«Electronics Workbench» бағдарламасының компонеттерімен танысып, Логикалық операцияларды және оларды түрлендіру ережелерін зерттеу

(1)

Коммерциялық емес акционерлік қоғам

ЦИФРЛЫҚ БАСҚАРЫЛАТЫН ЖҮЙЕНІҢ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ 1-БӨЛІМ

5В071800-Электрэнергетикасы мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

Алматы 2019

Ғ.Ж.ДӘУКЕЕВ атындағы АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС

УНИВЕРСИТЕТІ Электр машиналары және электр жетегі кафедрасы

(2)

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: М.А. Мустафин, Ю.В. Кузьмин, Э.Б.

Даркенбаева. Цифрлық басқарылатын жүйенің логикалық негіздері. 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының студенттері үшін зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау. – Алматы: Ғ.Ж. Дәукеев атындағы АЭЖБУ, 2019.- 24 б.

Цифрлық басқарылатын жүйенің логикалық негіздері курсы бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау. «Electronics Workbench» бағдарламасының компонеттерімен танысып, Логикалық операцияларды және оларды түрлендіру ережелерін зерттеу. Логикалық вентильдерден тұратын сандық сұлбаларды моделдеу бойынша практикалық жұмыс дағдыларын алу, ақиқаттық кестелерін құру және логикалық функцияларды моделдеу, негізгі логикалық элементтерді зерттеу, логика алгебрасының ұқсастығын зерттеу, қарапайым сандық сұлбаларды жобалау тақырыптары негізінде тапсырмалар берілген.

Сурет. 26, кесте.11, әдеб. – 6 атау.

Пікір беруші: Курпенов Б.К.

«Ғ.Ж.Дәукеев атындағы Алматы Энергетика және Байланыс Университетi» © КЕАҚ 2019 ж. баспа жоспары бойынша шығарылады.

 «Ғ.Ж.Дәукеев атындағы Алматы Энергетика және Байланыс Университетi» КЕАҚ, 2019 ж.

(3)

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

Ғ.Ж.Дәукеев атындағы Алматы Энергетика және Байланыс Университетi Электр машиналары және электр жетегі кафедрасы

БЕКІТЕМІН ОӘЖ проректоры _____________С.В. Коньшин

«_____» __________ 2019 ж.

ЦИФРЛЫҚ БАСҚАРЫЛАТЫН ЖҮЙЕНІҢ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ 1-БӨЛІМ

Келісілген ОӘБ бастығы

______Мухамеджанова Р.Р.

«___» _______2019 ж.

ЖУӘК төрағасы

________ Б.К. Курпенов

«___» _______2019 ж.

Редактор ____________

«___» _______2019 ж.

Стандарттау бойынша маман _______ Мухамедсариева Г.И.

«___» _______2019 ж.

ЭМЭЖ кафедрасының отырысында қарастырылып ұйғарылған, хаттама

№9 09.09.2019 ж.

Каф. меңгерушісі

____________ Ж.К. Оржанова

Құрастырғандар

_______ М.А. Мустафин _______ Ю.В. Кузьмин _______ Э.Б. Даркенбаева

Алматы 2019

(4)

Мазмұны

Кіріспе... 4

1 «Electronics Workbench» бағдарламасының кітапхансымен және интерфейстерімен танысу... 5

2 Үш фазалы кернеу инверторын есептеу... 9

3 Негізгі Логикалық элементтерді зерттеу... 12

4 Логика алгебрасының ұқсастығын зерттеу... 16

5 Қарапайым сандық сұлбаларды жобалау... 18

6 Логикалық функцияларды түрлендіру... 19

7 RS-, d-, t-типті триггерлерді зерттеу... 22

(5)

Кіріспе

Қазіргі . «Electronics Workbench» бағдарламасының кітапхансымен және интерфейстерімен танысу. «Electronics Workbench» бағдарламасының интерфейстері. Логикалық ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ элементтермен танысып олардың қосылу сұлбаларын және алгебралық теңдеулерін жазып үйрену.

