Лабораторный практикум содержит основные сведения и лабораторные задания по части учебного курса «Интегральная электроника», относящейся к разделу «Цифровая


Скачать 410.9 Kb.
НазваниеЛабораторный практикум содержит основные сведения и лабораторные задания по части учебного курса «Интегральная электроника», относящейся к разделу «Цифровая
страница1/3
Дата публикации09.05.2013
Размер410.9 Kb.
ТипДокументы
referatdb.ru > Математика > Документы
  1   2   3




Лабораторный практикум содержит основные сведения и лабораторные задания по части учебного курса «Интегральная электроника», относящейся к разделу «Цифровая электроника», и предназначен для студентов специальностей «Радиофизика» и «Физическая электроника».

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО

СТЕНДА УМ 11

Лабораторный стенд УМ 11 предназначен для изучения логических элементов ИМС серии К155, а также цифровых устройств на их основе или выполненных в виде специализированных микросхем этой серии.

Стенд УМ 11 настольного типа, на лицевой панели которого размещены элементы управления и гнезда наборного поля. Необходимая коммутация на панели осуществляется специальными соединительными проводами.

Задающая часть стенда состоит из генератора синхроимпульсов, генератора единичных импульсов и элемента задержки.

Генератор синхроимпульсов состоит из задающего генератора импульсов с частотой следования 1 мГц и скважностью 2 и распределителя импульсов, формирующего две импульсные последовательности СИ1 и СИ2 частотой 500 кГц и сдвинутые относительно друг друга на половину периода. Нагрузочная способность каждого выхода генератора – 30.

Генератор одиночных импульсов – синхронизируемый и вырабатывает одиночный импульс при нажатии кнопки «Пуск» с приходом первого перепада 1  0 на гнезде «Синхр». Длительность генерируемого импульса высокого или низкого уровня – 500 нс. Импульсы синхронизации можно брать с любого гнезда генератора синхроимпульсов.

Элемент задержки выполнен на линии задержки типа ЛЗТ-1,0-600 и может формировать задержки 0,1; 0,2; …; 0,9; 1,0 мкс в зависимости от положения переключателя на лицевой панели.

Логические элементы представлены на лицевой панели их обозначениями и гнездами входов и выходов. Логические элементы на панели макета имеют сквозную нумерацию от 1 до 31.

Универсальные JK- и D-триггеры также имеют сквозную нумерацию от 1 до 12, причем обозначения триггеров выполнены другим цветом.

Основные параметры всех логических элементов и триггеров приведены в табл. 1.

Уровню логической «1» соответствует напряжение в пределах + (2,4 … 4,5) В, уровню логического «0» напряжение + (0 … 0,4) В.
^ Наличие незадействованного входа в элементе И–НЕ равносильно подаче на него логической «1». Если число неиспользованных входов элемента не более двух, то допускается оставлять их свободными. При этом задержка распространения сигнала увеличивается на 3 нс на каждый свободный вход.

Таблица 1

Тип ИМС

Количество ИМС

Количество ЛЭ

Функция

Нагрузочная способность

Номер на панели

К155ЛА3

2

8

ЛЭ 2И–НЕ

10

11…14

20…23

К155ЛА4

2

6

ЛЭ 3И–НЕ

10

17…19

26…28

К155ЛА1

2

4

ЛЭ 4И–НЕ

10

15, 16, 24, 25

К155ЛА6

1

2

ЛЭ 4И–НЕ

30

29, 30

К155ЛА2

1

1

ЛЭ 8И–НЕ

10

31

К155ЛР1

2

4

^ ЛЭ 2–2И–2ИЛИ–НЕ

10

1, 2,

5, 6

К155ЛР3

2

1

ЛЭ 2–2–2–3И–4ИЛИ–НЕ

10

7, 10

К155ЛП1

2

4

Расширитель 4И по ИЛИ



3, 4,

8, 9

К155ТВ1

4

4

JK-триггер

10

1…4

К155ТМ2

4

8

D-триггер

10

5…12


Тумблерный 8-разрядный регистр на лицевой панели предназначен для задания парафазным кодом логических уровней 1 и 0. При включении тумблера в верхнее положение на верхнем гнезде пары гнезд присутствует сигнал логической «1», на нижнем гнезде – логического «0». При переводе тумблера в нижнее положение значения сигналов в гнездах меняются на противоположные.

Восемь элементов индикации предназначены для подключения к выходам любого элемента с помощью коммутирующих проводов.

Индикатор засвечивается от сигнала логической «1».

При работе с макетом ЗАПРЕЩАЕТСЯ выходы элементов подсоединять к гнездам «+» и «», а также к выходам других элементов.

