ИНТЕГРАЛДЫ ЖӘНЕ МИКРОПРОЦЕССОРЛЫҚ СХЕМОТЕХНИКА 5В071600 – Аспап жасау мамандығының студенттері ҥшін зертханалық
жҧмыстарды орындау бойынша әдістемелік нҧсқаулықтар
Алматы 2016
Коммерциялық емес акционерлік қоғам
Электроника кафедрасы
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТІ
ҚҦРАСТЫРУШЫ: Ауэзова А.М. Интегралды және микропроцессорлық схемотехника: 5В071600 – Аспап жасау мамандығының студенттері ҥшін зертханалық жҧмыстарды орындау бойынша әдістемелік нҧсқаулықтар. - Алматы: АЭжБУ, 2016. – 36 б.
Әдістемелік нҧсқаулықтар арнайы белгіленген микропроцессорлар бойынша бес зертханалық жҧмыстардың жҧмыс тапсырмасынан тҧрады.
Қысқаша теориялық мәліметтер, деректерді ӛңдеу мен жҥргізудің әдістемесі берілген, ҧсынылатын әдебиеттері тізімі мен бақылау сҧрақтары келтірілген.
Сабақтар Multissim программасын қолдану арқылы дербес компьютерлерде жҥргізіледі.
Без. 21, 7 кесте, әдеб. кӛрсеткіші – 7 атау.
Пікір беруші: доц. Б.К. Курпенов.
«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2016 ж. баспа жоспарына сәйкес басылады.
© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2016 ж.
МУ по ЛР «Интегральная и микропроцессорная схемотехника»
Методические указания для выполнения лабораторных работ, в них приведены описания каждой лабораторной работы, экспериментальных установок, дана методика проведения и обработки опытных данных, перечень рекомендуемой литературы.
Все лабораторные работы составлены с использованием элементов НИРС.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 5В 071600 – Приборостроение.
Одним из основных видов занятий студентов всех форм обучения является выполнение лабораторных работ. Лабораторные работы по дисциплине
«Интегральная и микропроцессорная схемотехника» способствуют закреплению теоретических знаний основных разделов и приобретению практических навыков исследования и проектирования типовых логических узлов: триггеров, счетчиков, дешифраторов и мультиплексоров и т.д.
Лабораторные работы выполняются с применением электронной лаборатории на IBM PC Multisim.
Кіріспе
Кҥндізгі және сыртқы бӛлім студенттерінің оқу бӛлімінің ең негізгі тҥрі зертханалық жҧмыспен айналысу. «Интегралды және микропроцессорлық схемотехника» пәні бойынша зертханалық жҧмыстар негізгі бӛлімнің теориялық білім ретінде орнықтыруға және типтік логикалық тҥйіндер:
триггерлер, санағыштар, дешифраторлар және мультиплексорларды практикада қолдануға, зерттеуге және жобалауға мҥмкіндік береді.
Зертханалық жҧмыстар IBM PC электронды зертханаларды Multissim программасын қолдану арқылы орындалады.
1. №1 зертханалық жұмыс. Логикалық схемалар және функциялар
Жұмыстың мақсаты: логикалық схемаларды зерттеу, логикалық элементтер кӛмегімен логикалық функццияларды іске асыру, берілген логикалық функццияларды іске асыратын логикалық схемалар синттезі.
Әдістемелік нұсқаулар.
1) Логика алгебрасынның аксиомалары. Логика алгебрасында қарастырылатын айнымалылар екі мән ғана қабылдай алады – 0 және 1.
Логика алгебрасында анықталған: эквиваленттік қатынасы (= белгісімен белгілінеді) және операциялар: қосу(дезьюнкция),v белгісімен белгілінеді;
кӛбейту(коньюнкция), сызықшамен немесе апострофпен белгілінеді. Логика алгебрасы келесі аксиомалар жҥйесімен анықтталады:
, 0 ,
1
, 1 ,
0 егерх х
егерх
х
0 1
, 1 0
1 0 1 1 0
0 0 0
, 1 1 1
0 1 0 0 1
1 1 1
0 0 0
2) Логикалық ӛрнектер. Логикалық ӛрнектердің жазылуы әдетте қалыпты коньюктивті немесе дизьюктивті формада жазылады. Логикалық ӛрнектер дизьюктивті формада логикалық кӛбейтінділердің логикалық қосындысы ретінде, коньюктивті формада – логикалық қосындылардың логикалық кӛбейтіндісі ретінде жазылады. Жҧмыс реті қарапайым алгебралық ӛрнектердегідей. Логикалық ӛрнектер логикалық функциялар мәндерін логикалық айнымалылар мәндерімен байланыстырылады.
3) Логикалық теңдіктер. Логикалық ӛрнекерді тҥрлендіру кезінде логикалық теңдіктер қолданылады:
xy y x xy
y x y x x x y x y x x y x xy
x y x x x x x x x x x
x x x х x
х х
;
; ) )(
(
;
;
;
;
; 0 0
; 1
; 0
; 1
;
4) Логикалық ӛрнектер. Логика алгебрасы операцияларының соңғы саны кӛмегімен n айнымалыларынан хn, xn1…х1 қҧрылған кез – келген ӛрнекті n айнымалылары функциясы ретінде қарастыруға болады. Мҧндай функцияны логикалық деп атайды. Логика алгебрасының аксиомаларына сәйкес функция, айнымалылардың мәніне байланысты, 0 немесе 1 мәндерін қабылдай алады. n логикалық айнымалылар функциясы, барлық n – разрядты
екілік сандар мәніне сәйкес келетін, айнымалылардың 2n мәндері ҥшін анықталуы мҥмкін. х және у айнымалыларының негізгі функциялары:
y x y x
f1( , ) - логикалық кӛбейту(коньюнкция),
y x y x
f2( , ) - логикалық қосу (дизьюнкция),
y x y x
f3( , ) - логикалық кӛбейту инверсиямен,
y x y x
f4( , ) - логикалық қосу инверсиясымен,
y x y x y x y x
f5( , ) - 2 модулі бойынша қосу,
xy xy y x y x
f6( , ) -тепе – теңдік.