Бұл жұмыста алты кілттен тұратын, ЕИМ-лы үш фазалы жиілік түрлендіргішінің элементтері есептеледі және таңдап алынады.

(6)

Мазмұны

Кіріспе... 4

1 «Electronics Workbench» бағдарламасының кітапхансымен және интерфейстерімен танысу... 5

2 Үш фазалы кернеу инверторын есептеу... 9

3 Негізгі Логикалық элементтерді зерттеу... 12

4 Логика алгебрасының ұқсастығын зерттеу... 16

5 Қарапайым сандық сұлбаларды жобалау... 18

6 Логикалық функцияларды түрлендіру... 19

7 RS-, d-, t-типті триггерлерді зерттеу... 22

(7)

Кіріспе

Қазіргі «Electronics Workbench» бағдарламасының кітапхансымен және интерфейстерімен танысу. «Electronics Workbench» бағдарламасының интерфейстері. Логикалық ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ элементтермен танысып олардың қосылу сұлбаларын және алгебралық теңдеулерін жазып үйрену.

Бұл жұмыста алты кілттен тұратын, ЕИМ-лы үш фазалы жиілік түрлендіргішінің элементтері есептеледі және таңдап алынады.

(8)

1 Зертханалық жұмыс №1. «Electronics Workbench» бағдарламасының кітапхансымен және интерфейстерімен танысу

1.1 «Electronics Workbench» бағдарламасының интерфейстері

Бағдарламаны көшіргеннен кейін 1.1 суретте көрсетілгендей терезе шығады.

Бірінші жағдайда «Electronics Workbench» бағдарламасының сыртқы бейнесі көрінеді.

1.1 сурет - Electronics Workbench бағдарлама терезесі

Бағдарламаны іске қосу арқылы бірінші нәрсе-зерттелетін сұлбаның үлгісі жиналатын «монтаждық үстел». Терезенің ең төменгі жағында үлгілеу параметрлері мен іс-әрекеттерді орындауға бағдарламаның дайындығы индицияланатын күй жолағы бар. Сұлбаның симуляциясын іске қосқан кезде имитациялық уақыт көрсетіледі (бұл нақты құрылғының жұмыс істеу кезінде модельдік процесті алатын уақыт). Модельдеу уақыты сұлбаның күрделілігіне және ондағы элементтердің санына байланысты.

Жоғарғы жағында құралдар панельдері мен бағдарлама мәзірі орналасқан.

Аспаптар панелінде схемаларды құрастыру және бағдарламаны басқару кезінде қажетті іс-қимылдарды қамтамасыз ететін компоненттер кітапханалары мен түймелер болады.

Бағдарлама интерфейсі пайдаланушы негізгі құралдар панелін пайдалана отырып, бағдарламамен жұмыс істейді, сондықтан біз олармен бағдарламаны танысуды бастаймыз.

Құралдар панельдері түймелерінің қысқа арналуын қарастырайық.

(Activate simulation) – схема симуляциясын іске қосу түймесі.

(Pause simulation) - симуляцияны уақытша тоқтату түймесі. Осы батырманы қайталап басу тоқтату орнынан симуляцияны жаңартады.

Төменде келтірілген түймелер схеманың белгілі бір компонентін (немесе компоненттер тобын) бөлгенде ғана белсенді болады:

(Flip horizontal) - бөлінген компонентті көлденең көрсету.

(Flip vertical – - бөлінген компонентті тігінен көрсету. (материалды аздап кеңейту).

(9)

1.2 Компонетттер кітапханасы

Құралдар панелінде, сондай-ақ, біз бөлек қарастырамыз компоненттер кітапханаларының түймелері бар:

(Sources – - көздер. Бұл кітапханада сіз тұрақты және айнымалы ток (кернеу) көздерін, жиіліктік-модуляцияланған және амплитудалық- модуляцияланған кернеу көздерін, импульс көздерін, басқарылатын ток және кернеу көздерін (мысалы, басқарылатын кернеу көзі), сондай-ақ "жер"

(ground), бағдарламаланатын көздер (желілік-өзгеретін кернеу және сызықсыз) және т. б. таба аласыз.

