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

Лабораторная работа №16
«Исследование работы ИМС демультиплексора 1х8»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.12 [Л1].

1. Начертить в отчете условное изображение ИМС дешифратора КР1533ИД7 (рис.1), которую можно использовать в качестве демультиплексора 1х8. Указать в письменной форме, какие входы используются в качестве информационных, какие – в качестве адресных и какие – в качестве стробирующих.

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этих микросхем при подключении информационного входа к указанному в табл.1 выходу, если на информационный вход поступает заданный 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 дешифратора-демультиплексора SN74АLS138 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД7).

Примечания:

– Изображение микросхемы SN74АLS138 программа Electronics Workbench дает с ошибками. Здесь все выходы – инверсные, как в микросхеме КР1533ИД7 (рис.1). Более подробно смотрите примечание к рис.2 в лабораторной работе №7.

– В схеме на рис.2 информационным входом D выбран вход G2В. Если при выполнении предварительного задания к данной лабораторной работе вы выбрали в качестве информационного другой вход, то схема соответственно немного изменится.

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. Если информационным выбран вход G1, то на него подать сигнал 1. Если же информационным выбран вход G2A или G2B, то сюда подать сигнал 0. На адресные входы АВС можно подавать любые сигналы.

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

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №1.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере из §3.12 [Л1].

Сначала определим, какие входы используются в качестве информационных, какие – в качестве адресных и какие – в качестве стробирующих. Для разнообразия (не так, как в Примере из §3.12 [Л1]) в качестве информационного будем использовать вход G2B. Тогда входы G1 и G2A будут являться стробирующими, а входы АВС – адресными.

1. Первым согласно табл.1 нужно подключить информационный вход G2B к выходу Y4. Поэтому на адресные входы ABС подаем адрес данного выхода: 4 → 100 (рис.3). По заданию из табл.1 на информационный вход G2B приходит сигнал 1. Теперь подаем активные разрешающие сигналы на стробирующие входы G1,G2A (здесь активным сигналом для входа G1 является 1, так как этот вход прямой статический, а для входа G2A – 0, так как данный вход инверсный статический), и микросхема срабатывает, соединяя информационный вход G2B с выходом Y4, тогда сигнал 1 со входа G2B проходит на выход Y4 (сигнал 1 выходит в прямом виде, так как вход G2B и выход Y4 – инверсные статические). На всех остальных выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

2. Затем согласно табл.1 нужно подключить информационный вход G2B к выходу Y7. Поэтому на адресные входы ABС подаем адрес данного выхода: 7 → 111 (рис.3). По заданию из табл.1 на информационный вход G2B приходит сигнал 0. Теперь подаем активные разрешающие сигналы на стробирующие входы G1,G2A: на вход G1 – 1, на вход G2A – 0, и микросхема срабатывает, соединяя информационный вход G2B с выходом Y7, тогда сигнал 0 со входа G2B проходит на выход Y7. На всех остальных выходах устанавливаются 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 работы микросхемы дешифратора-демультиплексора SN74АLS138 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД7). При использовании в качестве информационного входа G1 или G2A схема немного изменится.

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. 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 сигнал 1 со входа G2B действительно проходит на выход Y4.

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 0 со входа G2B действительно проходит на выход Y7.

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 G2A не дает возможности сигналу 0 со входа G2B проходить на выход Y7 (по идее должен проходить на выход Y7, так как на адресные входы АВС сейчас подается адрес данного выхода: 111 → 7. Для запрета срабатывания микросхемы достаточно пассивного сигнала хотя бы на одном стробирующем входе, на втором стробирующем входе G1 сигнал может быть любым. В результате на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

Лабораторная работа №17
«Исследование работы ИМС демультиплексора 1х16»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.12 [Л1].

1. Начертить в отчете условное изображение ИМС дешифратора (рис.1), которую можно использовать в качестве демультиплексора 1х16. Указать в письменной форме, какие входы используются в качестве информационных, какие – в качестве адресных и какие – в качестве стробирующих.

2. Указать карандашом (для одного задания) и рядом ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах этих микросхем при подключении информационного входа к указанному в табл.1 выходу, если на информационный вход поступает заданный 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 дешифратора-демультиплексора SN74LS154 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД3).

