Цифровые устройства Порядок выполнения 1. Логические элементы Логические элементы следует реализовывать на основе двухвходовых элементов И-НЕ расположенных в середине нижней части схемы. Для упрощения сборки схем следует учесть, что к каждому входу элемента присоединено два гнезда, что позволяет создавать разветвления. Для контроля состояния на выходе устройств следует использовать блок «контроль выхода» в правой части стенда. Для подачи на вход «1» следует соединить его с помощью гибкого проводник с одной из клемм обозначенных «1», «0» - с одной из клемм обозначенных «0» или соединенных со значком земля. Обратите внимание, что все входные клеммы должны быть соединены либо с «0», либо с «1». Логические элементы И-НЕ, на основе которых будут реализовываться остальные схемы, выполняют логическую операцию Y = X 1⋅X 2 , (1) где X 1 , X 2 - входы, Y - выход. 1.1. Элемент НЕ Элемент НЕ реализуется в соответствие с выражением Y = X⋅X =X , которому соответствует схема, представленная на рис. 1. (2) Рис. 1. Схема реализующая элемент НЕ Соберите схему, представленную Рис. 1. Подавая на вход соответствующие сигналы, заполните табл. 1 Табл. 1 Таблица истинности для элемента НЕ X Y 0 1 1.2. Элемент И-НЕ Соберите схему, представленную Рис. 2. Подавая на вход соответствующие сигналы, заполните табл. 2 Рис. 2. Схема реализующая элемент И-НЕ Табл. 2 X1 Таблица истинности для элемента И-НЕ X2 0 0 0 1 1 0 1 1 Y 1.3. Элемент И Элемент И реализуется в соответствие с выражением Y = X 1⋅X 2= X 1⋅X 2 , которому соответствует схема, представленная на рис. 3. (3) Рис. 3. Схема реализующая элемент И Соберите схему, представленную Рис. 3. Подавая на вход соответствующие сигналы, заполните табл. 3 Табл. 3 Таблица истинности для элемента И X1 X2 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 1.4. Элемент ИЛИ Элемент ИЛИ реализуется в соответствие с выражением Y = X 1⋅X 2= X 1+ X 2 , которому соответствует схема, представленная на рис. 4. (4) Рис. 4. Схема, реализующая элемент ИЛИ Соберите схему, представленную Рис. 1. Подавая на вход соответствующие сигналы, заполните табл. 1 Табл. 4 Таблица истинности для элемента ИЛИ X1 X2 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 2. Триггеры 2.1. Асинхронный SR-триггер Асинхронный SR-триггер представляет собой простейший элемент памяти. Вход S «Set» переводит его в состояние «1», вход R - «Reset» - в «0», при отсутствии входных сигналов триггер хранит предыдущее состояние. Уравнение описывающее работу RS-триггера имеет вид Y n=( Y n−1+ S )⋅R , (5) где Y n - новое состояние SR-триггера, Y n−1 - состояние SR-триггера в предыдущий момент вресени. Для исследования асинхронного SR-триггера соберите схему представленную на Рис. 5. Результаты измерений сведите в таблицу аналогичную Табл.5. Значения в столбец Y n−1 переписываются из предыдущей строки столбца Y n . Рис. 5. Схема, реализующая асинхронный SR-триггер Табл. 5 S Таблица переходов для асинхронного SR-триггера R Y n−1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Yn 0 2.2. Синхронный SR-триггер Синхронный SR-триггер работает аналогично асинхронному, однако он имеет дополнительный вход С, предназначенный для синхронизации работы множества совместно работающих устройств. Смена состояния синхронного триггера возможна только при поступлении импульсного сигнала на вход синхронизации. При отсутствии этого сигнала триггер на входные сигналы не реагирует, а сохраняет предыдущее состояние. Для исследования синхронного SR-триггера соберите схему представленную на Рис. 6, в качестве источника сигнала синхронизации используйте кнопку С. Результаты измерений сведите в таблицу аналогичную Табл.6, знак «П» в столбце С означает, что нужно нажать и отпустить соответствующую кнопку. Рис. 