5) Логикалық схемалар. Белгілі бір логикалық алгебра операциясын немесе қарапайым логикалық функцияны іске асыратын физикалық қҧрылғы логикалық элемент деп аталады. Белгілі бір ереже бойынша логикалық элементтердің соңғы санынан қҧрылған схема деп аталады. Негізгі логикалық функцияларға, оларды орындайтын схемалық элементтер сәйкес келеді.
6) Ақиқат кестесі. N айнымалыларының кез – келген функциясының анықталу облысы шекті болғандықтан (2n мәндер), бҧл функция V1 нҥктелері, мҧнда i = 0,1.-.2n-1, қабылдайдытын f (VI) мәндер кестесімен берілуі мҥмкін.
Мҧндай кесте шындық кестесі деп аталады. 1.1 – кестеде жоғарыда кӛрсетілген функцияларды беретін, шындық кестелері кӛрсетілген [1, 2].
1.1 к е с т е – Ақиқат кестесы
і Айнымалылар мәндері Функциялар
Х у f1 f2 f3 f4 f5 f6
0 0 0 0 0 1 1 0 1
1 0 1 0 1 1 0 1 0
2 1 0 0 1 1 0 1 0
3 1 1 1 1 0 0 0 1
Қҧралдар мен элементтер:
1) Сӛздер генераторы.
2) Вольтметр.
3) Логикалық пробник.
4) +5В кернеу кӛзі.
5) «Логикалық бірлік» сигнал кӛзі.
6) Екі позициялық ауыстырып қосу.
7) ЖӘНЕ, ЖӘНЕ-ЕМЕС, НЕМЕСЕ, НЕМЕСЕ-ЕМЕС екі кірістік элемент [3].
Зертханалық жұмысқа тапсырма ЖӘНЕ логикалық функциясын зерттеу.
Логикалық сигналдардың кҥйлерің беру. 1.1 суретте кӛрсетілген схеманы жинаныз. Бҧл схемада екі позициялық кілттер А және В ЖӘНЕ логикалық схеманың кірісіне 0 (кілт контакті тӛменгі кҥйде) немесе 1 (кілт контакті жоғарғы кҥйде) денгейлерін береді. Схеманы қосыңыз. В кілтін тӛменгі кҥйге ауыстырыңыз. В кірісінің кернеуін вольтметрмен ӛлшеңіз және логикалық пробник кӛмегімен логикалық сигнал деңгейін анықтаңыз. В кілтін жоғарғы кҥйге ауыстырыңыз. Логикалық сигнал деңгейін анықтаңыз және вольтметр кӛрсеткіштерін жазып алыңыз. У шығысында қандай сигнал туатынын кӛрсетіңіз. Нәтижелерді 1.2 кестесіне енгізіңіз. ЖӘНЕ элементінің шындық кестесін тәжірибе тҥрінде алу.
А және В сигнал деңгейлерінің барлық мҥмкін болатын комбинацияларын схема кірісіне беру және әрбір комбинациясы ҥшін Y шығыс сигналының деңгейін бақылау. ЖӘНЕ логикалық схеманың шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
Функция ҥшін аналитикалық ӛрнек алу.
1.2 – кесте бойынша ЖӘНЕ элементінің функциясының аналитикалық ӛрнегін қҧрыңыз және оны «Тәжірибелер нәтижесі» бӛліміне енгізіңіз.
1.1 сурет - ЖӘНЕ логикалық элементінің схемасы
1.2 к е с т е – Тәжірибенің нәтижесің енгізу кестесі
Кіріс Шығыс А В Y
0 0
0 1
1 0
1 1
ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық функциясын зерттеу. ЖӘНЕ және ЕМЕС элементтерінен тҧратын ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементінің шындық кестесін тәжірибелі алу.
1.2 сурет – ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементінің схемасы
1.2 сурет келтірілген схеманы жинаңыз. Схеманы қосыңыз. Схема кірісіне кіріс сигналдар деңгейлерінің мҥмкін комбинацияларын беріңіз және, логикалық пробниктер кӛмегімен кіріс және шығыс сигналдар деңгейін бақылай отырып, ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық схемасының шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
ЖӘНЕ-ЕМЕСлогикалық элементінің шындық кестесін тәжірибелі алу.
1.2 – суретте бейнеленген схеманы жинаңыз. Схеманы қосыңыз. Схема кірісіне кіріс сигналдар деңгейлерінің мҥмкін комбинацияларын беріңіз және, логикалық пробниктер кӛмегімен кіріс және шығыс сигналдар деңгейін бақылай отырып, ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық схемасының шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
НЕМЕСЕ логикалык функциясын зерттеу.
1) НЕМЕСЕ элементінің шындық кестесін тәжірибелі алу.
2) 1.3 суретте кӛрсетілген схеманы жинаңыз. Схеманы іске қосыңыз.
