Теоретические сведения

Подробное описание принципа работы логических элементов на микросхемах приведено в книгах (3,4,6,7).

Любое цифровое устройство реализует некоторую логическую функцию. Для того чтобы такое устройство построить, необходимо предварительно задать эту функцию в удобном для построения виде. Существует три способа задания логических функций: словесный, табличный и аналитический.

При словесном способе задания функция определяется словами, например, если любые два аргумента равны единице, то и функция равна единице, во всех остальных случаях функция равна нулю.

Таблица истинности, которую составляют, пользуясь словесным описанием, представляет собой табличный способ задания.

Аналитический способ заключается в записи логической функции в виде уравнения, которое следует из таблицы истинности. По логическому уравнению строят реализующую его цифровую схему. В свою очередь, любую цифровую схему можно построить, используя логические элементы.

Таким образом, логический элемент – это электронная схема, которая реализует определенную логическую функцию. Совокупность логических элементов, предназначенных для преобразования двоичных переменных, называется логической схемой. Логические схемы подразделяются на комбинационные и последовательные.

Комбинационной принять называть схему с n входами и одним или m выходами, у которой выходные (выходные) сигналы в данный момент времени полностью определяются совокупностью входных сигналов, действующих в данный момент времени.

Последовательной называют схему, у которой выходные сигналы в данный момент времени зависят не только от состояния входных сигналов, но и от их состояния в предыдущие моменты времени. Последовательные схемы содержат в своем составе элементы памяти и различные регистры.

Рисунок 1.1 - Элемент «И-НЕ» (функция Шеффера)

Рисунок 1.2 - Элемент «И» (конъюнктор)

а) б)

Рисунок 1.3 - Элемент “ИЛИ” (дизъюнктор)

а) б)

Рисунок 1.4 - Элемент “Не” (инвертор)

а) б)

Рисунок 1.5 - Элемент “Исключающее ИЛИ” (сумматор по модулю 2)

а) б)

Рисунок 1.6 - Элемент “ИЛИ-НЕ”

При выполнении настоящей лабораторной работы будут исследоваться комбинационные логические схемы.

Основными логическими элементами являются логические элементы, реализующие функции двух переменных – логические элементы ”И” (конъюнктор), ”ИЛИ” (дизъюнктор), а также логический элемент функции одной переменной ”НЕ” (инвертор).

Существуют также более сложные логические элементы, называемые базовыми, на основе которых также можно построить любую цифровую схему. Наиболее часто в качестве базовых используют элементы ”И-НЕ” и ”ИЛИ-НЕ”.

Элемент ”И-НЕ” реализует функцию Шеффера и используется при построении интегральных микросхем ТТЛ – структуры.

Элемент ”ИЛИ-НЕ” используется в интегральных микросхемах КМОП-структуры.

Лабораторный стенд предназначен для исследования цифровых микросхем ТТЛ – структуры. Поэтому структура всех логических элементов, представленная на рис.1.1-1.6, выполнена на основе логических элементов ”И - НЕ”.

При выполнении лабораторной работы необходимо разработать комбинационную логическую схему по заданным условиям работы. Ниже приводятся тексты таких задач, определяющих условия и пример решения одной из них.