Текст книги "Сборник лабораторных работ по цифровым устройствам. Для колледжей"

Лабораторная работа №12
«Исследование работы ИМС дешифратора 4х16»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.6 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему КР1533ИД3 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы, если он выполняет декодирование двух кодов, указанных для каждого варианта в табл.1.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы дешифратора SN74LS154 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД3).

Примечание: Изображение микросхемы SN74LS154 программа Electronics Workbench дает с ошибками. Здесь все выходы – инверсные, как в микросхеме КР1533ИД3 (рис.1). Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы для декодирования двух кодов из предварительного задания к данной лабораторной работе.

4. Показать преподавателю три разных варианта, когда микросхема срабатывать не будет, при подаче на входы АВСD второго кода из табл.1.

5. Сделать и записать в отчете вывод по результатам пункта 4: какие сигналы в этом случае устанавливаются на выходах дешифратора.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №3.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения подобной задачи приведено в Примере из §3.6 [Л1].

Напомним (смотрите [Л1, §3.6]), что указанная в задании микросхема дешифратора КР1633ИД7 выполняет преобразование 4-разрядного двоичного кода в десятичные числа от 0 до 15.

2. Затем согласно табл.1 должно выполняться декодирование кода 1101 (рис.3). Поэтому подаем сигналы этого кода на входы ABCD. Опять же на входы G нужно подать разрешающие активные сигналы 0.

Коду 1101 соответствует число 13, следовательно в результате на выходе 13 формируется активный сигнал 0, а на выходах всех остальных цифр – пассивные сигналы 1.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы дешифратора SN74АLS138 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД7).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в предыдущей лабораторной работе. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.4.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.5. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае дешифратор сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 1000 выполнил правильно.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.6. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае шифратор тоже сработал в соответствии с результатом выполненного задания и декодирование кода 1101 выполнил правильно.

6. В третий раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе G1) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABCD, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1 (здесь пассивными являются сигналы 1, так как все выходы инверсные статические).

7. В четвертый раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.8. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе G2) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABCD, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

8. Последний раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.9. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивные сигналы 1 на обоих входах G) дешифратор не срабатывает при любых сигналах на входах ABCD, и на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

9. Из последних трех случаев следует вывод: если ЦУ имеет несколько разрешающих входов, то срабатывание устройства будет происходить только при подаче активных разрешающих сигналов на все входы. Установка пассивного сигнала хотя бы на одном таком входе или на обоих входах одновременно не дает возможности работать устройству, и на всех его выходах появляются пассивные сигналы.

Лабораторная работа №13
«Исследование работы ИМС преобразователя кодов»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.8 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему К555ИД18 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы, если она выполняет преобразование заданной в табл.1 цифры из одного кода в другой.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы преобразователя кодов SN74АLS47N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИД18).

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы при появлении на индикаторе двух цифр из предварительного задания к данной лабораторной работе.

4. Показать преподавателю еще два случая: при гашении подключенного индикатора и при тестировании сегментов индикатора. В этих случаях на входы ABCD нужно подавать код первой цифры из табл.1.

5. Записать в отчет ответ на вопрос: зачем в схеме к выходам преобразователя кодов подключены инверторы?

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №4.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере из §3.8 [Л1]. Кроме этого, обязательно следует внимательно просмотреть примечание в самом конце данной работы.

Напомним (смотрите [Л1, §3.8]), что указанная в задании микросхема преобразователя кодов К555ИД18 выполняет преобразование цифр из двоично-десятичного кода в семиразрядный код управления сегментным цифровым индикатором.

1. Первым согласно табл.1 должно выполняться преобразование цифры 5. Поэтому на входы ABCD подаем двоично-десятичный код этой цифры: 0101 (рис.3).

Если на вход BI/RBI′ подать активный сигнал 0 (здесь активным сигналом является 0, так как этот вход инверсный статический), то независимо от сигналов на всех остальных входах все сегменты подключенного индикатора погаснут и никакой нужной нам цифры 5 гореть не будет. Поэтому устанавливаем на входе BI/RBI′ пассивный сигнал 1.

Подача активного сигнала 0 (здесь активным сигналом является 0, так как этот вход инверсный статический) на вход LT при наличии пассивного сигнала на входе BI/RBI′ вызывает независимо от сигналов на входах RBI и ABCD появление активного уровня на всех выходах, которые зажигают для контроля все сегменты индикатора. В результате никакой нужной нам цифры 5 гореть не будет. Поэтому устанавливаем на входе LT пассивный сигнал 1.

Активный сигнал 0 (здесь активным сигналом является 0, так как этот вход инверсный статический) на входе RBI не должен влиять на работу микросхемы для преобразования цифры 5, поэтому сейчас на данный вход можно подавать любой сигнал. Для определенности (смотрите примечание в самом конце данной работы) устанавливаем на входе RBI пассивный сигнал 1.

Горящая на подключенном индикаторе цифра 5 выглядит так, как показано на рис.4.