Включение макета осуществляется последовательно двумя тумблерами «Сеть» и «+5В», расположенными на задней стенке макета.
Лабораторная работа № 1

^ БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТТЛ

Цель работы: изучение логических возможностей элементов И–НЕ, ИЛИ–НЕ и их основных параметров.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе развития микросхемотехники выделилось несколько типов логических элементов, имеющих хорошие характеристики и удобных для реализации в интегральном исполнении. Они служат элементной базой современных цифровых микросхем. Базовые элементы выпускаются в виде отдельных микросхем (МИС), либо входят в состав функциональных узлов и блоков, реализованных в виде СИС, БИС, СБИС.

Серия цифровых интегральных микросхем (ИМС) К155 включает в себя логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, мультиплексоры и другие цифровые устройства, что позволяет считать ее универсальной. Серия содержит ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) со средним потреблением мощности и средним быстродействием.

Логические элементы как часть микросхемы оцениваются по следующим основным параметрам: быстродействию, напряжению питания, потребляемой мощности, коэффициенту разветвления по выходу, коэффициенту объединения по входу, помехоустойчивости и другим.

Быстродействие микросхемы характеризуется максимальной частотой смены входных сигналов, при которой еще не нарушается ее работоспособность.

Инерционность полупроводниковых приборов и паразитные емкости приводят к растягиванию фронтов импульсов и к отставанию выходных импульсов относительно входных.

Для оценки временных свойств микросхем существуют несколько параметров. На практике обычно пользуются так называемой задержкой распространения сигнала, которая представляет собой интервал времени между входным и выходным импульсами, измеренными на уровне 0,5 (рис. 1.1). Времена задержки распространения сигнала при включении и при выключении близки, но не равны.

Обычно пользуются усредненным параметром

.

Р
ис. 1.1.

Коэффициент разветвления по выходу N (нагрузочная способность – это параметр, определяющий максимальное число входов элементов данной серии, которыми можно нагружать выходы микросхемы без нарушения ее нормального функционирования.

Все логические элементы, представленные на стенде, имеют коэффициент разветвления N = 10, кроме ЛЭ № 29, 30, с повышенной нагрузочной способностью, имеющих N = 30.

^ Коэффициент объединения по входу М – это число входных выводов, предназначенных для реализации логической функции. В микросхемах серии К155 представлен набор ЛЭ типа И–НЕ с М = 2 … 8.

Применительно к ЛЭ И-ИЛИ-НЕ увеличение М может быть получено с помощью логических элементов (№ 1, 2, 7, 10), к которым подключаются специальные расширители (№ 3, 4).

Например, если к ИМС К155ЛР1 с логической структурой 2–2И–2ИЛИ–НЕ подключить 4-входовой расширитель по ИЛИ (один из двух ЛЭ микросхемы К155ЛП1), то логическая структура расширится до 2–2–4И–3ИЛИ–НЕ.

^ Функциональная полнота логических элементов. В серии К155 представлено несколько функционально полных систем (ФПС) ЛЭ.

Р
ис. 1.2

ФПС, или элементным базисом, называется такой набор ЛЭ, на базе которого можно построить логическую схему любой сложности. Базис считается минимальным, если удаление хотя бы одного из входящих в него ЛЭ превращает его в функционально неполный. ФПС, состоящая из элементов НЕ, И, ИЛИ, не является минимальной, так как исключением из нее элементов либо И, либо ИЛИ получаются минимальные базисы И–НЕ, ИЛИ–НЕ соответственно. На рис. 1.2 показана реализация логических операций И, ИЛИ, НЕ в базисе И–НЕ.
^ ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

  1. Ознакомиться с лабораторным стендом УМ 11 по приведенному выше описанию.

  2. Установить экспериментально функциональную полноту ЛЭ ИЛИ–НЕ, выполнив на их основе логические схемы, реализующие операции НЕ, И, ИЛИ (использовать элементы № 1, 2, 5, 6).

  3. Проверить на функционирование ЛЭ 2–2И–2ИЛИ–НЕ (ИМС К155ЛР1). Оценить логические возможности элемента, подключив к нему расширитель по ИЛИ (один из ЛЭ ИМС К155ЛП1). Входные логические уровни 0 и 1 задавать тумблерным регистром, выходные уровни определять при помощи индикатора.

  4. В базисе И-НЕ собрать логическую схему для выполнения одной из следующих функций (по указанию преподавателя):

1) ; 2) ;

3) ; 4) ;

5) ; 6) .

Правильность функционирования схемы установить по таблице истинности (составить самостоятельно).

  1. Снять экспериментально (с помощью осциллографа) зависимость и от коэффициента нагрузки Кн (количества подключенных к выходу входов других логических элементов, изменяя его от 0 до 10) для ЛЭ 2И–НЕ (ИМС К155ЛА3).

  2. О
    ценить экспериментально (с помощью двухлучевого осциллографа) среднее время задержки распространения сигнала для логического элемента 2И–НЕ по контрольным точкам КТ1 и КТ2 схемы, представленной на рис. 1.3:

Рис. 1.3.
^ СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

  1. Структурные схемы и таблицы истинности по п. 2 … 4 лабораторного задания.

  2. Зависимость выходного напряжения ЛЭ от величины нагрузки, схема измерения.