«Sources» кітапханасының құрамына кіретін компоненттердің сипаттамасы

«ток және кернеу көздері» кітабының бөлімінде жеке қарастырылады.

(Basic) - негізгі элементтер. Бұл кітапханада бір өте пайдалы компонент (connector) бар – монтаждық нүкте, ол бірнеше өткізгіштерді бір нүктеде қосуға мүмкіндік береді, бұл күрделі сұлбалары өте ыңғайлы.

(Digital ICs) - сандық Интегралды микросұлбалар. Бұл кітапхананың атауы Әр түрлі сандық микросұлбалар бар екенін айтады (бұл бар сұлбалар екенін ескеріңіз).

(Logic gates) - логикалық элементтер. Бұл кітапханада логикалық элементтер, мысалы, элементтер немесе, емес, және-НЕ және т. б. бар.

(Digital) - Сандық құрылғылар. Бұл жерде сандық техниканың базалық құрылғылары – триггерлер, есептеуіштер, шифраторлар, дешифраторлар, мультиплексорлар және т. б. бар.

(Indicators) – индикаторлық аспаптар – қыздыру шамдары, семисегментті индикаторлар, логикалық пробник және т. б. осы жерде вольтметр және амперметр сияқты кейбір өлшеу аспаптары бар, оларды пайдалану аспаптармен жұмыс істеу бөлімінде сипатталған.

(Instruments) - аспаптар, аспаптар. Бұл жерде сұлбадағы процестерді бақылауға арналған немесе қажетті сигналдарды (осциллограф, мультиметр және т.б.) генерациялауға арналған аспаптар бар. Осы компоненттермен жұмыс істеуге осы кітаптың тиісті бөлімі арналған, онда олар егжей-тегжейлі сипатталған.

(Word generator) - сөз генераторы. Сөз генераторы сұлбадағы сандық тізбектерді генерациялау үшін пайдаланылады. Бұл құрал өте көпфункционалды және әртүрлі міндеттерді шешу үшін пайдаланылуы мүмкін – сұлбаның жұмыс қабілеттілігін тексеруден бастап сандық сұлбаға бағдарламаланатын әсерлердің іске қосылуына дейін.

Сөз генераторының көмегімен (1.1 сурет) 16-ға дейінгі разрядтылықпен 1024 сандық сөзді шығаруға болады. Сөздер тізімі сол жақ терезесінде көрсетіледі,

(10)

сол жақта оларды өңдеуге болады. Сөз мекенжайы 0000-03FF дейін өзгеруі мүмкін.

1.1 сурет – Генератор сөздері

Ағымдағы уақыт сәтіндегі әрбір Шығыс күйі дөңгелек индикаторлардағы генератордың алдыңғы панелінің төменгі жағында көрсетіледі.

«Address» панелінде өзгертілетін сөздің мекен-жайын (яғни «Edit» өрісіндегі меңзер тұрған) және «Current» өрісіндегі ағымдағы сөздің мекен-жайын көруге, сондай-ақ «Initial» және «Final» атауларымен енгізу өрісіндегі генерацияланатын сөздердің мекен-жайының бастапқы және соңғы мәнін қоюға болатын өрістер орналасқан. «Address» панелінде түймелер және сөз генерациясын басқару бар.

(Logic analyzer) - логикалық анализатор (1.2 сурет). Логикалық анализатор оның кіруіне берілген он алты сандық сигналдарды бір уақытта жазып, оларды кейін көруге мүмкіндік береді. Логикалық анализатордың алдыңғы панелінде оның барлық параметрлері емес, тек бірнеше түймелер орналасқан. түймесі анализатордың жұмысын тоқтатуға мүмкіндік береді.

түймесі логикалық анализаторды қалпына келтіру үшін арналған. Оған басқан кезде ол сигналдар кестесін қайта құрастырады. Сигналдардың ағымдағы логикалық деңгейі (0 немесе 1) Аспаптар терезесінің сол жағында орналасқан дөңгелек индикаторларда көрсетіледі. «Clocks per division»

тармағында бір бөлікке қанша таңдау болатынын таңдауға болады.