Схема кірісіне кіріс сигналдар деңгейлерінің мҥмкін комбинацияларын беріңіз және, логикалық пробниктер кӛмегімен кіріс және шығыс сигналдар деңгейін бақылай отырып, НЕМЕСЕ логикалық схемасының шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
3) Функция ҥшін аналитикалық ӛрнек алу.
1.1 кестесі боиынша функцияның аналитикалық ӛрнегін алып, оны 1.2 кестесіне енгізіңіз.
1.3 сурет – НЕМЕСЕ логикалық элементінің схемасы НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалык функциясын зерттеу.
1) НЕМЕСЕ және ЕМЕС элементтерінен тҧрарын НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің шындық кестесін тәжірибелі алу.
1.4 суретте келтірілген схеманы жинаңыз. Схеманы қосыңыз. Схема кірісіне кіріс сигналдар деңгейлерінің мҥмкін комбинацияларын беріңіз және, логикалық пробниктер кӛмегімен кіріс және шығыс сигналдар деңгейін бақылай отырып, НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық схемасының шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
2) НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің шындық кестесін тәжірибелі алу.
1.7 суретте бейнеленген схеманы жинаңыз. Схеманы қосыңыз. Схема кірісіне кіріс сигналдар деңгейлерінің мҥмкін комбинацияларын беріңіз және, логикалық пробниктер кӛмегімен кіріс және шығыс сигналдар деңгейін бақылай отырып, НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық схемасының шындық кестесін толтырыңыз (1.2 кестесі).
1.4 сурет – НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің схемасы
1.5 сурет – НЕМЕСЕ-ЕМЕС логикалық элементінің схемасы
Бақылау сурақтар:
1) Логикалық аинымалы және логикалық сигнал дегеніміз не? Олар қандаймәндер қабылдай алады?
2) Логикалық функция дегеніміз не?
3) Кернеу деңгейі логикалық сигнал болуы мҥмкін бе? Контакт кҥйі?
Жарық диодының жарқырауы?
4) Қай логикалық функция ҥшфазалық қозғалтқышты іске қосу жҥйесінің тәртібін сипаттайды (ҥш датчик фазалық кернеу бар екенін мәлімдегеннен кейін барып, қозғалтқыш іске қосыла алады)?
5) Температура датчигі контакттан тҧрады, температура ӛзгерген кезде ол контакт тҧйықталады (ажырайды). Контакт тҧйықталғанда онда логикалық бір сигналы пайда болады, ал ажырағанда-логикалық ноль сигналы пайда болады. Кез-келген бір ғана ӛрт датчигінің сигнал бергенін білу ҥшін қандай схема қолдану қажет? А) температура кӛтерілгенде – контакт тҧйықталады. Б) температура кӛтерілгенде контакт ажырайды.
6) 5НЕМЕСЕ-ЕМЕС функциясын іске асыру қажет болса, 8ЖӘНЕ- ЕМЕС элементінің колданылмайтын кірістеріне қандай сигнал берілуі қажет?
7) 3ИЛИ-НЕ функциясын іске асыру кезінде 4ИЛИ-НЕ элементінің қолданылмайтын кірісіне қандай сигнал берілуі қажет?
8) Сізде 2ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтері болсын. Олардың негізінде 3ЖӘНЕ схемасын қалай жинауға болады? Бҧл тансырманы орындау ҥшін 4 2ЖӘНЕ-ЕМЕС элементі жеткілікті ме?
9) Егер ішкі қателіктер себебінен кірістердің бірінде әрдайым логикалық 1 болса, ЖӘНЕ схемасы қалай жҧмыс істейді? Логикалық 0 кезінде ше? Қате 3И схемасы ҥшін шындық кестесін қҧрыңыз. Осындай жағдайда ЖӘНЕ- ЕМЕС схемасы қалай жҧмыс істейді?
10) Егер ішкі қателіктер себебінен кірістердің бірінде әрдайым логикалық 1 болса, НЕМЕСЕ схемасы қалай жҧмыс істеді? Логикалық 0 кезінде ше? Қате 3НЕМЕСЕ схемасы ҥшін шындық кестесін қҧрыңыз.
Осындай жағдайда НЕМЕСЕ-ЕМЕС схемасы қалай жҧмыс істейді?
2. №2 зертханалық жұмыс. Триггерлер
Жұмыстың мақсаты: асинхронды және синхронды триггерлердің жҧмыс істеу алгоритмдерімен қҧрылымын зерттеу; триггерлердің негізгі тҥрлері мен ӛту функцияларын зерттеу; әртҥрлі триггерлердің ӛзара ауыстырымдылығын зерттеу.
Әдістемелік нұсқаулар.
Триггер – бҧл тізбектелінген типтік қарапайым сандық сҧлба. Ҥ алдыңғы бӛлімдерде қарастырылған сҧлбалардың кіріс кҥйі Ҥ қалаған уақыттың мезетінде кіріс кҥйі Х:Ҥ=F(X) мен анықталады. Олардың басқаша, тізбектелінген сҧлбаның шығыс кҥйі (сандық автомат) сҧлбасының ішкі кҥйіне Q:Y=F(X,Q) тәуелді болады. Басқа сӛзбен айтқанда, сандық аавтоматты тек қана тҥрлендіргіш емес, сонымен қатар ағындағы ақпараттың кӛзі мен
алдыңғы ақпаратты сақтаушысы болып табылады. Бҧл қасиет схемада кері байланыстың болуымен қамтамасыз етіледі. Тізбектелінген сҧлбалардың негізі триггер болып табылады. Триггердің екі тҧрақты кҥйі болады Q=1; Q=0 сондықтан оны кейде бейтҧрақты сҧлба дейді. Триггер осы кҥйлердің қайсысында болуы кіріс сигналына тәуелді. Триггер және оның алғашқы жағдайы жадыда болады. Триггер элементарлық ҧяшық деп атауға болады.