Примечание: Любопытно, что таблица истинности преобразователя кодов SN74АLS47N в программе Electronics Workbench тоже приведена с ошибками! Для примера сравните выделенную на рис.5 красным цветом строку этой таблицы истинности для цифры 5 с выделенной тоже красным цветом строкой таблицы истинности реальной микросхемы на рис.6 и с результатом срабатывания (опять же красным цветом) на рис.3. В процессе выполнения лабораторной работы мы убедимся, что выходы нашей микросхемы действительно инверсные и в программе Electronics Workbenсh на самом деле допущены ошибки.

Напомним: В технической и справочной литературе таблицы истинности вместо сигналов логического 0 и логической 1 могут содержать знаки:

– логический 0: L (low – низкий) уровень напряжения;

– логическая 1: Н (high – высокий) уровень напряжения.

2. Затем согласно табл.1 должно выполняться преобразование цифры 6. Поэтому на входы ABCD подаем двоично-десятичный код этой цифры: 0110 (рис.3).

По причинам, указанным в пункте 1, на входах BI/RBI′, LT и RBI устанавливаем пассивные сигналы логической 1.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы преобразователя кодов SN74АLS47N фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема К555ИД18).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.8.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.9.

Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3: действительно, непосредственно на выходах преобразователя получается нужный код в инверсном виде: 0010010, но после инверторов индикаторы показывают этот же код в прямом виде: 1101101. Поэтому делаем вывод: в данном случае преобразователь кодов сработал в соответствии с результатом выполненного задания и преобразование кодов цифры 5 выполнил правильно.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.10.

Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3: в данном случае микросхема SN74АLS47N выдает код управления индикатором для цифры 6: 0000011 (после инверторов на индикаторах – 1111100). Данный результат отличается от показанного на рис.3 для микросхемы К555ИД18: 0000010.

Это объясняется тем, что по «восточному» стандарту (микросхема К555ИД18) цифра 6 должна выглядеть так, как показано на рис.7. По «западному» стандарту (микросхема SN74АLS47N) та же цифра 6 светится на индикаторе так, как получилось на рис.10.

6. В третий раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.11. Здесь хорошо видно, что при подаче на вход BI/RBI′ активного сигнала 0 (здесь активным сигналом является 0, так как данный вход инверсный статический) на всех выходах микросхемы устанавливаются пассивные уровни 1 (после инверторов – 0), поэтому все сегменты присоединенного индикатора гаснут. При желании можно убедиться, что подача активного сигнала 0 на вход BI/RBI′ приводит к гашению подключенного индикатора при любых сигналах на входах ABCD, LT и RBI.

7. В четвертый раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.12. Здесь хорошо видно, что при подаче на вход LT активного сигнала 0 (здесь активным сигналом является 0, так как данный вход инверсный статический) на всех выходах микросхемы устанавливаются активные уровни 0 (после инверторов – 1), поэтому загораются все сегменты присоединенного индикатора, что свидетельствует об исправности всех сегментов данного индикатора. При желании можно убедиться, что подача активного сигнала 0 на вход LT при наличии пассивного сигнала 1 на входе BI/RBI′ приводит к свечению всех сегментов подключенного индикатора при любых сигналах на входах ABCD и RBI.

8. В программе «Elektroniks Workbehch» используются цифровые индикатоы с общим управляющим катодным выводом КА и раздельными анодными входами ABCDIFG, для которых активными зажигающими сегменты индикатора сигналами являются 1. Но микросхема преобразователя кодов SN74АLS47N имеет инверсные выходы (откуда сигналы поступают на входы ABCDIFG индикатора), для которых активными сигналами являются 0. Поэтому для согласования преобразователя кодов с индикатором между ними установлены инверторы.

Примечание: При наличии пассивных сигналов на входах BI/RBI′ (или при разомкнутом входе BI/RBI′) и LT подача активного сигнала на вход RBI не должна менять обычной работы индикатора для цифр 1—9 (в том числе и заданных нам цифр 5 и 6), но обязана гасить цифру 0 при подаче соответствующего кода 0000 на входы ABCD. Но в программе допущена еще одна ошибка! Активный сигнал 0 на входе RBI при наличии пассивных сигналов на входах BI/RBI′ (или при разомкнутом входе BI/RBI′) и LT гасит не только цифру 0, но и все остальные цифры, в том числе и заданные нам цифры 5 и 6 (рис.13 для цифры 5). Поэтому посмотреть нормальную, правильную работу входа RBI мы здесь не сможем.

Лабораторная работа №14
«Исследование работы ИМС мультиплексора 8х1»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример 2 из §3.10 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему КР1533КП7 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы при подключении указанного в табл.1 информационного входа к выходу, если на заданный информационный вход поступает указанный в табл.1 сигнал.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы мультиплексора SN74АLS151 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533КП7).

Примечание: Изображение микросхемы SN74АLS151 программа Electronics Workbench дает с ошибкой. Здесь Y и W – комплементарные выходы, как в микросхеме КП1533 КП7 (см. рис.1): Y – прямой, W – инверсный. Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы при выполнении двух коммутаций, заданных в предварительном задании к данной лабораторной работе.