Іріктемелердің саны бөлінуі мүмкін: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 және 128.

(11)

1.2 сурет - Логикалық анализатор терезесінің сыртқы бейнесі

Аспаптың экранында уақыт аралықтарын және (немесе) импульстердің ұзақтығын өлшеуге мүмкіндік беретін екі өлшеуіш жүгіргіш орналасқан.

Өлшеу нәтижелері аспап панеліндегі арнайы өрісте көрсетіледі.

(Red probe) – Логикалық сынама. Логикалық тесік сандық сұлбаларда жоғары логикалық деңгейдің пайда болуын индикациялау үшін қызмет етеді.

Егер кернеу осы деңгейден асып кетсе, онда ол жарқырайды, егер жоқ болса, онда ол ештеңе индицияламайды. Бұрын көрсетілгендей, логикалық тесіктің үш түсі бар-қызыл, көк және жасыл (аспаптың баптауларында таңдалады). Бұл жерде «Electronics Workbench» бағдарламасындағы аспаптармен танысуды аяқтауға болады және бағдарламада көп ток және кернеу көздерін қарастыруды бастауға болады (және оларды жиі қолдануға тура келеді).

2 Зертханалық жұмыс №2. Ақиқаттық кестелерін құру және логикалық функцияларды моделдеу

2.1 Жұмыстың мақсаты

Логикалық операцияларды және оларды түрлендіру ережелерін зерттеу.

Логикалық вентильдерден тұратын сандық сұлбаларды моделдеу бойынша практикалық жұмыс дағдыларын алу. Логикалық құрылғы жұмысының логикасын сипаттаудың әртүрлі тәсілдерімен – ақиқаттық кестелерімен, уақыт диаграммаларымен, аналитикалық функциялармен, сандық сұлбалармен танысу.

2.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма

Екі айнымалыдан оқытушы берген булевалық функцияға арналған:

(12)

2.2.1 берілген булевалық функциясына арналған Ақиқат кестесін (Microsoft Excel ортасында) құру (ақиқат кестесін қандай да бір оңайлатусыз құру, тек кіріктірілген логикалық функцияларды пайдалана отырып, ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ, ЕГЕР).

2.2.2 Бұл логикалық функцияны Electronics Workbench ортасында модельдеу.

Тиісті сандық сұлбаны және уақыт диаграммаларын құру.

2.2.3 Басқа базиске көшу немесе жеңілдету мақсатында берілген логикалық өрнектерді түрлендіру.

2.3 Әдістемелік нұсқаулар Берілген логикалық функция:

𝑌 = 𝑋1 ∙ 𝑋2̅̅̅̅ + 𝑋1̅̅̅̅ ∙ 𝑋2.

2.3.1 Берілген теңдеу ыңғайлы болу үшін екіге бөлеміз:

𝑌 = 𝑌1 + 𝑌2;

𝑌1 = 𝑋1 ∙ 𝑋2̅̅̅̅; 𝑌2 = 𝑋1̅̅̅̅ ∙ 𝑋2.

Теңдеулерді MSExcel тілінде жазамыз:

Y1 = ЖӘНЕ(X1;ЖОҚ(X2));

Y2 = ЖӘНЕ(ЖОҚ(X1);X2);

Y = НЕМЕСЕ(Y1;Y2).

2.1 кесте - Excel терезесіне жазамыз. Берілген функция үшін шындық кестесін құрастырамыз

X1 X2 ЖОҚ X1 ЖОҚ X2 Y1 Y2 Y1 Y2 Y Y

1 1 0 0 ЖАЛҒАН ЖАЛҒАН 0 0 ЖАЛҒАН 0

1 0 0 1 АҚИҚАТ ЖАЛҒАН 1 0 АҚИҚАТ 1

0 1 1 0 ЖАЛҒАН АҚИҚАТ 0 1 АҚИҚАТ 1

0 0 1 1 ЖАЛҒАН ЖАЛҒАН 0 0 ЖАЛҒАН 0

Ескертулер

1 Жалпы, мұндай қарапайым логикалық функция үшін біз формуланы MSExcel тілінде жалпы түрде жаза алар еді, Y1 = НЕМЕСЕ(ЖӘНЕ(X1;ЖОҚ(X2));ЖӘНЕ(ЖОҚ(X1);X2))), бірақ бұл күрделі логикалық функция жағдайында алынған нәтижелерді тексеруді және талдауды қиындатады.