Триггердің типі оның алгоритмінің жҧмыс істеуімен анықталады.
Алгоритмнің жҧмысына байланысты, триггердің орнықтандырушы, ақпараттық және басқарушы кірістері болады.
Орындаушы кірістер триггерді оның басқа кірістерінің жағдайына тәуелсіз орнықтандырады. Кірістік басқару ақпараттың кірісіне берілген жазбаларды қҧртады. Кӛп тараған триггерлерге RS, JK, D, T типтік триггерлер жатады [4].
RS-типті триггер.
RS – екі жағдайдада бола алатын жадыны қарапайым авомат. Триггердің екі орнықтандырылатын кірісі бар: S-орнықтыру (Set-орнықтыру) және R- тҥсіру (сброс). Оларға сыртқы қайнар кӛзінен кірістік сигнал беріледі. Кірістік басқаруға активтік логикалық деңгей берігенде триггер 1 (Q=1, Q=0) әрбір жағдай орнықты және кері байланыстың әсерінен жҥзеге асады. Бҧндай типті триггерлер ҥшін бір уақытта активті деңгей екі кірісіне берілуі орнықтырылмайды, себебі триггер – анықтамасы бойынша бір уақытта 1-ге және 0-ге орнықтырылмайды. Іс жҥзінде активті деңгейдің орнықтырылу кірісне берілуі бҧл жағдайдағы сигналдың пассивтік деңгейдің кірістік орнықтырылуына берілген кезде триггердің қандай жағдайда болатынын анықтау мҥмкін емес.
2.1 және 2.2 суреттерінде НЕМЕСЕ-ЕМЕС және ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтерінде орындалған. RS триггерінің екі тҥрі кӛрсетілген 2.1- суретіндегі кесте ҥшін логикалық берілістер деңгейі активті деңгей болып табылады, ал 2.2-суретіндегі кесте ҥшін логикалық нольдер деңгейі болып саналады. 2.2-суретіндегі сҧлба инверсті кірісті RS-триггер деген атау алады.
RS-триггері тізбектей сҧлбалар салудың негізі болып табылады.
«Тізбектелген» деген типті сҧлбалардың атауы, шығыс жағдайы кіріске қандай тізбекпен кірістік терілім берілетініне байланысты және ішкі жағдайдың қандай болғандығына болжауға байланысты. Егер RS-триггерге (2.1-суреті) бастапқыда R=0, S=1 (қысқаша -01), комбинациясын орнатып, сосын R=0, S=0-ге (00) ӛтсе, онда шығыс жағдайда Q=1 болады. Ал егерде бастапқыда 10 комбинациясын орнатып, сосын 00 ӛтсе, онда шығыс жағдайда оның кірісіндегі сигналдың бірдей комбинациясына қарамастан басқа болады Q=0. Яғни кірісінде 00 терілсе триггердің шығысы әртҥрлі жағдайда бола алады. Триггердің бір жағдайдан екінші жағдайға (алгоритм жҧмысы) ӛту шартын аналитикалық және графикалық әдісті кестемен сипаттауға болады.
RS-триггерінің (2.1-суреті) кестелік сипаттау жҧмысы 2.1 кестеде (ӛту кестесі) және 2.2 кестеде (функцияны қоздыру кестесі) кӛрсетілген.
2.1 к е с т е - RS-триггердің кестесі
R S Qt + 1
0 0 Qt
0 1 1
1 0 0
1 1 -
2.2 к е с т е - RS-триггердің кестесі
Qt Qt + 1 R S
0 0 Х 0
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 0 Х
Кестеде қолданылған келесі белгілелер:
1) Qt – алғашқы шығыс кҥйі.
2) Qt+1 – жаңа кҥйі ӛткеннен кейінгі тҧрақтылық (Qt+1=Qt).
3) х – сигналының барлық 0 немесе 1.
4) - – тҧрақталмаған кҥйі.
Аналитикалық жазылуды таблициядан алуға болады. 2.1, 2.2 логикалық алгебра ережесінен:
)
1 t ( t
t RS RQ R S Q
Q ,
Qt+1 Qt қасиетіне байланысты сипаттайды да, алдыңғы кҥйін есте сақтау.
RS-триггерінің жҧмысын қосымша 2.3-суретіндегі график кӛрсетеді.
2.3 сурет - RS-триггер
2.3-суретіндегі схемамыз Q=0 жҥйесін сақтайды. Бҧл кҥй кіріс R=0, S=0 жиынтығы әсер етеді де, R=1, S=0 әсер етуінен де солай. Егер кіріс схемасы 0=0 кҥйінде болса, R=0, S=1 жиынтығы әсер етсе, онда Q=1 кҥйіне кӛшеді және R=0, S=1 немесе R=0, S=0 кіріс жиынтығын сақтайды. 2.3-суретінде триггер графигінің суреті кӛрсетілген және ықшамдалған. Кіріс сигналы кез- келген қандайда бір Х деп белгіленеді. Белгіленген позициясы R, S сәйкес келуі.
Қҧралдар мен элементтер:
1) Сӛздер генераторы.
2) Вольтметр.
3) Логикалық пробник.
4) +5В кернеу кӛзі.
5) «Логикалық бірлік» сигнал кӛзі.
6) Екі позициялық ауыстырып қосу.