Примечания:

– 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.

– В схеме на рис.1 информационным входом D выбран вход G2. Если при выполнении предварительного задания к данной лабораторной работе вы выбрали в качестве информационного другой вход, то схема соответственно немного изменится.

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 информационный вход (G1 или G2) подать сигнал 0. На адресные входы АВСD можно подавать любые сигналы.

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

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №2.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере из §3.12 [Л1].

Сначала определим, какие входы используются в качестве информационных, какие – в качестве адресных и какие – в качестве стробирующих. В качестве информационного будем использовать вход G2. Тогда вход G1 будет являться стробирующим, а входы АВСD – адресными.

1. Первым согласно табл.1 нужно подключить информационный вход G2 к выходу 12. Поэтому на адресные входы ABСD подаем адрес данного выхода: 12 → 1100 (рис.3). По заданию из табл.1 на информационный вход G2 приходит сигнал 0. Теперь подаем активный разрешающий сигнал на стробирующий вход G1 (здесь активным сигналом для входа G1 является 0, так как этот вход инверсный статический), и микросхема срабатывает, соединяя информационный вход G2 с выходом 12, тогда сигнал 0 со входа G2 проходит на выход 12 (сигнал 0 выходит в прямом виде, так как вход G2 и выход 12 – инверсные статические). На всех остальных выходах устанавливаются 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 работы микросхемы дешифратора-демультиплексора SN74LS154 фирмы «Texas Instruments Inc.» (российский аналог – микросхема КР1533ИД3).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. 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 сигнал 0 со входа G2 действительно проходит на выход 12.

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 G2 действительно проходит на выход 3.

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 G1 не дает возможности сигналу 0 со входа G2 проходить на выход 3 (по идее должен проходить на выход 3, так как на адресные входы АВСD сейчас подается адрес данного выхода: 0011 → 3). В результате на всех выходах устанавливаются пассивные сигналы 1.

Лабораторная работа №18
«Исследование работы ИМС двоичного сумматора»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример из §3.16 [Л1].

Порядок выполнения работы

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

2. Собрать схему (рис.2) для исследования микросхемы двоичного сумматора CD4008 фирмы «RCA Corp.» структуры МДП (российский прямой аналог – микросхема К561ИМ1 тоже структуры МДП, непрямой аналог – микросхема К555ИМ6 структуры ТТЛШ).

Примечание: Имеется небольшие различия в обозначениях выводов микросхем CD4008 и К555ИМ6: на рис.2 с левой и правой стороны схемы проставлены обозначения выводов, как в микросхеме К555ИМ6. Только выходы, обозначенные в микросхеме К555ИМ6 буквой «сигма» Σ, проставлены так же, как в микросхеме CD4008, потому что буквы «сигма» на клавиатуре нет.

3. Показать преподавателю работу данной микросхемы при выполнении арифметического сложения двух двоичных кодов с учетом внешнего переноса из предварительного задания к данной лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №3.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере из §3.16 [Л1].

1. Выполним арифметическое сложение двух двоичных кодов из табл.1 с учетом внешнего переноса, тоже указанного в табл.1. Решение Задания 1 выполним красным цветом, Задания 2 – синим (рис.3).

2. Первым согласно табл.1 нужно выполнить арифметическое сложение, показанное в пункте 1 красным цветом. Поэтому первое слагаемое 1110 (код числа 14) подаем на входы А3,А2,А1,А0 микросхемы К555ИМ6 (рис.4), второе слагаемое 0010 (код цифры 2) – на входы В3,В2,В1,В0. Внешний перенос, из табл.1 равный 0, подаем на вход С. На выходах С4,Σ3,Σ2,Σ1,Σ0 формируется результат сложения (сумма): 10000.

Проверяем полученный результат. Для этого переводим код 10000 в десятичное число (смотрите Пример 2 из §3.1 [Л1]: 1·2⁴ +0·2³ +0·2² +0· 2¹ +0·2⁰ = 16. Действительно 14 +2 +0 (внешний перенос) = 16.

3. Затем согласно табл.1 нужно выполнить арифметическое сложение, показанное в пункте 1 синим цветом. Поэтому первое слагаемое 1000 (код цифры 8) подаем на входы А3,А2,А1,А0 микросхемы К555ИМ6 (рис.3),второе слагаемое 1111 (код числа 15) – на входы В3,В2,В1,В0. Внешний перенос, из табл.1 равный 1, подаем на вход С. На выходах формируется результат сложения (сумма): 11000.

Проверяем полученный результат. Для этого переводим код в десятичное число: 1·2⁴ +1·2³ +0·2² +0· 2¹ +0·2⁰ = 24. Действительно 8 +15 + 1 (внешний перенос) = 24.

Выполнение лабораторной работы

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

2. Собираем схему (рис.2) для исследования микросхемы двоичного сумматора CD4008 фирмы «RCA Corp.» структуры МДП (российский прямой аналог – микросхема К561ИМ1 тоже структуры МДП, непрямой аналог – микросхема К555ИМ6 структуры ТТЛШ).

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.5.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.6. Сверяем полученный результат с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сумматор действительно сформировал на выходах результат выполненного арифметического сложения 10000 двух заданных двоичных кодов.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Сверяем полученный результат с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сумматор действительно сформировал на выходах результат выполненного арифметического сложения 11000 двух заданных двоичных кодов.

Лабораторная работа №19
«Исследование работы двоично-десятичного сумматора»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть примеры и сигналы в схеме на рис.3.59 из §3.17 [Л1].

1. Начертить схему двоично-десятичного сумматора (рис.1).

2. Указать карандашом (для одного задания) и ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах данной схемы для сложения двоично-десятичных кодов цифр, заданных 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 работы двоично-десятичного сумматора.

3. Показать преподавателю работу такого двоично-десятичного сумматора при выполнении арифметического сложения двух чисел из предварительного задания к данной лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №4.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примерах и на рис.3.59 из §3.17 [Л1].

1. Первым согласно табл.1 нужно выполнить арифметическое сложение двоично-десятичных кодов цифр А = 8 → 1000 и В = 7 → 0111. Поэтому подаем эти коды на соответствующие входы первого двоичного сумматора (рис.3), который выполняет сложение на рис.4.

Полученный результат формируется на выходах первого двоичного сумматора (рис.3) и представляет собой двоичный код 01111 числа 15. По схеме определяем, что на входы второго двоичного сумматора приходят коды: А = 1111, В = 0110. Этот сумматор выполняет сложение данных кодов на рис.5.

Последний перенос, который выделен здесь желтым фоном, нам не нужен, а остальные сигналы 0101 формируются на выходах второго двоичного сумматора (рис.3). Сигнал 1 на выходе схемы С4 приходит с выхода элемента 3ИЛИ (рис.3).

В результате на выходах схемы двоично-десятичного сумматора формируется код: 10101. Добавляем три незначащих нуля: 0001 0101 (0001 → 1, 0101 → 5) и видим, что в результате арифметического сложения двоично-десятичных цифр 8 +7 мы правильно получили двоично-десятичный код числа 15.

2. Затем согласно табл.1 нужно выполнить арифметическое сложение двоично-десятичных кодов цифр А = 6 → 0110 и В = 6 → 0110. Поэтому подаем эти коды на соответствующие входы первого двоичного сумматора (рис.3), который выполняет сложение на рис.6.

Полученный результат формируется на выходах первого двоичного сумматора (рис.3) и представляет собой двоичный код 01100 числа 12. По схеме определяем, что на входы второго двоичного сумматора приходят коды: А = 1100, В = 0110. Этот сумматор выполняет сложение данных кодов на рис.7.

Последний перенос, который выделен здесь желтым фоном, нам не нужен, а остальные сигналы 0010 формируются на выходах второго двоичного сумматора (рис.3). Сигнал 1 на выходе схемы С4 приходит с выхода элемента 3ИЛИ (рис.3).

В результате на выходах схемы двоично-десятичного сумматора формируется код: 10010. Добавляем три незначащих нуля: 0001 0010 (0001 → 1, 0010 → 2) и видим, что в результате арифметического сложения двоично-десятичных цифр 6 +6 мы правильно получили двоично-десятичный код числа 12.

Выполнение лабораторной работы

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

2. Собираем схему (рис.2) для исследования работы двоично-десятичного сумматора.

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 полученный результат с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сумматор действительно сформировал на выходах результат выполненного арифметического сложения 10101 двух заданных двоично-десятичных кодов.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.10. Сверяем полученный результат с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.3 и делаем вывод: в данном случае сумматор действительно сформировал на выходах результат выполненного арифметического сложения 10010 двух заданных двоично-десятичных кодов.

Лабораторная работа №20
«Исследование работы цифрового субтрактора»

Предварительное задание

Перед выполнением задания следует рассмотреть пример 1 из §3.19 [Л1].

1. Выполнить арифметическое вычитание 4-разрядных двоичных кодов двух цифр, указанных в табл.1. Результат показать преподавателю.

2. Начертить схему 4-разрядного субтрактора на базе микросхемы К555ИМ6 (рис.1).

3. Указать карандашом (для одного задания) и ручкой (для другого задания) значения сигналов на всех входах и выходах субтрактора для вычитания заданных в табл.1 цифр.

Порядок выполнения работы

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

2. Собрать схему (рис.2) для исследования работы субтрактора.

3. Показать преподавателю работу данного цифрового субтрактора при выполнении арифметического вычитания двоичных кодов двух цифр из предварительного задания к данной лабораторной работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Для примера рассмотрим вариант №5.

Выполнение предварительного задания

Примечание: Подробное описание решения такой задачи приведено в Примере 1 из §3.19 [Л1].

1. Первым согласно табл.1 требуется выполнить вычитание кодов цифр А = 7 → 0111 и В = 2 → 0010.

Для этого сначала инвертируем вычитаемое (число В):

В = 2 → 0010 → 1101..

Затем на рис.3 к коду числа А прибавляем полученный результат и еще прибавляем 1, которая приходит в виде сигнала внешнего переноса на вход С сумматора (рис.2).

Последний перенос, который выделен здесь желтым фоном, нам не нужен и соответствующий выход С4 двоичного сумматора в схеме не используется.

Полученный в итоге код 0101 – это код цифры 5. Проверяем: действительно 7 – 2 = 5.

2. Коды А и В подаем на соответствующие входы субтрактора (рис.5). Сигналы кода числа А проходят на входы сумматора напрямую, а сигналы кода числа В сначала инвертируются с помощью элементов НЕ, а затем уже поступают на входы сумматора. Постоянный уровень логической 1 на входе С сумматора обеспечивается подключением данного входа к источнику питания микросхемы (рис.2).

3. Затем согласно табл.1 требуется выполнить вычитание кодов цифр А = 6 → 0110 и В = 4 → 0100.

Для этого сначала инвертируем вычитаемое (число В):

В = 4 → 0100 → 1011..

Затем на рис.4 к коду числа А прибавляем полученный результат и еще прибавляем 1, которая приходит в виде сигнала внешнего переноса на вход С сумматора (рис.2).

Последний перенос, который выделен здесь желтым фоном, нам не нужен и соответствующий выход С4 двоичного сумматора в схеме не используется.

Полученный в итоге код 0010 – это код цифры 2. Проверяем: действительно 6 – 4 = 2.

4. Коды А и В подаем на соответствующие входы субтрактора (рис.5). Сигналы кода числа А проходят на входы сумматора напрямую, а сигналы кода числа В сначала инвертируются с помощью элементов НЕ, а затем уже поступают на входы сумматора. Постоянный уровень логической 1 на входе С сумматора обеспечивается подключением данного входа к источнику питания микросхемы (рис.2).

Выполнение лабораторной работы

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

2. Собираем схему (рис.2) для исследования работы двоично-десятичного сумматора.

3. Выполняем настройку генератора сигналов аналогично подробно описанной в лабораторной работе №11. В результате генератор сигналов примет вид, показанный на рис.6.

4. Нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.7. Сверяем полученный результат с выполненным красным цветом предварительным заданием на рис.5 и делаем вывод: в данном случае субтрактор действительно сформировал на выходах результат выполненного вычитания 0101 кодов двух заданных цифр.

5. Еще раз нажимаем на клавишу Step. В результате получаем картинку, показанную на рис.8. Сверяем полученный результат с выполненным синим цветом предварительным заданием на рис.5 и делаем вывод: в данном случае субтрактор действительно сформировал на выходах результат выполненного вычитания 0010 кодов двух заданных цифр.