6. Схема, реализующая синхронный SR-триггер Табл. 6. С Таблица переходов для синхронного SR-триггера Y n−1 S R - 0 0 П 0 0 - 1 0 П 1 0 - 0 0 П 0 0 - 0 1 П 0 1 - 0 0 П 0 0 Yn 0 2.3. D-триггер D-триггер при наличии тактового импульса на входе С копирует информацию с входа D на выход. При отсутствии импульса на входе С триггер сохраняет предыдущее состояние. Для исследования D-триггера соберите схему представленную на Рис. 7. Результаты измерений сведите в таблицу аналогичную Табл.7. Рис. 7. Схема, реализующая синхронный SR-триггер Табл. 7. С Таблица переходов для D-триггера Y n−1 D - 0 П 0 - 1 П 1 - 0 П 0 Yn 0 3. Дешифратор Дешифратор (блок DC в левой верхней части стенда) преобразует двоичный код в код для управления межсегментным индикатором. Для исследования дешифратора подавайте ему на вход значения, согласно Табл. 8 и записывайте цифры и символы, которые выводятся на индикатор. Табл. 8 D0 Таблица состояний на выходе дешифратора D1 D2 D3 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Показания индикатора 4. Счётчики Счётчики и регистры реализуются с помощью D-триггеров в верхней части стенда. Триггеры имеют индикаторы состояния выходов и дополнительные входы асинхронные инверсные входы S и R, соединенные с соответствующими кнопками. Кнопка S позволяет установить триггеры в состояние «1», а кнопка R сбросить их в «0» состояние. 4.1. Двоичный счётчик работающий на увеличение Соберите схему согласно Рис. 8. Подавая соответствующие сигналы на входы схемы заполните табл. 9. Первый столбец соответствует состоянию счётчика до первого нажатия кнопки. Далее число в столбце С соответствует количеству нажатий кнопки. DC — число или символ на индикаторе. Рис. 8. Схема для исследования счётчика работающего на увеличение Табл. 9 Q0 Таблица состояний двоичного счётчика работающего на увеличение R Q0 Q1 Q2 Q3 0 1 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 DC 4.2. Двоично-десятичный счётчик работающий на увеличение Что бы построить счётчик, считающий до 9, а затем сбрасывающийся в 0 необходимо дополнить предыдущую схему дополнительным логическим элементом, соединенным со схемой сброса. Когда код на выходе счётчиков будет соответствовать двоичному коду числа 10 логический элемент подаст сигнал на сброс триггеров. Соберите схему согласно Рис. 9. Подавая соответствующие сигналы на входы схемы заполните табл. 10. Рис. 9. Схема для исследования счётчика работающего на увеличение Табл. 10 Таблица состояний двоично-десятичного счётчика работающего на увеличение Q0 Q0 Q1 Q2 Q3 R DC 0 1 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 4.3. Двоичный счётчик работающий на уменьшение Соберите схему согласно Рис. 10. Подавая соответствующие сигналы на входы схемы заполните табл. 11. Первый столбец соответствует состоянию счётчика до первого нажатия кнопки. Далее число в столбце С соответствует количеству нажатий кнопки. DC — число или символ на индикаторе. Рис. 10. Схема для исследования счётчика работающего на уменьшение Табл. 11 Q0 Таблица состояний двоичного счётчика работающего на уменьшение S Q0 Q1 Q2 Q3 0 1 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 5. Регистры Число для записи в регистр R10=R 0 R 1 R 2 R 3 DC 5.1. Параллельный регистр Соберите схему параллельного регистра, согласно Рис. 11 и заполните Табл.12. Рис. 11. Схема для исследования параллельного регистра Табл. 12 Таблица состояний параллельного регистра Q0 Q1 D3 R C D0 D1 D2 R0 R1 R2 R3 1 - R0 R1 R2 R3 0 П Q2 Q3 DC 5.2. Последовательный регистр Соберите схему последовательного регистра, согласно Рис. 12 и заполните Табл.13. Рис. 12. Схема для исследования последовательного регистра Табл. 13 D0 Таблица состояний последовательного регистра Q0 Q1 Q2 R C R3 1 - R3 - П R2 - П R1 - П R0 - П Q3 DC
