4. Методические указания

6.1. Перед включением напряжения питания поставьте тумблеры SA1,…SA4 (см. рис.4) в положение «ВЫКЛ.» (флажок вниз). Проконтролируйте подачу питания по загоранию соответствующего светодиода. Помните, на неподключенном входе логического элемента присутствует потенциал (2,4…3)В, равносильный сигналу лог.1. Убедитесь в исправности исследуемых элементов по светодиодам VH1,…VH4, включенным на выходы элементов. Соблюдайте правила безопасности! Запрещается соединять коммутационные гнёзда на выходах элементов с корпусом стенда либо с гнездом X15 ( ). Гнёзда X15 и X16 предназначены для подключения осциллографа (внешней его синхронизации).

Таблица 4.2

6.2. При выполнении задания руководствуйтесь методикой анализа, изложенной на примере анализа свойств элемента и-не.

Наиболее просто зависимости выходных сигналов от входных задать с помощью карт Карно (матриц булевых функций). Ознакомиться с правилами построения карт Карно можно по [2]. При анализе уясните однозначное соответствие между УГО элемента и реализуемой им функцией, то есть её алгебраическим выражением. Используйте это соответствие для адекватного перехода от функциональной схемы к логическому её описанию и обратно, от логического описания к функциональной схеме.

Поскольку в лабораторной установке используется ограниченное по номенклатуре число микросхем, то для исследования многофункциональных элементов (см. табл. 4.2) и даже элементов поз. 4, 6 и 7, табл.4.1 требуется предварительно составить их функциональные эквивалентные схемы. А затем, собрав схему на лицевой панели субблока, провести исследования.

Чтобы найти УГО элемента при соглашениях отрицательной логики, запишите алгебраическое выражение реализуемой им функции и примените к нему законы де Моргана. По полученному выражению составьте условное графическое обозначение. Правила формирования УГО легко уяснить, сопоставляя рис.1,а с выражением (1) и рис.1, г с выражением (2) для функции И-НЕ. Следуйте рекомендациям и требованиям ГОСТов [4,5].

6.3. Анализ работы логических элементов в динамическом режиме провести с учетом тех последовательностей сигналов, которые можно получить в лабораторной установке. При этом руководствуйтесь диаграммами, приведёнными на рис.4,б. Обратите внимание на соотношение длительностей импульсов (лог.0) и пауз (лог.1) сигнала X₁. Эти соотношения следует выдерживать при построении диаграмм. Кроме того, длительности задержек t¹⁰_зд.р. и t⁰¹_зд.р. для микросхем К155 достаточно малы по сравнению с длительностями сигналов (составляют порядка десятков наносекунд), поэтому диаграммы допускается вычерчивать упрощенно, пренебрегая длительностями переходов. То есть переход от одного уровня к другому можно показывать скачком. Временные диаграммы в отчете можно привести только для многофункционального логического элемента согласно индивидуальному заданию по табл.4.2. Как видно, в табл.4.2 приведены трехвходовые элементы, у которых только два из трех входов логически равнозначны.

Эксперименты поставить для трех случаев, когда последовательности X₁, X₂ и X₃ (см. рис. 4,б) меняются («местами») только на логически неравнозначных входах. В начале постройте диаграммы, а затем проведите эксперимент.

Определите по диаграммам временные параметры выходных последовательностей через параметры входных последовательностей для каждого из трех случаев. Под «параметрами» некоторой последовательности импульсных сигналов понимать: длительности импульсов и пауз; частоту следования импульсов (либо период их следования); длительность цикла изменения сигналов и др. Примите за единицу времени длительность одного такта ∆t, равного периоду следования импульсов с выхода генератора D1 (см. рис.4,а). Отобразите эти параметры на приводимых диаграммах.

Правила построения, требования к оформлению временных диаграмм изложены в Приложении 2.

Ознакомившись с электрическими параметрами логических элементов, зафиксируйте стандартные уровни напряжений лог.0 и лог.1, граничные уровни напряжений перехода элемента из состояния лог.1 в состояние лог.0 и обратно. Зафиксируйте также времена задержек t⁰¹_зд.р. и t¹⁰_зд.р., рассчитайте граничную частоту переключения одного из элементов (по Вашему выбору). Все данные сведите в таблицу.

6.4. Выводы по результатам выполнения работы должны быть сделаны относительно функциональной полноты того или иного набора из рассмотренных логических элементов, о методике построения условных графических обозначений и схем на логических элементах, о применении логических элементов для преобразования сигналов. Вывод о применении можно сделать только на основе анализа временных диаграмм выходных сигналов в сравнении с диаграммами входных сигналов и сопоставлении их параметров.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные двухместные функции алгебры логики и логические элементы их реализующие. Приведите УГО этих элементов.

2. Как доказать функциональную полноту некоторого набора логических элементов? Докажите функциональную полноту набора, состоящего только из элементов ЗАПРЕТ (ИМПЛИКАТОР).

3. Что означает соглашения «положительной» и «отрицательной» логики? Приведите УГО одного и того же элемента, но при соглашениях положительной и отрицательной логики.

4. Каким образом можно построить функциональную схему некоторого логического устройства, зная его логическое описание на языке булевой алгебры? Приведите пример.

5. Как найти логическое описание (в виде булевского выражения) некоторого логического устройства по его функциональной схеме? Приведите пример.

6. Для каких преобразований входных последовательностей сигналов можно использовать логические элементы? В чем эти преобразования проявляются?

7. Какие метки используются на условном графическом обозначении логических элементов для указания основной функции, реализуемой элементом? Какие указатели применяют для отображения характера зависимости выходного сигнала от входного сигнала?

Работа 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛНЫХ ДЕКОДЕРОВ