(13)

2 Логикалық құрылыстарда жай пайдалану нұсқаулығымен Excel

«формулалар» → «логикалық» ашылмалы мәзірін пайдалану ыңғайлы.

2.3.2 Үлгілеу кезінде біз функцияны пайдаланамыз 𝑌 = 𝑋1 ∙ 𝑋2̅̅̅̅ + 𝑋1̅̅̅̅ ∙ 𝑋2 ,

(2.1,а сурет) және байланыссыз логикалық элементтерде іске асырылған (2.1,б сурет).

а-контактілік элементтерде іске асырылған функция; б-контактісіз логикалық элементтерде іске асырылған функция.

2.1 сурет

Electronics Workbench ортасында берілген функцияның сандық сұлбасын суретке түсіріп (скрин-шот) көрсетеміз (2.2 сурет)

(14)

2.2 сурет - Electronics Workbench бағдарламасында берілген функцияның сандық сұлбасы

2.2 кесте

№ Логикалық теңдеулер Анықтамалары

1 F1=X*0=0 Кезкелген аргументтің логикалық туындысы бойынша 0 тең 0-ге

2 F2=X*1=X Кезкелген аргументтің логикалық туындысы 1 бойынша сол аргументтің өзіне тең

3 F3=X*X=X Бірдей аргументтің логикалық туындысы сол аргументке тең

4 F4=X*X’=0 аргументпен оның инверсиясымен логикалық туындысы 0-ге тең

5 F5=X+0=X Кезкелген аргументтің 0 мен логикалық қосындысы сол аргументке тең

6 F6=X+1=1 Кезкелген аргументтің 0 мен логикалық қосындысы 1-ге тең

7 F7=X+X=X Аргументтің өзіне өзі қосындысы сол аргументтің өзіне тең

8 F8=X+X’=1 Аргументтің инверсиясымен қосындысы 1-ге тең

9 F9=X’’=Х Аргументтің екі инверсиясы оның шындық мәніне тең

10 F10=X1*X2=X2*X1 Орын ауыстыру заңы

6 F6=X+1=1 Кез келген аргументтің 0 мен логикалық қосындысы 1-ге тең

7 F7=X+X=X Аргументтің өзіне өзі қосындысы сол аргументтің өзіне тең

(15)

2.2 кестенің жалғасы

8 F8=X+X’=1 Аргументтің инверсиясымен

қосындысы 1-ге тең

9 F9=X’’=Х Аргументтің екі инверсиясы

оның шындық мәніне тең

10 F10=X1*X2=X2*X1 Орын ауыстыру заңы

11 F11=X1+X2=X2+X1 Орын ауыстыру заңы

12 F12=(X1*X2)*X3=X1*(X2*X3) Аралас заңы 13 F13=(X1+X2)+X3=X1+(X2+X3) Аралас заңы 14 F14=X1*(X2+X3)=X1*X2+X1*X3 Жақшаны ашу

15 F15=X1+(X2*X3)=(X1+X2)*(X1+X3) Үшіншіні алып тастау

16 F16=X1+X1*X2=X1 Жұтылу

3 Зертханалық жұмыс №3. Негізгі Логикалық элементтерді зерттеу

Олардың базасында құрылған негізгі логикалық элементтер мен комбинациялық құрылғыларды зерттеу.

3.2. Әдістемелік нұсқаулар

3.2.1 Электрондық кілттермен пайдалана отырып, зерттелетін құрылғылардың ақиқаттық кестесін құру, логикалық функцияны анықтау және оны операциялар арқылы жазу және немесе емес.

3.2.2 Зертханалық жұмыс барысында элементтер ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ- ЖОҚ, НЕМЕСЕ-ЖОҚ, НЕМЕСЕ алып тастайтын, НЕМЕСЕ-ЖОҚ алып тастайтын, үш разрядты құрылғыны шындыққа тексеру, екі разрядты сандарды салыстыру құрылғысы және екілік бір реттік сумматор зерттеледі.