7) ЖӘНЕ, ЖӘНЕ-ЕМЕС, НЕМЕСЕ, НЕМЕСЕ-ЕМЕС екі кірістік элемент.
8) RS-триггер.
9) JK-триггер.
10) D-триггер.
Зертханалық жұмысқа тапсырма
RS-триггерін зерттеу. 2.4-суретінде кӛрсетілгендей схеманы жинаңыз.
Схеманы қосыңыз. Келесі сигналдарды схеманы тізбектей беріңіз S=0, R=1, S=0, R=0, S=1, R=0, S=0, R=0.
2.4 сурет - RS-триггер Келесіге кӛз жеткіземіз:
S=0, R=1 кезде триггер Q=0 жағдайда болады.
S=1-ге ӛткен кезде R=0 триггер алдындағы шығыстағы Q=0 жағдайын сақтайды.
S=1, R=0 триггер Q=1 жағдайға келеді.
S=0-ге ӛткен кезде R=0 триггер алдындағы шығыстағы Q=1 жағдайын сақтайды.
Әрбір ӛту кезіне (жағдайдың ӛзгергенін және алдыңғы сақталғанын).
Тәжірибелер нәтижесі деген бӛлімге 2.3-сурет типіндей ӛту графын салыңыз.
2.4-суреттегі схема ҥшін тәжірибе нәтижесі бойынша функцияның қондырылу кестесін толтырыңыз. Ол «тәжірибелер нәтижесі» бӛлімінде кӛрсетілген (2.2-кесте).
RS-триггерін зерттеу. 2.5-суретінде ӛрнектелген схеманы жинаңыз.
Схеманы қосыңыз. Келесі сигналдарды схеманы тізбектей беріңіз S=1, R=0, S=0, R=0, S=0, R=1, S=0, R=0.
Келесіге тексеріңіз:
S=1 кезінде R=0 триггер шығысында Q=0 жағдайда болады.
S=R=1-ге ӛткен кезде триггер шығыстағы Q=0 бастапқы мәнді сақтайды.
S=0 кезде R=1, триггер Q=1 жағдайға келеді.
S=0, R=1 ӛткен кезде Q=1 алғашқы мәнді сақтайды.
Әрбір ӛту кезіне (жағдайдың ӛзгергенін және алдыңғы сақталғанын).
Тәжірибелер нәтижесі деген бӛлімге 14.3-сурет типіндей ӛту графын салыңыз.
2.4-суреттегі схема ҥшін тәжірибе нәтижесі бойынша функцияның қондырылу кестесін толтырыңыз. Ол «Тәжірибелер нәтижесі» бӛлімінде кӛрсетілген (2.8).
RS-триггерін зерттеу.
2.5 сурет - RS-триггер
Ақиқат кестесі
RS-триггерін зерттеу.
2.6 сурет - RS-триггер Ақиқат кестесі
Бақылау сурақтар:
1) Стол шамының ажыратқышы. Сақтау элементі бола алама?
2) Егер келесі сҧраққа кӛшетін болсақ, онда қалай сипаттауға болады:
a) кнопкалы ажыратқышы (бір рет бассаң лампа жанады, екі рет бассаң лампа ӛшеді);
ә) клавиштік ажыратқыш: бір жағын басса лампа жанады немесе сол қалпында қалады; келесі жағына кӛшеді. Триггердің қандай тҥрлері болады?
S R Q Q 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 x x
S R Q Q 0 0 x x 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 Q Q
Входы Выходы
Асинх. Синхр.
PS CLR CLK D Q Q
0 1 x x 1 0
1 0 x x 0 1
0 0 x x 1 1
1 1 1 1 0
1 1 0 0 1
3) Инверсивті кірісті, RS-триггердің жҧмысы тура кірісі RS-триггердің жҧмысынан айырмашылығы неде?
4) RS-триггердің 11 комбинациясының сигналы неге «рҧқсат етілмейді».
5) Триггердің ауыспалы таблицасынан қоздыру функциясының таблицасының айырмашылығы неде?
6) Триггердің сипаттамасының теңдеуінде еске сақтау қасиеттері қандай кӛрініс береді?
7) Синхронды триггер асинхронды триггерден жҧмыс айырмашылығы қандай?
8) Синхронды триггердің ақпараттық және кірісінің қасиеті қандай?
9) Неге JK-триггер J=K=1 болғанда автогенераторға айналады?
10) Неге триггер санағыш триггер деп аталады? Импульстің қандай мәнін ол санай алады?
11) Егер D=Q онда D-триггер қалай жҧмыс жасайды?
3. №3 зертханалық жұмыс. Санағыштар
Жұмыстың мақсаты: қосындылық және азатқыш санауыштар жҧмысын зерттеу және қҧрылымын оқу; санауыштардың есептеу коэффициентінің ӛзгеру тәсілін оқу; 2n-ден ӛзге қайта есептеу коэффициенті бар счетчиктердің жҧмысын зерттеу.
Әдістемелік нұсқаулар.
Санағыштар.
Санағыштар – бҧл кірістік импультер санын есептеу қҧрылғысы. Әрбір кірістік импульсінің фронт бойынша оның шығыстарының кҥйімен кӛрсетілген сан бірлікке ӛзгеереді. Санағышты бірнеше триггерлерде іске асыруға болады. Қосындылық санағыштарда әрбір кірістік импульс оның шығысында санды бірлікке ӛсіреді , азайтқыш счетчиктерде әрбір кірістік импульс осы санды бірлікке азайтады. Бҧдан қарапайым санағыштар – екілік.
