Лабораторная работа № 9
Цель работы: На практике исследовать логические элементы «И», «ИЛИ», «НЕ»; снять и заполнить таблицы истинности исследуемых логических элементов.
Оборудование и аппаратура:
1. Лабораторный макет № 9.
2. Осциллограф учебный.
Методические указания:
В последние годы в бытовой радиотелевизионной аппаратуре широко внедряются логические элементы. Цифровым или логическим элементом называется электронное устройство, у которого сигнал на выходе связан с входными сигналами по определенному логическому закону. Логическая переменная — это электрический сигнал, принимающий два различных значения. Одно из них называется логической единицей, другое - логическим нулем. Переход от единицы к нулю, наоборот происходит скачкообразно, т, е, сигналы имеют импульсный характер. Поэтому для описания состояния различных цифровых устройств применяется двоичный код, использующий только две цифры 1 и 0. Обычно высокий уровень напряжения соответствует логической единице, низкий уровень - нулю. Основными логическими элементами, используемыми о цифровой технике, являются: «И», « ИЛИ»,«НЕ». Другие, более сложные, логические элементы образуются путем различного сочетания этих трёх основных элементов.
Логический элемент «И» выполняет операцию логического умножения (конъюнкции) двух или более логических переменных. Элемент «И» — это схема, на выходе которой логическая единица будет только тогда, когда на всех ее входах будут единицы. Если имеется нуль хотя бы на одном из входов, то на выходе тоже будет нуль. Если схема «И» содержит два входа, ее называют «2И». Операция «И» обозначается символом &.
Рассмотрим принцип действия схемы «И», приведенной на рисунке 9.1 а, 6. Если на оба входа поданы положительные импульсные напряжения, по амплитуде несколько большие, чем напряжение источника питания GB, то диоды VD1, VD2 закрыты, тока в цепи нет, и на выходе схемы имеется полное напряжение источника питания GB, т. е. высокий потенциал. Если же на одном из входов, например, на входе 1, напряжение сигнала отсутствует, то через диод VD1 протекает ток, и на резисторе R3 возникает напряжение. Большая часть напряжения источника падает на резисторе R3, а на выходе оно будет близким к нулю, т. е. низкий потенциал. Логические преобразования, осуществляемые элементом «2И», представлены таблицей истинности на рисунке 9.1, в.
Рисунок 9.1. Элемент «2И»:
а — условное обозначение; б — схема
элемента; в — таблица истинности.
Логический элемент «ИЛИ» выполняет операцию логического сложения (дизъюнкции) двух или более логических переменных. Элемент «ИЛИ» (рисунок 9.2, а) — это схема, на выходе которой логическая единица будет тогда, когда есть единица хотя бы на одном из ее входов. Операция «ИЛИ» обозначается символом 1. Рассмотрим принцип действия схемы «ИЛИ», приведенной на рисунок 9.2, б. Если на входы схемы не поступают сигналы, то на выходе сигнал отсутствует. Если на одном из входов, например на входе 1, появляется положительный импульс напряжения, то диод VD1 открывается, на выходе появляется также положительный импульс напряжения. Так как сопротивление диода в открытом состоянии мало, то выходной импульс имеет амплитуду, примерно равную амплитуде входного импульса. Если импульсы поступают одновременно на несколько входов, то выходной импульс имеет амплитуду, равную амплитуде наибольшего импульса.. Таблица истинности элемента «ИЛИ» представлена на рисунке 9.2, в.
Рисунок 1.2. Элемент «ИЛИ»: а — условное обозначение, б — схема элемента; в — таблица истинности.
Логический элемент «НЕ» (рисунок 9. 3, а) — это логическая схема, у которой сигнал на выходе противоположен по фазе сигналу на входе. Это значит, что при входном сигнале логического нуля на выходе будет единица и наоборот. Элемент «НЕ» может находиться как на входе, так и на выходе какой-либо схемы, т. е. он может изменять фазу как входною, так и выходного сигнала. Инверсия сигнала обозначается у вывода элемента в виде кружочка.
Рассмотрим принцип действия схемы «НЕ», собранной на транзисторе и приведенной на рисунке 9. 3, б. Пока на вход 1 поступает сигнал логического нуля, транзистор VT1 закрыт и сигнал на выходе 2 соответствует логической единице. Если же сигнал на входе примет значение логической единицы, то транзистор откроется, и уровень напряжения на выходе резко понизится, т. е. примет значение логического нуля. Таблица истинности элемента «НЕ» представлена на рисунке 9. 3, в.
| Рисунок 9. 3.Элемент «НЕ»: а - условное обозначение, б - схема элемента, в - таблица истинности. |
В цифровой технике наиболее широкое применение получили сочетания логических элементов «И» и «НЕ» и построенные из таких ячеек различные триггеры.
Порядок выполнения работы:
1. Включить БП-1 и БП-2 лабораторного макета тумблерами "Вкл".
2. Включить логический элемент «И» с помощью кнопки "Выбор элем." на сменном блоке.
Снять таблицу истинности для элемента «И». Для этого на входы А и В подать попеременно логические сигналы «1» и «0» с помощью кнопок "Входы" на сменном блоке. Контроль этих сигналов производить прибором MB. Этим же прибором для каждой комбинации входных сигналов измерять уровень выходного сигнала на выходе У. Коммутацию MB производить переключателем "MB" на сменном блоке. Полученные результаты занести в таблицу 9. 1.
Таблица 9. 1.
| Вход | Выход | ||||
| А | В | У | |||
| Уровень напряжения, В | Логический сигнал | Уровень напряжения, В | Логический сигнал | Уровень напряжения, В | Логический сигнал |
4. Включить попеременно логические элементы «ИЛИ», «НЕ» на сменном блоке и в каждом случае повторить п.З.
5. Оформить отчет по работе.
Содержание отчета:
1. Название, цель и оснащение лабораторной работы.
2. Схемы измерений.
3. Составленные таблицы истинности логических элементов с результатами измерений.
4. Выводы по работе. 
Теоретические вопросы для подготовки к лабораторной работе:
1. Что такое логическая переменная?
2. Что такое логическая «1» и логический «0»?
3. Дать определение логического элемента «И».
4. Дать определение логического элемента «ИЛИ».
5. Дать определение логического элемента «НЕ».
6. Что такое таблица истинности?
7. Условные графические обозначения логических элементов.