3.2.3 Жұмыс Electronics Workbench жүйесінде орындалады. Зерттелетін құрылғылардың сұлбалары (3.1-3.7 суреттер.), λ белгілі бір функцияларды орындайтын логикалық элементтердің қосылыстары түрінде. Модельдері 3.1- 3.7 суретте көрсетілген логикалық элементтер мен құрылғылар SA1-SA4 кілттерінің логикалық сигналдарын (0 немесе 1) олардың кіруіне беру кезінде зерттеледі. Зерттеу схема қосылған кезде жүргізіледі. Тиісті кілттен берілетін сигнал деңгейі жылжымалы контактінің жағдайы бойынша (жоғары – 1, төмен – 0), шығыс сигналының деңгейі – hl1 және HL2 индикаторларының шамдары бойынша анықталады. Тоғыз құрылғыға зерттеу жүргізу қажет.

3.2.4 Зерттелетін сұлбамен файлды ашу. Сұлбаны қосу. SA1-SA4 кілттерін, зерттелетін құрылғылардың ақиқаттық кестелерін толтыру ( 3.1-3.4 кестелер), логикалық функцияны анықтау және оны операциялар арқылы жазу ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ.

3.2.5 Құрылғыға кіретін әрбір логикалық элементтің түрін анықтау.

(16)

3.2.6 Зертханалық жұмыс барысында элементтер ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, немесе-екі санды салыстыру құрылғысы және екілік бір реттік сумматор зерттеледі.

3.1 сурет – ЖӘНЕ элементін зерттеу сұлбасы

3.2 сурет – НЕМЕСЕ элементінің сұлбасын зерттеу

3.3 сурет – ЖӘНЕ-ЖОҚ элементтерін зерттеу сұлбасы

3.4 сурет – НЕМЕСЕ-ЖОҚ элементтері сұлбасын зерттеу

(17)

3.5 сурет – НЕМЕСЕ элементін болдырмайтын сұлбаны зерттеу

3.6 сурет – НЕМЕСЕ-ЖОҚ элементтерін болдырмайтын сұлбаны зерттеу

3.7 сурет – Екі разрядты санды зерттеу сұлбасы

3.8 сурет – Екі, үш разрядты құрылғыны жұптық салыстыру сұлбасын зерттеу

(18)

3.1 кесте – 4.1 және 4.6 суреттердегі құрылғының шындық кестесі Кіріс сигналдары Шығыс сигналдары

SA2 SA1 HL1

0 0

0 1

1 0

1 1

3.2 кесте – Шындық кестесі, құрылғының дұрыстығын тексеру Кіріс сигналдары Шығыс сигалдары

SA3 SА2 SA1 HL1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

3.3 кесте –Екі екі разрядты сандық құрылғының шындық кестесі

Кіріс сигналы Шығыс сигналы

SA4 SA3 SА2 SA1 HL1

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 0 1 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

(19)

3.4 кесте – Екілік бір разрядты сумматордың шындық кестесі Кіріс сигналдары Шығыс сигналдары

SA2 SA1 HL1 HL2

0 0

0 1

1 0

1 1

3.3 Бақылау сұрақтар

3.3.1. Логика алгебра негіздерін оқып үйрену. Логика алгебрасының негізгі заңдарын және екі айнымалының негізгі логикалық функциясын жазу.

3.3.2. Логикалық элементтердің негізгі сипаттамаларын зерттеу және олардың жіктелуін беру.

3.3.3. Жұмыс принципі және ТТЛ, ТТЛШ-логикалық элементтердің элементтік базасы.

3.3.4. Жұмыс принципі және ЭСЛ-логикалық элементтердің элементтік базасы.

3.3.5. Жұмыс принципі және КМОП-логикалық элементтердің элементтік базасы.

3.3.6. Карно карталарының көмегімен логикалық функцияларды азайту.

3.3.7. Тең мәнді және тең мәнді емес құрылғылардың жұмысын түсіндіру.