3.1 суретте қосындылық екілік санағыш және оның жҧмысының диаграммалары кӛрсетілген [5].
Есептеудің бағытын өзгерту.
Алдында айтқанымыздай, санағыштарды триггерлерде іске асыруға болады. Бҧнда триггерлерді тізбектей қосады. Әрбір триггердәң шығысы келесі тактілі кірісіне тікелей ісер етеді. Қосындылық санағышты іске асыру ҥшін триггердің есептеу кірісін алдыңғы инверсті шығысына қосады.
Есептеу бағытын (азайтқыш санағышты іске асыру) келесі әдістерді келтіреміз:
1) Санағыштың шығыстық сигналдарын тҥзуден емес, триггердің инверсті шығысынан есептеу керек. Санағыш триггерлерінің инверсті шығысының кҥйімен пайда болатын сан тигггерлердің тҥзу шығысының кҥйімен пайда болатын санымен байланысты келесі қатынаспен: 1-1, мҧнда n – санағыштың шығыстық разрядтылығы. 3.1 кестесінде санағыштардың
триггерлерінің тҥзу шығыстағы сандардың инверсті шығыстағы сандармен байланысының мысалы келтірілген.
2) Санағыштағы байланыс қҧрылымын ӛзгерту: триггерің келесі есептеу кірісіне инверсті сигналды емес, 3.2 суретінде кӛрсетілгендей алдыңғы тҥзу шығысынан беру керек. Бҧл жағдайда триггерлердің ауыстырып қосу тізбегі ӛзгереді.
3.1 сурет - Қосынды екілік санағыш
3. Санағыштар бір период кезіндегі сандар кҥйімен сипатталады 3.1 суреттегі схемалар ҥшін цикл 23=8 кҥйлерін қҧрайды (000-ден 111-ге дейін).
Кҥйлер санын жиі Кcx қайта есептеу коэффициенті деп атайды ,ол мынаған тең:
Ксч =
Qcn c
N N .
Егер санағыштың кірісінде fc жиілігіндегі периодты импульстер берсе , онда санағыштың шығысындағы Кcx жиілік есе аз болады. Мҧндағы Кcx=
Q c
F F . Сондықтан кейде санағыштарды жиілігін бӛлгіш деп, ал шамасын бӛлу коэффициенті деп атайды. Кcxшамасын арттыру ҥшін тізбектегі триггер санын
кӛбейту керек болады. Әрбір триггер санағыштың кҥйлерімен Кcxсанын екі еселейді. Кcxкоэффициентін азайту ҥшін санағыштың шығысы ретінде аралық кҥшейткіштің триггерінің шығыстарын қрасатыруға болады. Мысалы ҥш триггерлі санағыш ҥшін Кcx= 8 , ал екілік триггер ҥшін Кcx= 4. Мҧнда Кcx- 2 санының бҥтін дәрежесі 2,4,8,16 және т.б болып табылады.
Q3 Q2 Q1 C
3.2 сурет – Қосынды екілік санағыш
Кcx- қалаған бҥтін сан етіп санағышты жҥзеге асыруға болады. Мысалы , 3 триггер санағыш ҥшін коэффициентін 2-ден 7-ге дейін етіп жасауға болады, бірақ бҧл кезде 1 немес 2 триггер артық болады. Барлық 3 триггерді қолданған кезде Кcx=5…7:22Ксч 23етіп алуға болады. Санағыш қарапайым жағдайда (0,1,2,3,4) тізбегін қҧрайтын 5 кҥйі болуы керек. Бҧл тізбектіліктің циклдық қайталануы,санағышты бӛлу коэффициенті 5-ке тең екенін білдіреді.
Кcx=5 қосындылағыш санағышты қҧрастыру ҥшін санағыш (0,1,2,3,4) тізбектілігінің соңғы санынан кейін 5 санына емес, 0 санына ӛтуі керек. Екілік кодта бҧл 100 санынан кейін 101-ге емес 000-ге ӛтуі керек екендігін білдіреді.
Санаудың табиғи ретін ӛзгерту санағыштың триггерлері арасында қосымша байланыс енгізгенде мҥмкін.
Бҧл ҥшін келесі тәсілді қолданамыз:санағыш жҧмыстан тыс кҥйге тҥскен кезде (біздің жағдайда 101) бҧл факт анықталып, санағышты 000 кҥйіне келтіретін сигнал ӛндіру керек. Бҧл әдісті тереңірек қарастырайық.
2 3 1 3 1 2 1 1 2 3 2 1
) 1
111 ( ) 110 ( ) 101
( v v Q Q QvQ Q Q vQ Q Q Q QvQ Q
F .
Санағыштардың жҧмысынан тыс кҥйге тҥсіп қалуы келесі логикалық теңдеумен сипатталады. 110 және 111 кҥйлері де жҧмыстан тыс деп сналады, сондықтан теңдеу қҧрғанда ескеріледі. Егер эквивалентті логикалық сҧлбаның P=0 шығысында болса , онда санағыш 0/1/2/3/4 кҥйлерінің бірінде болады. Ол 5/6/7 жҧмыстан тыс кҥйлердің біреуіне тҥсіп қалса P=1 сигналы қалыптасады.
F=1 cигналдың пайда болуы санағышты 000 кҥйіне еклтіріп тӛмендету жҥзеге асырылатын санағыштың триггерлерінің орнатушы кірістеріне әсер ету ҥшін Q1=Q2=Q3=0 қолдану керек. Орнату кірісі логикалық 0-ді триггерлі санағышты жҥзеге асырғанда триггерді тӛмендету ҥшін тӛмендету кірісіне 0 сигналын беру керек.