4. Показать преподавателю работу микросхемы при отсутствии разрешения. На остальных входах установить те же сигналы, которые подавались при выполнении задания, где на заданном информационном входе была установлена 1.

5. По результату выполнения пункта 4 записать в отчет вывод.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №5.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере 2 из §3.10 [Л1].

1. Первым согласно табл.1 нужно подключить к выходу информационный вход D7. Поэтому на адресные входы ABC подаем адрес данного входа: 7 → 111 (рис.3).

2. Затем согласно табл.1 нужно подключить к выходу информационный вход D4. Поэтому на адресные входы ABC подаем адрес данного входа: 4 → 100 (рис.3). По заданию из табл.1 на заданный информационный вход D4 приходит сигнал 1. Какие сигналы поступают на другие информационные входы – безразлично (знак «х»). Теперь подаем активный разрешающий сигнал 0 на стробирующий вход G и микросхема срабатывает, соединяя информационный вход D4 с прямым выходом, и сигнал 1 со входа D4 проходит на прямой выход; на инверсном выходе формируется сигнал 0.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы мультиплексора SN74АLS151 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533КП7).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.4. Сигналы, значения которых могут быть любыми (знак «х» на рис.3), для определенности примем: в первом задании – нули, во втором задании – единицы.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.5. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сигнал 0 со входа D7действительно проходит на прямой выход Q.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.6. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сигнал 1 со входа D4 действительно проходит на прямой выход Q.

6. В третий раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Здесь хорошо видно, что при отсутствии разрешения (пассивный сигнал 1 на входе G) мультиплексор не срабатывает и сигнал 1 со входа D4 на прямой выход Q не проходит.

Лабораторная работа №15
«Исследование работы ИМС мультиплексора 4х1»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример 1 из §3.10 [Л1].

1. Начертить в отчете микросхему КР1533КП2 (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этой микросхемы, если данная микросхема работает как двухразрядный селектор 4х1 при подключении двух указанных в табл.1 информационных входов к выходам, если на заданные информационные входы поступает приведенный в табл.1 двухразрядный код.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы мультиплексора SN74АLS153 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533КП2).

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы при выполнении двух коммутаций, заданных в предварительном задании к данной лабораторной работе.

4. Показать преподавателю три варианта работы микросхемы при подаче пассивных сигналов на стробирующие входы 1G,2G. В этих трех случаях на любую пару информационных входов подать сигналы 11 и включить выбранную пару входов путем подачи соответствующих сигналов на адресные входы АВ.

5. По результату выполнения п.4 записать в отчет вывод.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №6.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере 1 из §3.10 [Л1].

1. Первым согласно табл.1 нужно подключить к выходам 1Y,2Y информационные входы 1С1,2С1. Поэтому на адресные входы AB подаем адрес данной пары входов: 1 → 01 (рис.3).

2. Затем согласно табл.1 нужно подключить к выходу информационные входы 1С2,2С2. Поэтому на адресные входы AB подаем адрес данного входа: 2 → 10 (рис.3). По заданию из табл.1 на заданные информационные входы 1С2,2С2 приходят сигналы 01. Какие сигналы поступают на другие информационные входы – безразлично (знак «х»). Теперь подаем активные разрешающие сигналы 0 на стробирующие входы 1G,2G, микросхема срабатывает, соединяя информационные входы 1С2,2С2 с выходами 1Y,2Y, и сигналы 10 со входов 1С2,2С2 проходят на выходы 1Y,2Y.

Выполнение лабораторной работы

1. Запускаем программу исследования работы элементов и устройств электроники и микроэлектроники «Elektroniks Workbehch».

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы мультиплексора SN74АLS153 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533КП2).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.4. Сигналы, значения которых могут быть любыми (знак «х» на рис.3), для определенности примем: в первом задании – единицы, во втором задании – нули.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.5. Сверяем полученные результаты с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сигналы 00 со входов 1С1,2С1 действительно проходят на выходы 1Y,2Y.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.6. Сверяем полученные результаты с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сигналы 01 со входов 1С2,2С2 действительно проходят на выходы 1Y,2Y.

6. В третий раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Отсюда следует, что пассивный сигнал 1 на стробирующем входе 1G не дает возможности сигналу 1 со входа 1С0 проходить на выход 1Y, но зато активный сигнал 0 на стробирующем входе 2G разрешает сигналу 1 со входа 2С0 проходить на выход 2Y.

7. Четвертый раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.8. Отсюда следует, что пассивный сигнал 1 на стробирующем входе 2G не дает возможности сигналу 1 со входа 2С0 проходить на выход 2Y, но зато активный сигнал 0 на стробирующем входе 1G разрешает сигналу 1 со входа 1С0 проходить на выход 1Y.

8. Последний раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.9. Отсюда следует, что пассивные сигнал 1 на стробирующих входах 1G,2G не дает возможности обоим сигналам 1 со входов 1С0,2С0 проходить на выходы 1Y,2Y.