4 Зертханалық жұмыс. Логика алгебрасының ұқсастығын зерттеу 4.1 Жұмыс мақсаты

Логикалық вентильдерден тұратын сандық сұлбаларды моделдеу бойынша практикалық жұмыс дағдыларын алу. Логикалық құрылғы жұмысының логикасын сипаттаудың әртүрлі тәсілдерімен – ақиқаттық кестелерімен, уақыт диаграммаларымен, аналитикалық функциялармен, сандық сұлбалармен танысу.

Electronics Workbench пакетін пайдалана отырып, 1-қосымшада келтірілген ұқсастықтарды дәлелдеу (оқытушының нұсқауы бойынша үш ұқсастықтар).

ұқсастықтың екі бөлігіне сәйкес схемаларды жобалау(№2,№7,№16) (қосымшаны қараңыз) және талдау жүргізу көмегімен ұқсастықты дәлелдеу.

Есепке әрбір орындалған схемалардың кіріс және шығыс сигналдарының жасалған схемалары мен диаграммаларын қосу.

4.3 Әдістемелік нұсқаулар

(20)

Жұмыс кезінде Electronics Workbench пакетін пайдалана отырып, берілген ұқсастықтың екі бөлігіне сәйкес сұлбаларды жобалау (4.1 - 4.3 суреттер), олардың ақиқаттық кестелерін құру, оларды талдау негізінде тепе-теңдікті дәлелдеу қажет. Есепке орындалған схемалардың әрқайсысының салынған схемалары мен ақиқаттық кестелері енгізіледі.

4.3.1 Орындау мысалдары:

Ұқсастық үшін F2=X*1=X:

4.1 сурет - №1 ұқсастық логикалық сұлбасы Ұқсастық үшін F7=X+X=X:

4.2 сурет - №2 ұқсастық логикалық сұлбасы Ұқсастық үшін F16=X1+X1*X2=X1:

4.3 сурет - №3 ұқсастық логикалық сұлбасы

(21)

Уақыт диаграммаларының негізінде барлық ұқсастықтар дұрыс деп қорытынды жасауға болады, себебі сол және оң бөліктерінің нәтижелері сәйкес келеді.

5 Зертханалық жұмыс. Қарапайым сандық сұлбаларды жобалау 5.1 Жұмыс мақсаты

Логикалық вентильдерден тұратын сандық сұлбаларды моделдеу бойынша практикалық жұмыс дағдыларын алу. Логикалық құрылғы жұмысының логикасын сипаттаудың әртүрлі тәсілдерімен – ақиқаттық кестелерімен, уақыт диаграммаларымен, аналитикалық функциялармен, сандық схемалармен танысу.

Көрсетілген әрекеттерді орындайтын (оқытушының тапсырмасы бойынша) және қарапайым элементтерден тұратын ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ сандық сызбаны жобалау. Нәтижелер ақиқат кестесін құрумен және тиісті уақыт диаграммаларымен растау.

Сандық сұлбаларды жобалау А және В екілік екі разрядты сұлбаларды салыстыру берілсін. "1" схемасының шығуында – Егер А>B және "0" – әйтпесе.

F1 және F2 сандар тиісінше А және В болсын. А, В – аға және кіші бит F1, a C, D-аға және кіші бит F2. Егер F1>F2 шығу кезінде біз "1", әйтпесе –

"0"алуымыз керек.

5.1 кесте - Ақиқат кестесін құрастырамыз (Microsoft Excel ортасында):

F1 F2 F

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 1

0 1 1 0 0

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

(22)

5.1 кестенің жалғасы

1 0 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 0 0 1

1 1 0 1 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1 0

Шындық кестесіне негізінде логикалық теңдеулерді құрастырамыз:

Electronics Workbench бағдарламасында алынған функция үшін логикалық сұлба құрастырамыз (5.1 сурет).

5.1 сурет – Алынған функцияның логикалық сұлбасы

Алынған уақыт диаграммасының деректері және жасалған ақиқат кестесі сәйкес келеді, демек қойылған тапсырма шешілді.

