком случае на выходе появляется сигнал переноса CR и какова его полярность;
— в каком случае на выходе появляется сигнал А = В и какова его полярность.

Варианты задания 3:
Вариант 1 код операции 0010;
Вариант 2 код операции 0110;
Вариант 3 код операции 1000;
Вариант 4 код операции 1001;
Вариант 5 код операции 1010;
Вариант 6 код операции 1011 и 1100;
Вариант 7 код операции 1101;
Вариант 8 код операции 1110;
Задание 4. Собрать из ЛЭ схему по индивидуальному заданию (рис. 2.2)
и изобразить её таблицу истинности

Логические элементы приведены в лабораторной работе N 1 «Цифровые логические элементы» (рис. 1.1).

Рис. 2.2. Варианты задания 4.
Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

Условные обозначения и таблицы истинности дешифратора К555ИД4 и мультиплексора К155КП2.
Условное обозначение АЛУ К155ИП3 и часть её таблицы истинности согласно
индивидуальному заданию, а также ответы на вопросы п. 3.2. раздела «Порядок
выполнения работы».
Условное обозначение, схему на ЛЭ и её таблицу истинности, соответствующие
индивидуальному заданию.

Контрольные вопросы

Условное обозначение, описание работы, принципы построения основных комби-
национных узлов:
— шифратор, приоритетный шифратор;
— дешифратор;
— мультиплексор и демультиплексор;
— схема контроля чётности и схема сравнения;
— магистральный приёмопередатчик;
— сумматор с последовательным и параллельным переносом.

Лабораторная работа N 3
«Триггеры»

Подготовка к выполнению работы

В работе используются следующие ИМС, показанные на рис. 3.1
К155ТМ2

Рис. 3.1.
Следует иметь в виду, что одновременное использование элементов И-НЕ и ИМС 155ТМ2 невозможно, т. к. входы их объединены.
При подготовке к выполнению работы необходимо изучить теоретический материал. Вторая часть работы выполняется по индивидуальным заданиям.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование триггера на ИМС 155ТМ2
ИМС 155ТМ2 представляет собой два D-триггера с дополнительными входами S и R. На рисунке изображен один такой триггер. Вторая часть ИМС в работе не используется.
Необходимо исследовать работу этого триггера по предлагаемому алгоритму.
1.1. Подавать на входы S и R различные комбинации сигналов и, наблюдая состояния выходов, определить активные уровни сигналов S и R (на входы C и D при этом подать уровни лог. «0»).
1.2. Подать на входы S и R уровни сигналов, при которых триггер находится в состоянии хранения информации.
1.3. Подать на вход D сигнал от переключателя, а на вход С – от кнопки.
1.4. Подавая сигналы на входы C и D, определить:
а) является вход С статическим или динамическим;
б) какова полярность активного сигнала на входе С.
1.5. Подавая управляющие сигналы одновременно на входы S, R и на C, D, определить, какие из них являются приоритетными. Например: подать активный уровень сигнала на вход S, т. е. установить Q = 1, а затем, установив на вход D уровень лог. 0, записать импульсом C состояние Q = 0. По результату на выходе установить, какие из сигналов (C, D или S, R) имеют более высокий приоритет.
1.6. По результатам исследований при необходимости дополнить условное обозначение ИМС 155ТМ2.

Задание 2. Исследование триггера, указанного в индивидуальном задании (рис. 3.2)

2.1. Определить тип триггера, указать входы и выходы.
2.2. Записать диаграмму состояний и условное обозначение данного триггера.
2.3. Собрать схему триггера, используя имеющиеся логические элементы.
2.4. Подавая сигналы на входы, исследовать диаграмму состояний и сравнить ее с записанной в п. 2.2.
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4

Содержание отчёта
1.Условное обозначение и диаграмма состояний триггера на ИМС 155ТМ2.
2.Схема, условное обозначение и диаграмма состояний для триггера, указанного в
индивидуальном задании.
Контрольные вопросы
1. Схемы, условные обозначения, диаграммы состояний всех типов триггеров.
2. Указать, какие типы триггеров возможно собрать из имеющихся элементов.
3. Какой из триггеров является наиболее универсальным?
4. Как известно, возможно получение T-триггера на базе D-триггера. Является ли принципиальным статический это D-триггер или динамический?
5. Возможна ли минимизация схемы, исследуемой Вами в соответствии с индивидуальным заданием?
Лабораторная работа N 4
«Счетчики»

Подготовка к выполнению работы

В работе исследуется реверсивный счётчик с предварительной установкой К155ИЕ7. В первой части работы исследуется работа ИМС К155ИЕ7, а во второй схема делителя частоты . Частота на выходе определяется по формуле:
f = fт / (N+1),
где N — это значение 8-разрядного двоичного кода на предварительной установке счётчиков. Т. о., данная схема позволяет делить частоту в 1…255 раз в зависимости от заданного кода N. Используется 3 контакта разъёма «B» (B20, B21, B22). Остальные контакты, обозначенные цифрами, соответствуют разъёму «A» (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Реверсивный счетчик 555ИЕ7.

При подготовке к работе необходимо изучить материал, изложенный в главе «Счетчики». Для выполнения работы необходим лабораторный стенд «ДИСКРЕТ» и осциллограф.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование ИМС К155ИЕ7 (см. рис. 4.1)

1.1. Подключить к тактовому входу «+1» сигнал от кнопки, а ко входу «-1» сигнал от переключателя. Все входы подключить к светодиодам .
1.2. При нажатии на кнопку, состояние на выходе счётчика должно изменяться. Уровень сигнала на входе «-1» является разрешающим, изменяя логический уровень на входе «-1», определить каким сигналом (лог. «0» или лог. «1») разрешается счёт.
1.3. Установить на входе «-1» уровень, разрешающий счёт и, подавая на вход «+1» импульсы от кнопки, записать последовательно состояния всех выходов счётчика. По полученным данным зарисовать временные диаграммы работы счётчика при прямом счёте для входов «-1» , «+1» и всех выходов.
1.4. Вместо сигнала от кнопки, подать на тактовый вход сигнал переключателя. Определить, будет ли работать счётчик аналогичным образом. Объяснить полученный результат.
Аналогично п. п. 1.1 — 1.4. исследовать роботу счётчика в режиме обратного счёта (поменяв местами входы «+1» и «-1»).
При необходимости дополнить условное обозначение ИМС К155ИЕ7.
Задание 2. Исследование делителя частоты (рис. 4.2)
2.1. Соединить выход генератора частоты fт со входом схемы делителя частоты.
Измерить с помощью осциллографа частоту генератора fт .
2.2. По измеренному значению fт и заданному преподавателем значению f рассчитать коэффициент пересчёта N.
2.3. Установить на входах предварительной установки счётчиков код, равный рассчитанному значению N.
2.4. С помощью осциллографа измерить частоту и длительность сигнала на входе “f”. Сравнить её значение с заданным в индивидуальном задании.

Содержание отчёта

1. Условное обозначение и временные диаграммы работы ИМС К155ИЕ7.
2. Схема делителя частоты с заданным коэффициентом деления.

Контрольные вопросы

1. Принципы построения, временные диаграммы суммирующего и вычитающего счётчиков. Перенос в счётчиках. Реверсивный счётчик.
2. Работа и временные диаграммы ИМС К155ИЕ7:
-по какому фронту тактового сигнала происходит изменение состояния счётчика?
-каким уровнем осуществляется сброс сигнала по входу R?
-каким уровнем осуществляется предварительная установка по входу C?
-как изменится работа делителя частоты (рис. 4.2), если исключить из схемы триггер, а сигнал с выхода BR подать непосредственно на входы записи C обоих счётчиков?
-можно ли построить делитель частоты, используя счётчик не обратного, как на рис. 4.2, а прямого счета?
3. Принцип работы и временные диаграммы синхронного и асинхронного счетчиков с параллельным переносом.

Лабораторная работа N 5
«Цифровые интегральные микросхемы»
Подготовка к выполнению работы
Для выполнения данной работы необходимы:
-лабораторный стенд УМ-16;
-набор перемычек;
-платы с исследуемыми ИМС.
Подготовка стенда к работе
1.Подключить к стенду УМ-16 плату с исследуемой микросхемой. Все исследования проводятся для двух типов ИМС: К155ЛА3 и 555ЛА3.
2.Подать питание на исследуемую ИМС от источника питания стенда U1. Для этого необходимо соединить перемычкой “-“ источника U1 с общим проводом ИМС, а “+” – с питанием ИМС согласно рисунку на плате.
3.Включить питание стенда тумблером на задней панели.
4.Установить при помощи ручки плавной регулировки напряжение источника питания U1 = + 5 В.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерение уровней выходного напряжения
Измерения проводятся для выхода любого из 4-х логических элементов И-НЕ.
1.1. Установить на входах уровни сигналов, обеспечивающие на измеряемом выходе уровень лог. «0» (т. е. две «1»). Уровень лог. «0» на входе обеспечивается путем соединения данного входа с общим проводом. Уровень лог. «1» на входе обеспечивается путем подачи на него напряжения U > 3 В от источника питания U2.
1.2. Измерить с помощью вольтметра уровень напряжения на выходе U0 при холостом ходе (без подключения нагрузки, см. рис. 5.1).

1.3. Установить на входах уровни сигналов, обеспечивающие на измеряемом выходе уровень лог. «1».
1.4. Аналогично п. 1.2. измерить с помощью вольтметра уровень напряжения на выходе U1.

Задание 2. Снятие входной характеристики
Измерения проводятся для одного входа любого из 4-х логических элементов И-НЕ.
2.1. Подать на вход напряжение от источника питания U2, включив последовательно во входную цепь амперметр (см. рис. 5.2).
2.2. Изменяя напряжение U2 от 0 до + 5 В, измерять ток во входной цепи и снять зависимость Iвх = f (Uвх). Измерения провести с приемлемой точностью (8 – 10 точек). Определить значения и направления токов, соответствующих уровням лог. «0» и лог. «1» на входе.
Задание 3. Снятие переходной характеристики
Проводится для произвольно выбранных одного входа и одного выхода любого из логических элементов.
3.1. Выбрать вход логического элемента, для которого будут проводиться измерения и установить на другом входе лог. «1».
3.2. Подать на исследуемый вход напряжение от источника питания U2.
3.3. Соединить выход логического элемента с вольтметром (см. рис. 5.3).
3.4. Изменяя ручкой плавной регулировки уровень сигнала от источника питания U2, измерять уровень выходного напряжения и снять зависимость Uвых = f (Uвх). Измерения провести с приемлемой точностью (8 – 10 точек).
Задание 4. Измерение потребляемой мощности
4.1. Подать питание на ИМС от источника U1.