  3. Схема измерения задержки распространения сигнала ЛЭ и расчет его величины.

Литература: [1], [2], [3].


Лабораторная работа № 2

^ СИНТЕЗ МИНИМИЗИРОВАННЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНО-УСТОЙЧИВЫХ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ

Цель работы: освоение процедуры логического синтеза минимизированных алгоритмически устойчивых комбинационных схем и их аналитическое и экспериментальное исследование.

^ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Функция называется булевой или логической (ЛФ), если она сама и ее аргументы принимают значения из множества {0, 1}.

Функция m переменных, определенная на всех 2m их возможных наборах, называется полностью определенной. Если ЛФ не определена на некоторых наборах, то она называется недоопределенной.

^ Способы представления ЛФ. Булева функция может быть задана (представлена) словесно, таблично, аналитически, с помощью карт Карно.

Словесно описываются только простые ЛФ.

При табличном способе ЛФ задается таблицей истинности, в которой указаны все возможные наборы переменных и соответствующие им значения функции.

Аналитически (в виде формул) ЛФ может быть записана в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ) и в совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ).

^ Нормальная форма – это запись ЛФ в базисе И, ИЛИ, НЕ.

Запись булевой функции в СДНФ, заданной таблично, производится по следующему алгоритму:

  • в таблице истинности выделяются строки, для которых значение функции равно единице;

  • для выделенных строк записывают минтермы (конституенты 1), т. е. произведения аргументов, причем если какой-нибудь аргумент в строке равен нулю, то берется его отрицание;

  • записывается логическая сумма полученных минтермов.

Представление булевой функции в СКНФ основано на понятии макстерма (конституенты 0).

Для записи булевой функции в СКНФ необходимо:

  • в таблице истинности выделить строки, для которых значение функции равно нулю;

  • для выделенных строк записывают макстермы, т. е. сумму аргументов, причем если какой-нибудь аргумент в строке равен единице, то берется его отрицание;

  • записывается логическое произведение полученных макстремов.

Например, для функции неравнозначности y(x1, x2), заданной таблично (табл. 2.1), ее аналитическое представление будет иметь вид:

СДНФ ,

СКНФ .
Таблица 2.1

Номер набора

x1

x2

y

Минтермы

мi

Макстермы

Мi

0

0

0

0





1

0

1

1





2

1

0

1





3

1

1

0






Булева функция, заданная таблично или аналитически, может быть изображена на карте Карно, представляющей собой прямоугольник, разбитый на 2m клеток, где m – число аргументов функции.

Если функция записана в СДНФ (наиболее употребляемой), то для отображения ее на карте Карно в клетки, «координаты» которых соответствуют минтермам, вписывают единицы, в остальные клетки записывают нули (и другие символы – для недоопределенных функций).

Если ЛФ задана в СКНФ, то в клетки карты Карно, соответствующие макстермам, вписывают нули, а в остальные – единицы и другие символы. Нужно заметить, что в этом случае в «координатах» клеток переменные проставляют в инверсных значениях.

На рис. 2.1 показано отображение на картах Карно функции неравнозначности, заданной в СДНФ (а) и СКНФ (б).



















0

1






0

1



1

0






1

0



а б

Рис. 2.1.
  1   2   3

Похожие рефераты:

В. С. Садов интегральная элнктроника
«Электроника и схемотехника средств защиты информации», относящейся к разделу «Цифровая электроника», и предназначен для студентов...
Практикум для студентов специальности 1-25 01 07 «Экономика и управление на предприятии»
Практикум содержит отдельные темы курса, в которых предложены краткие методические рекомендации, включающие основные понятия, показатели,...
Практикум для студентов специальностей 1-36 01 01 «Технология машиностроения»
Практикум содержит планы занятий, практические задания, контрольные вопросы по темам курса, тестовые задания, темы рефератов
4. раздел. Лабораторные работы (лабораторный практикум)
Лб №1 Логико-математический анализ определений понятий и объектов, основные этапы их формирования
4. Раздел лабораторные работы (лабораторный практикум)
Составленная программа в среде Fortran 5 и С++, реализующая соответствующую задачу
Лабораторный практикум по дисциплине «физика» Раздел «механика»
Лабораторный практикум по дисциплине «Физика» / П. В. Аста­хов, В. А. Зыкунов, А. И. Кравченко. — Минск : рцсиЭ, 2009. — 24 с
Учебно-методический комплекс по курсу «математический анализ» для...
Структура каждой части содержит требования образовательного стандарта Высшего образования, содержание курса, краткий лекционный курс,...
Белорусско-российский университет
...
Настоящий лабораторный практикум по курсу «Основы радиоэлектроники»...
Настоящий лабораторный практикум по курсу «Основы радиоэлектроники» предназначен для студентов, обучающихся по специальностям 1-31...
4. Раздел. Лабораторные работы (Лабораторный практикум)
Лабораторная работа № Метод половинного деления, метод простой итерации, метод касательных, метод хорд и комбинированный метод

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза