Выполнение работы. 1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы

 

1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1997.

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб.: БХВ, 2000, 2004.

3. Уэккерли. Проектирование цифровых устройств. 2 т.

4. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

5. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. М.:Мир, 1988.

6. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства. СПб.:Изд-во «Политехника», 1996.

Component (компонент)

”74LS04D” (6 элементов «НЕ»)

”74LS08D” (4 2-х-входовых элемента «И»)

”74LS00D” (4 2-х-входовых элемента «И-НЕ»)

”74LS32D” (4 2-х-входовых элемента «ИЛИ»)

”74LS02D” (4 2-х-входовых элемента «ИЛИ-НЕ»)

”74LS86D” (4 2-х-входовых элемента «исключающее ИЛИ»)

”74LS11D” (3 3-х-входовых элемента «И»)

”74LS10D” (3 3-х-входовых элемента «И-НЕ»)

”74LS27D” (3 3-х-входовых элемента «ИЛИ-НЕ»)

”74LS21D” (2 4-х-входовых элемента «И»)

”74LS20D” (2 4-х-входовых элемента «И-НЕ»)

 

Group: CMOS (группа «Цифровые КМОП-микросхемы»)

Family: CMOS _5V (подгруппа «КМОП-микросхемы с напряжением питания 5В»)

Component (компонент)

”4081BD_5V” (4 2-х-входовых элемента «И»)

Instruments (панель инструментов)

“Functional Generator” (генератор)

“Oscilloscope” (осциллограф)

 

Описание осциллографа.

 

Программа Electronics Workbench MultiSim имитирует аналог двухлучевого запоминающего осциллографа.

Для работы с осциллографом следует на панели инструментов (Instruments) нажать левой кнопкой мыши на кнопку «Oscilloscope», поместить прибор в рабочее поле и вторично нажать левую кнопку мыши. На рабочем поле появится уменьшенное изображение осциллографа. На этом изображении имеется три входных зажима:

- боковой правый зажим ¾ вход синхронизации;

- левый и правый нижние зажимы представляют собой соответственно вход канала А (Channel A) и вход канала В (Channel В).

Двойным щелчком мыши по уменьшенному изображению осциллографа открывается рабочее изображение передней панели осциллографа.

Для проведения измерений осциллограф нужно настроить:

- задать вид отображения сигналов. Нажать кнопку «Y/T»: по вертикальной оси откладывается напряжение, по горизонтальной оси ¾ время.

- установить нужный масштаб развёртки по времени (Timebase) (горизонтальная развертка) - на панели управления горизонтальной разверткой (масштабом времени) «Scale»;

- установить нужный масштаб оси отображаемого напряжения. На поле канала А (Channel A) задать «Scale» 5В/дел (V/div), на поле канала В (Channel В) задать 2В/дел (V/div). При необходимости – скорректировать (изменить) масштаб отображаемого напряжения по каждому каналу;

- установить режим работы по входу для каждого канала. Кнопка «АС» - режим работы осциллографа с закрытым входом, кнопка «DC» - режим работы осциллографа с открытым входом.

- установить режим синхронизации: на панели Trigger нажать кнопку автоматического режима «Auto» - запуск осциллограммы производится автоматически при подключении осциллографа к схеме или при её включении.

 

 

Выполнение работы

2.1. Элементарные логические функции и логические элементы. Таблица истинности.

 

Получить у преподавателя индивидуальное задание по исследованию логического элемента. Для заданного логического элемента (“2И”, “”2ИЛИ”, “3И-НЕ”, “3ИЛИ-НЕ”, “исключающее ИЛИ”, “исключающее ИЛИ-НЕ“,” “2И-ИЛИ-НЕ” и т.д.) определить в форме таблицы выполняемую функцию (получить таблицу истинности). Таблицу оформить аналогично табл.1.

 

Таблица 1

X1	X2	X3	…	Xn	Y
			…
			…
			…
			…
…	…	…	…	…
			…

Для получения таблицы истинности собрать схему исследования своего логического элемента, аналогичную одной из изображенных на рис.1.

 

а) б)

 

Рис.1

 

Примечание:

1. По умолчанию переключатели управляются клавишей «Пробел» ([Space]). Для независимого управления переключателями следует задать разные управляющие клавиши.

2. На рис.1б изображена схема для получения таблицы истинности в динамическом режиме с использованием генераторов тактовых сигналов. В этом случае следует задать низкие частоты тактовых генераторов. Частоты должны отличаться в 2 раза.

3. Перед началом исследования таблицы истинности показать собранную схему преподавателю. После проверки таблицы истинности преподавателем схему удалить.

 

 

2.2 Измерение времени задержки. Влияние нагрузки на быстродействие элементов ТТЛ и КМОП

Время задержки измеряется с использованием логического элемента «2И» для двух типов микросхем - КМОП-микросхемы 4081BD_5V и ТТЛ-микросхемы 74LS08D. Измерение проводится в двух режимах – без нагрузки и с нагрузкой.

 

Последовательно выбрать на панели элементов заданные микросхемы в группах TTL (подгруппа 74LS) и CMOS (подгруппа CMOS_5V) и собрать по очереди схемы, приведенные на рис.2, для каждой микросхемы. На рис.2а приведена схема для измерений в режиме без нагрузки, на рис.2б - для измерений в режиме с нагрузкой.

 

При выполнении измерений установить на тактовом генератора частоту:

1 МГц – для КМОП-микросхемы 4081BD_5V

10 МГц – для ТТЛ-микросхемы 74LS08D.

 

Настройки осциллографа:

- настроить осциллограф, как описано в п.1.1.

- установить масштаб развертки по оси времени (Timebase) порядка 20-100 нс/дел;

- установить для канала А (входной сигнал) режим работы с закрытым входом (кнопка АС), для канала В (выходной сигнал) – режим работы с открытым входом (кнопка DC)

- измерения на осциллографе производить в режиме Pause или Stop с помощью разноцветных маркеров 1 и 2, расположенных по бокам экрана осциллографа.

а) б)

 

Рис.2

 

Включить схему. Произвести измерения, как показано на рис.3, где:

- время задержки при переходе выходного сигнала с высокого уровня на низкий.

- время задержки при переходе выходного сигнала с низкого уровня на высокий.

 

Рассчитать среднее времени задержки по формуле:

 

 

Результаты измерений занести в табл.2.

 

Рис.3

 

Таблица 2

ИС	Модель	, нс	, нс
ТТЛ	74LS08D
КМОП	4081BD_5V

 

Примечание. Исследуемые микросхемы содержат несколько одинаковых логических элементов. Можно исследовать любой из них.

 

 

2.3. Измерение пороговых уровней входных сигналов напряжения, соответствующих логической «1» и «0» (V_IH,V_IL). Расчет помехоустойчивости.

 

Рис.4

 

 

Собрать схему, показанную на рис.4. Пороговые значения напряжений измеряются для логического элемента «НЕ», микросхема 74LS04D.

 

На генераторе “ Functional Generator ” сформировать симметричное пилообразное напряжение низкой частоты (0.1 – 0.5 Гц). Напряжение должно меняться от 0 до 5 В. Для этого задать следующие параметры: амплитуда (Amplitude) 2.5 В, смещение (Offset) 2.5 В.

 

На осциллографе:

- развертка по оси времени – порядка 0.5 с/дел;

- режим работы – с открытым входом (DC) – оба канала;

- развертка по вертикально оси порядка 2 – 5 В/дел.

 

Включить схему. Произвести измерения и . Рассчитать помехоустойчивость по формулам:

Результаты измерений занести в табл.3.

 

Таблица 3

ИС	Модель	UILпор, В	UILmax, В	UIHпор, В	UIHmin, В	DUIL, В	DUIH, В
ТТЛ	74LS04D		0.6		2.4