Хід роботи
Завдання 1
Зібрати схему (рисунок 4), що містить у собі генератор слова (Word Generator), логічний аналізатор (Logic Analyzer), 4-х входовий індикатор із вбудованим у нього дешифратором та чотири логічних пробники. Вона демонструє взаємодію логічних вимірювальних та індикаторних пристроїв програми EWB.
Рисунок 4 – Схема демонстрації роботи вимірювальних та індикаторних пристроїв
Встановити на генераторі довільну кількість логічних слів, вказати у відповідних віконцях номер першого (Initial) та останнього (Final) слів у пакеті. Запустити схему та у по кроковому режимі (послідовними кліками на кнопці Step генератора) відслідкувати логічне слово кожного кроку на групі логічних пробників та на екрані логічного аналізатора.
Зафіксувати на пробниках інформацію, що відповідає останньому логічному слову, а на екрані логічного аналізатора – увесь пакет логічних слів, обмеживши його вертикальними курсорами червоного (1) та синього (2) кольорів. Для розміщення пакету на більшій частині поля аналізатора встановити відповідну частоту (Frequency) на генераторі слова або масштаб відображення часової діаграми на аналізаторі (Clocks per division). Приклад виконання досліджень наведено на рисунку 5.
Рисунок 5 – Приклад дослідження роботи схеми
Завдання 2
За допомогою програми Electronics Workbench (EWB) перевірити таблиці істинності та функції перемикання основних логічних елементів:
НЕ (заперечення, NOT);
І (логічне множення, кон'юнкція, AND);
АБО (логічне додавання, діз'юнкція, OR);
І-НЕ (NAND, операція Шеффера);
АБО-НЕ (NOR, операція Пірса);
XOR (виключне АБО);
XNOR (еквівалентність).
Для дослідження використовується схема, представлена на рисунку 6, яка містить 7 основних логічних елементів, підключених до логічного конвертора.
Для проведення послідовних операцій з кожним логічним елементом окремо в схемі використовуються перемикачі, що керуються з клавіатури за допомогою відповідних цифрових клавіш (від 1 до 7). Для підключення логічного елемента, необхідно включити (замкнути) його перемикач та виключити (розімкнути) всі інші. Відповідність перемикачів та логічних елементі наступна:
[1] - НЕ (заперечення, NOT);
[2] - І (логічне множення, кон'юнкція, AND);
[3] - АБО (логічне додавання, діз'юнкція, OR);
[4] - І-НЕ (NAND, операція Шеффера);
[5] - АБО-НЕ (NOR, операція Пірса);
[6] - XOR (виключне АБО);
[7] - XNOR (еквівалентність).
Рисунок 6 – Схема послідовного дослідження логічних елементів
Для отримання таблиці істинності необхідно відкрити вікно логічного конвертера, натиснути першу кнопку в розділі конвертації (Conversions), що «перетворює» схему в таблицю істинності (рисунок 7, а) та активізувати необхідну кількість вхідних сигналів, позначених літерами A, B, C, D, E, F, G, H (рисунок 7, б). Для інвертора необхідно обрати лише 1 вхід (A), для інших елементів – 2 входи (A, B).
а б
Рисунок 7 – Використання логічного конвертера
(а – кнопка конвертації, б – літери вхідних сигналів)
Для отримання функції, яка описує роботу логічного елемента, використовується друга кнопка конвертації (Conversions), що «перетворює» таблицю істинності в символьний запис функції (рисунок 8). В нижньому полі конвертера відображається функція перемикання схеми, в даному випадку відповідного логічного елемента.
Рисунок 8 – Використання логічного конвертера для отримання функції
Можна виконувати дослідження логічних елементів окремо за допомогою спрощеної схеми, приклад якої для елемента NOT наведено на рисунку 9.
Рисунок 9 – Схема дослідження окремого логічного елемента
Результати досліджень у формі таблиць істинності та символьного виразу необхідно представити у вигляді, представленому на рисунку 10.
NOT |
|
AND |
|
OR |
|
XOR |
|||||||
X |
Y |
|
X1 |
X2 |
Y |
|
X1 |
X2 |
Y |
|
X1 |
X2 |
Y |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
Y= |
|
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
Y= |
|
Y= |
|
Y= |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NAND |
|
NOR |
|
XNOR |
||||||
|
|
|
X1 |
X2 |
Y |
|
X1 |
X2 |
Y |
|
X1 |
X2 |
Y |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
Y= |
|
Y= |
|
Y= |
||||||
Рисунок 10 – Форми представлення функцій логічних елементів
Завдання 3
За допомогою програми Electronics Workbench (EWB) дослідити часові діаграми основних логічних елементів:
НЕ (заперечення, NOT);
І (логічне множення, кон'юнкція, AND);
АБО (логічне додавання, діз'юнкція, OR);
І-НЕ (NAND, операція Шеффера);
АБО-НЕ (NOR, операція Пірса);
XOR (виключне АБО);
XNOR (еквівалентність).
Для дослідження використовується схема, представлена на рисунку 11, яка містить 7 основних логічних елементів, на входи яких з генератора слів (Word Generator) подаються всі можливі набори числових кодів, а виходи підключені до логічного аналізатору (Logic Analyzer), який формує часові діаграми.
Рисунок 11 – Схема дослідження часових діаграм логічних елементів
Для отримання часових діаграм необхідно послідовно подавати вхідні комбінації на входи логічних елементів за допомогою кнопки покрокового виконання (Step) у вікні генератора слів. Логічний аналізатор в даній схемі підключення формує часові діаграми двох вхідних сигналів та 7 вихідних (по 1 на кожний логічний елемент).
Примітка. При дослідженні часових діаграм слід пам’ятати, що повинна бути дотримана відповідність вхідних і вихідних сигналів у вертикальному (відповідає за рівень сигналу) та горизонтальному (відповідає за час/тривалість сигналу) відображенні. Рівень сигналу для цифрових двійкових сигналів – це 0 (низький рівень) та 1 (високий рівень). Тривалість сигналу для досліджень такого типу характеризується такими поняттями, як такт, період (частота), циклічність.
Можна виконувати дослідження часових діаграм логічних елементів окремо за допомогою спрощеної схеми, приклад якої для елемента NOT наведено на рисунку 12.
Рисунок 12 – Схема дослідження часової діаграми окремого логічного елемента
ЗМІСТ ЗВІТУ:
найменування роботи;
мета роботи;
схеми дослідження;
відобразити результати досліджень:
завдання 1: часова діаграма досліджуваної схеми;
2) завдання 2: таблиці істинності та функції досліджуваних логічних елементів;
3) завдання 3: часові діаграми (або зведена часова діаграма) логічних елементів;
висновки;
відповіді на контрольні запитання.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ:
Що таке логічна змінна та логічний сигнал? Яких значень вони можуть набувати?
2 Що таке логічна функція?
3 Чи може бути логічним сигналом рівень напруги? Стан контакту? Світловий стан світлодіода?
ПІДВЕДЕННЯ ПІДСУМКІВ І ОЦІНЮВАННЯ РІВНЯ ЗНАНЬ: по результатам виконання, оформлення лабораторної роботи робляться узагальнені висновки і оцінюється виконання, своєчасність і правильність оформлення звіту, з виставленням оцінки по п’ятибальній шкалі в журнал.
ВИКЛАДАЧ - Т.І.Ковальова