Жҧмыстан тыс кҥйге тҥсу фактын анықтау ҥшін Р функциясы және И-НЕ элементтерінде сҧлбаны қолданамыз:
Q3 Q1vQ3 Q2 Q3 (Q1vQ2) F
Сәйкес сҧлбаны жҥзеге асырушы 3.3 - суретте келтірілген.
3.3 сурет – Санауыш схемасы
Санағыш келесідей жҧмыс істейді: 0-ден 4-ке дейін санау жай қосындылағыш Кcx=8 қосындылағыш санағышындағыдай жҥреді. Орнату сигналдары 1-ге тең және табиғи санау ретінде кедергі келтірмейді. Санау С санау кірісінде импульстың оң фронты бойынша жҥріледі. Санағыш 4 (100)
кҥйінде болу мезетінде келесі тактылық импульс алғашында санағышты 5 (100) кҥйіне келтіреді, бҧл триггердің тӛмендету кірісіне келіп тҥсетін тӛмендету сигналының қалыптасуына алып келеді. Нәтижесінде санағыш 0-ге тӛмендетіліп санау кірісіне тактылық импульстің келуін кҥтіп тҧрады.Бір цикл аяқталып, санағыш келесі циклдың басталуына дайын тҧрады.
Мҧндай кіріс байланысты схемаларды қолданғанда, тӛмендету операциясы нақты (конечный) уақыт қажет ететінін ескеру қажет, сондықтан санағышты 0 кҥйіне тӛмендету алдында 1-ші триггер шығысында қысқа мерзімді импультар немесе инелер пайда болады. Бҧл санағышты тікелей индикаторға қосқанда тікелей мән болмайды, бірақ санағыштың бҧл шығысын тактылық импульстар кӛзі ретінде қолданғанда белгілі қиындықтар тууы мҥмкін. Бҧл қиыншылық жойылған сҧлба 3.4 - суретте кӛрсетілген. Схеманың негізгі ерекшелігі болып жҧмыстан тыс 101 кҥйіне тҥсіп қалу фактын табу емес, ал 100 кҥйіне тҥсу фактымен келесі тактыде тӛмендету сигналы ӛндіру болып табылады.
3.4 сурет - Қосынды екілік санағыш Қҧралдар және элементтер:
1) Сӛздер генереторы.
2) Логикалық анализатор.
3) Логикалық пробниктер.
4) Кернеу кӛзі +5В.
5) Тактілі импульстер генереторы.
6) «Логикалық бірлік» сигнал кӛзі.
7) Екіпозициялы ауыстырып қосқыштар.
8) Базалы екіжҥрісті логикалық элементтер.
9) RS, JK және D-типті базалық тиггерлер.
Зертханалық жұмыстың тапсырмасы Жинақтаушы санағышты зерттеу.
3.1 - суретте кӛрсетілген сҧлбаны жинаңыз. Сҧлбаны қосыңыз. С кілті кӛмегімен сҧлбаның кірісіне тактілі импульстерді беру арқылы және логикалыҧ пробниктер кӛмегімен санағыштың шығыстарының кҥйін бақылай отырып, жинақтаушы санағыш жҧмысының уақыттық диаграммаларын қҧрыңыз. Санағыштың қайта есептеу коэффициентін анықтаңыз. Нәтижелерін
«Эксперимент нәтижелері» бӛліміне кіргізіңіз. Санағыштың инверсті шығыстарының кҥйімен формаланған сандарға кӛңіл бӛліңіз.
Алушы санағышты зерттеу.
3.2 - суретте кӛрсетілген сҧлбаны жинаңыз. Сҧлбаны қосыңыз. Алушы санағыш жҧмысының уақыттық диаграмммаларын «Эксперимент нәтижелері»
бӛліміне салыңыз. 3.2 - суретіндегі сҧлбада логикалық анализатордың кірістерін триггерлердің инверсті кірістеріне қосыңыз. Сҧлбаны қосыңыз.
Алынған уақыттық диаграммаларды «Эксперимент нәтижелері» бӛліміне салыңыз және оларды эксперимент 1–де алынған диаграммалармен салыстырыңыз.
3.1 сурет - Қосынды екілік санағыш
Қайта есептеу коэффициенті өзгерген санағышты зерттеу.
3.3 суретте кӛрсетілген сҧлбаны жинаңыз. Сҧлбаны қосыңыз. С кілті кӛмегімен сҧлба кірісіне тактілі импульстерді бере отырып және логикалық пробниктер кӛмегімен санағыш шығыстарының кҥйін бақылап ,санағыш жҧмысының уақыттық диаграмммаларын қҧрып және қайта септеу
коэффициентін анықтау. Нәтижелерін «Эксперимент нәтижелері» бӛліміне кіргізіңіз.
3.3 суретте сҧлбаға сәйкес санағыштың комбинациялық бӛлігінің қҧрылымын ӛзгертіңіз. С кілті кӛмегімен сҧлбаның кірісіне тактілі импульстарды бере отырып және логикалыҧ пробниктер кқмегімен санағыш шығыстарының кҥйін бақылап,санағыш жҧмысының уақыттық диаграммаларын қҧрыңыз. Нәтижелерін «Эксперимент нәтижелері» бӛліміне кіргізіңіз.
3.2 сурет - Қосынды екілік санағыш Эксперимент нәтижелері - уақыттық диаграммалар
Q3 Q2 Q1 C
Бақылау сурақтар:
1) Неге триггерлердің санағыш кірістері D-триггерлеріндегі алдыңғы каскадтардың инверсті шығыстарына қосылғанда жинаҧтаушы болып , ал тікелей қосылғанда алушы болады?
