Лабораторный стенд
1. В.П. Битюцкий. Проектирование автоматов: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория автоматов» / Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 44 с. 2. Лупал А. М. Теория автоматов. Учеб. пособие/СПб ГУАП. СПб., 2000. – 119 с., ил. 3. В. Г. Лазарев, Е. И. Пийль Синтез управляющих автоматов. -3-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 328 с. 4. Ю. Г. Карпов Теория автоматов. –СПб.: Питер, 2002. – 224 с.
Министерство высшего и специального образования РФ
Кафедра информационных систем Исследование логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и триггеров.
Методические указания к лабораторным работам по курсу “Аппаратные средства ПЭВМ” для студентов 1 курса специальности 351400 " Прикладная информатика (в экономике)"
Тверь 1999 Лабораторная работа 1
Исследование логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и триггеров. Цель работы: закрепить теоретические знания об элементах, научиться собирать исследуемые схемы на лабораторном стенде, получить навыки в оценке их свойств и характеристик. Лабораторный стенд. Лабораторный стенд включает следующие основные компоненты - набор микросхем с основными функциональными элементами, - генератор прямоугольных импульсов частотой 1 Мгц и 500Кгц, - генератор одиночных импульсов (ГОИ), - элементы индикации и управления, - источник питания. Основные операции при работе со стендом выполняются на верхней панели. Сюда выведены все входные и выходные клеммы микросхем, генераторов, индикаторов. В качестве индикаторов используются светодиоды, расположенные в нижней части панели. Для выполнения необходимых соединений используются провода со штырьками, которые вставляются в гнезда верхней панели, соединенные с выводами элементов стенда. Используются микросхемы ТТЛ типа, серии К155. Они имеют следующие основные характеристики: -напряжение логического нуля U0 на выходе элемента - менее 0, 4В, -напряжение логической единицы U1 на выходе элемента- более -2, 4 В, -потребляемая мощность - 20-110Вт, -напряжение питания - +5В. На не подключенном к внешним цепям входе микросхемы сохраняется состояние логической единицы. Для получения одиночного импульса на выходе ГОИ необходимо его вход ”синхр” соединить с выходом генератора импульсов необходимой частоты и нажать кнопку на панели ГОИ. Включение стенда производится тумблерами на его задней стенке.
Логические элементы в интегральном исполнении. Логические элементы в интегральном исполнении предназначены для работы с сигналами в потенциальной форме. Они могут выполняться по логике разных типов. Тип логики влияет на характеристики элемента. В интегральных микросхемах чаще используют кремниевые транзисторы п-р-п-тппа. Ниже приводятся некоторые упрощенные схемы логических элементов различных типов.
По сравнению с ДТЛ-элементами элементы ТТЛ обладают более высоким быстродействием.
Транзистор Т1 будет в инверсном режиме, транзистор Т2 - в режиме насыщения. Коллекторный ток транзистора Т1 втекает в базу транзистора Т2, оставляя последний в режиме насыщения. Таким образом, на выходе будет напряжение низкого уровня U0, т. в. логический 0. Если на один из входов подано напряжение U0, то потенциал базы транзистора Т1 , станет выше потенциалов эмиттера и коллектора, поэтому Т1 окажется в режиме насыщения и ток базы замкнется через эмиттерные переходы и не поступит в его коллектор, а следовательно, и в базу Т2. Поэтому транзистор Т2 будет закрыт, а на его выходе — напряжение высокого уровня (логическая 1). Таким образом, элемент выполняет операцию И - НЕ.
В логических схемах на полевых транзисторах используют только МОП-транзисторы с диэлектриком SiO. Основные преимущества схем на МОП -транзисторах по сравнению с другими схемами - высокая степень интеграции и повышенная помехоустойчивость.
Если на вход хотя бы одного транзистора подать напряжение, превышающее пороговое (соответствующее логической 1), то этот транзистор откроется и появится ток стока. Тогда на выходе схемы будет напряжение, значительно меньшее порогового, что соответствует логическому 0. Следует отметить, что схемы на МОП-транзисторах менее быстродействующие, чем на биполярных. Это связано со скоростью перезарядки выходной емкости, которая весьма значительна.
Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ). Основу этой группы ИМС составляет переключатель тока, представляющий собой ключевой элемент на транзисторах с объединенным эмиттером. Такие логические ИМС наиболее быстродействующие.Их конструкция здесь не рассматривается. На рисунке 5 показано обозначение элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, а в таблице 1 –соотношение между их входными и выходными сигналами.
|
Тверской государственный технический университет
Логический элемент И - НЕ диодно-транзисторной логики (ДТЛ).
Логический элемент И - НЕ для сигналов положительной полярности показан на рис. 1. Он представляет собой соединение через диоды Дс двух элементов: диодного элемента И и транзисторного элемента НЕ. При анализе работы элемента необходимо иметь ввиду, что в схеме используется кремниевый транзистор, который переходит в режим отсечки при напряжении базы менее 0, 6В.
При повышении напряжения он быстро переходит в режим насыщения. Напряжение между эмиттером и коллектором в этом случае снижается до 0, 4В. Рассмотрим работу элемента.. Если на все входы подано напряжение U1 (логическая 1), все диоды (Д1, Д2, Д3) будут закрыты и ток в цепи: источник E1, резистор R1, открытые диоды Дc, пройдет в базу транзистора. В следствие падения напряжения на резисторе R1 потенциал базы окажется несколько ниже потенциала E1, но выше 0, 6 В, так что транзистор будет находиться в режиме насыщения. На выходе элемента НЕ установится низкое напряжение, соответствующее логическому 0. Если хотя бы на один вход (например Вход 1) будет подано напряжение U°, то соответствующий диод будет открыт. Ток от источника E1 будет проходить через резистор R1. Часть тока замкнется через открытый диод Д1 , источник входного сигнала, часть — через смещающие диоды Дс, резистор R2 , транзистор. При этом элемент рассчитывают таким образом, чтобы потенциал базы из за падения напряжения на R1 и Дс становился бы менее 0, 6 В. В этом случае транзистор будет закрыт и на выходе элемента НЕ напряжение окажется равным Eк , т. е. получим логическую 1.
Логический элемент ИЛИ-НЕ диодно-транзисторной логики показан на рис 2. Принцип действия его состоит в следующем. Если хотя бы на один из входов подается потенциал логической единицы, то соответствующий диод открывается и этот потенциал передается на базу транзистора. Транзистор переходит в состояние насыщения и на его выходе установится низкое напряжение т.е. U0. Если все входные сигналы нулевые, то потенциал базы менее 0, 6В, транзистор в состоянии отсечки и на выходе - напряжение логической единицы.
Логический элемент И - НЕ транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Простейший элемент И - НЕ показан на рис. 3. Он состоит из двух частей: элемента И на многоэмиттерном транзисторе Т1 и элемента НЕ на транзисторе Т2. Три эмиттерных перехода Т1 , подключенных к входу элемента, выполняют функции входных диодов (Д1, Д2, Д3) в схеме (рис. 3).
Элемент выполнен по технологии интегральных микросхем, поэтому он не содержит реактивных элементов. Рассмотрим принцип работы подобных схем. Если на все входы подать напряжение U1, то все эмиттерные переходы сместятся в обратном направлении. Потенциал коллектора транзистора Т1 окажется близким к нулю, переход база - коллектор будет смещен в прямом направлении за счет источника +Eк .
Логический элемент ИЛИ — НЕ п-каналъной МОП-транзисторной логики (МОПТЛ)..
Рассмотрим схему ИЛИ — НЕ на МОП-транзисторе с индуцированным п-каналом (рис. 4). В отличие от рассмотренных ранее схем, в ней вместо нагрузочного резистора rк имеется МОП-транзистор (на схеме рис. 4 он обозначен Тк ). Это связано с тем, что нагрузочный резистор сильно увеличил бы площадь схемы. Логические транзисторы Т1 и Т 2 включены параллельно. Входное напряжение на каждом из них равно напряжению затвора, выходное напряжение равно напряжению стока. Если на оба входа подать напряжение меньше порогового (соответствующее логическому нулю), то транзисторы Т1 и Т2 окажутся закрытыми, а ток стока — практически равным нулю. При этом ток стока нагрузочного транзистора Тк тоже будет равен нулю. Поэтому на выходе установится напряжение, близкое к напряжению источника питания Ес и соответствующее логической 1.