2) JK-триггерлі санағыш алдыңғы каскадтардың тікелей шығыстарына триггерлердің санағыш кірістері қосылғанда қандай режимде жҧмыс істейді?
Триггерлердің санағыш кірістері инверсті шығыстары қосылғанда санағыш жҧмысының режимы қалай ӛзгереді?
3) Джонсон регисторында қандай қайта есептеу коэффициенті бар?
4) Санағыштың қайта есептеу коэффициентін қандай әдістермен ӛзгертуге болады?
5) Кcx=(3,5,7,9,10,12,14,15,24,30) қайта есептеу коэффициенті бар санағышта қанша триггер болу керек?
6) Екілік санағышта қайта есептеу коэффициенті 8-ге тең , триггерлер саны.
7) Санағыш кірісіне тактілі импульстар келгенде ол келесі тізбек бойынша ӛзгереді: 000-001-010-011-1000101-110-111-000. Санағышта әрбір қадам кезінде қанша триггер ӛзінің кҥйін бір уақытта ӛзгертеді? Санағышта 111 кҥйінен 000 кҥйіне қалай жҥзеге асырылады? Қай триггер ӛзінің кҥйін бірінші ӛзгертеді? Екінші триггерге ауысудың себебі? Санағышта 011 кҥйінен 100 кҥйіне ӛту триггерлердің кҥйінің ӛзгеру процессі қандай?
8) Метродағы цифрлы сағаттар санағыштар негізінде іске асырылғантаблодағы жҧп секунд саны тақ санына қарағанда кӛп сақталады (керісінше де болады). Неге бҧлай болады?
9) 10кГц жиілікті генераторы импульсы бар секундтар мен ондық секундтырды есептейтін санағышта қандай разряд болу керек?
4. №4 зертханалық жұмыс. Дешифраторды зерттеу
Жұмыстың мақсаты: дешифратордың жҧмыс істеу принципімен танысу, басқару сигналдарының әсерін зерттеу және де функционалдық модульдерді зерттеу дешифратор негізінде.
Әдістемелік нұсқаулар.
1. Комбинациялық сҧлбалар.
Бҧл сҧлбалар кіріс шығыс сигналдардың бір мәнді сәйкестігін жҥзеге асыратын логикалық сҧлба. Комбинациялық сҧлбаларды жҥзеге асыру ҥшін интегралды сҧлбалар тҥрінде шығарылатын логикалық элементтерді айтады.
Бҧл классқа дешифраторлар, шифраторлар, мультиплексторлар, демультиплексторлар, сумматорлар кіреді.
Бҧл бӛлімде ыңғайлау ҥшін дешифраторлар сҧлбасы орнына демультиплексордың сҧлбасын қолданамыз, бҧл олардың жҧмыс істеу алгоритмдерінің ҧқсастығы арқасында мҥмкін.
2. Дешифраторлар.
Бҧл п информациялау кіріс және 2п шығысы бар логикалық комбинациялық сҧлба. Әр қашан п 2,3 тең немесе 4.1-суретте кӛрсетілген дешифратор п=3 активті деңгейді логикалық нолдік деңгейіне сәйкес {В,А шығысында келесі логикалық деңгейлерін беруге болады 000,001,..111, барлығы 8 комбинация}. Схемада 8 шығысы бар. Олардың біреуі тӛмен потенциялды кҥйі іске асырылады, ал қалғандары жоғарғы [6].
Жалғыз шығыстың нӛмірі активті іске асырылатын деңгейі санына сәйкес. С, А, В кірістеріне байланысты келесідей деңгеймен, мысалы: кіріс логикалық деңгейіне 011 берілсе, онда микросхеманың 8 шығысынан (Ҥ0..Ҥ7) шығысымен 0-дік сигнал тҧрақталады (), ал шығыстары логикалық бірді береді. Бҧны іске асыру принципі шығыста келесідей берілуі мҥмкін:
0, егер i=k;
Yi= 1, егер ik;
A B
C
k 22 21 20
4.1 сурет - Дешифратор
Бҧндай сигнал деңгейі шығысында тҥрінде кӛрсетіледі:
0 3CBA
Y .
Бҧл әдісті әр дешифратордың шығысын жащып кӛрсетуге болады:
A B C
Y0 , Y4CBA,
A B C
Y1 , Y5CBA,
A B C
Y2 , Y6CBA,
A B C
Y3 , Y7CBA.
Бҧдан басқа ақпараттар кірісі А, В, С әрқашан қосымша в кірісі болады.
Мысалы, дешифратордың кірісіне рҧқсат береді немесе массивті тҥрде ауыстырады.
Тікелей кірісті дешифраторды активті логикалық «1», ал инверстік кірісі дешифраторда – логикалық «0» деңгейі болып табылады. 1-суретте бір басқа инверсті кірісі бар дешифратор кӛрсетілген. Бҧл дешифраторда басқа сигналда ескерілген кіріс сигналының қалыптасуы келесі тҥрде кӛрсетілген:
G
1 , егер i=k;
Yi= 1, егер ik;
A B
C
k 22 21 20 .
Бірнеше кірістері бар дешифратор рҧқсат ету функциясы негізінен басқарудың рҧқсат ету сигналдарының барлығының логикалық кӛбейтіндісі болып табылады:
G
1 , егер i=k;
Yi= 1, егер ik;
A B
C
k 22 21 20 .
B G A G G
G 1 2 2 .
4.2 сурет – Дешифратор