6 Зертханалық жұмыс. Логикалық функцияларды түрлендіру 6.1 Жұмыстың мақсаты

Логикалық вентильдерден тұратын сандық сұлбаларды моделдеу бойынша практикалық жұмыс дағдыларын алу. Логикалық құрылғы жұмысының логикасын сипаттаудың әртүрлі тәсілдерімен – ақиқаттық кестелерімен, уақыт

(23)

диаграммаларымен, аналитикалық функциялармен, сандық схемалармен танысу.

6.2.1 басқа базиске көшу немесе жеңілдету мақсатында оқытушымен берілген аналитикалық логикалық өрнектерді түрлендіру.

6.2.2 құрылған ақиқат кестесі және (немесе) уақытша диаграммалар өзгеруінің дұрыстығын растау.

6.3.1 берілген функцияны Аналитикалық оңайлату (немесе әртүрлі базистерге түрлендіру) 1-қосымшаны пайдалана отырып логика алгебрасының заңдары мен ережелері бойынша жүргізіледі.

Логикалық функция қойылсын

𝑌 = 𝑋1 ∙ 𝑋2̅̅̅̅ + 𝑋1̅̅̅̅ ∙ 𝑋2 .

Берілген функция жеңілдетілмейді. Базис ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЖОҚ, базис НЕМЕСЕ-ЖОҚ, сондай-ақ базис ЖӘНЕ-ЖОҚ екі есе терістеу арқылы логикалық формуланы түрлендіру орындалмайды. Қарастырайық мысал өту үшін релелік сұлбасы 5.1-суретте, ал сатылған в базисе ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, жоқ (6.1,б сурет).

а-контактілік элементтерде іске асырылған функция; б-контактісіз логикалық элементтерде іске асырылған функция

6.1 сурет

(24)

(6.2, а сурет) НЕМЕСЕ-ЖОҚ:

(6.2,б сурет) ЖӘНЕ-ЖОҚ:

Формулалардың үстінен сызықшалар саны терістеу элементтерінің санына тең, яғни элементтердің НЕМЕСЕ-ЖОҚ және ЖӘНЕ-ЖОҚ. Бірінші формулада алты теріс және тиісінше 6.2 а суретінде алты элемент НЕМЕСЕ- ЖОҚ болады. Екінші формулада бес теріс және сәйкесінше 6.2 б, суреттегі сұлба бес элементтен тұрады ЖӘНЕ-ЖОҚ.

а-элементтерді қамтитын функция НЕМЕСЕ-ЖОҚ б-элементтерді қамтитын функция ЖӘНЕ-ЖОҚ

6.2 сурет

6.3.2 Ақиқат кестесін (Microsoft Excel ортасында) және(НЕМЕСЕ) №2 зертханалық жұмысқа әдістемелік нұсқауларға сәйкес бастапқы және түрлендірілген булелік функциялар үшін құру (2.3 п.). Нәтижелерді салыстыру.

(25)

6.3.3 №2 зертханалық жұмысқа әдістемелік нұсқауларға сәйкес Electronics Workbench ортасындағы бастапқы және түрлендірілген логикалық функцияларды Кодтау (2.3 т.).

6.3.4 Тиісті сандық схеманы және уақыттық диаграммаларды құру, нәтижелерді салыстыру.

7 Зертханалық жұмыс. RS-, d-, t-типті триггерлерді зерттеу

7.1.1 интегралды триггерлердің құрылуын және олардың жұмыс істеу принципін зерттеу.

7.1.2 триггер сұлбаларын синтездеу әдістерін зерттеу.

7.1.3 әртүрлі режимдерде RS-, D-, T-триггерлердің жұмыс істеуін зерттеу.

7.2 жұмысты орындау тәртібі

7.2.1 жұмыс Electronics Workbench жүйесінде орындалады. Модельдері 7.1 – 7.5 суретте бейнеленген триггерлер SA1 – SA4 кілттерінің логикалық сигналдарын (0 немесе 1) олардың кіруіне беру кезінде зерттеледі. Зерттеу схема қосылған кезде жүргізіледі. Тиісті кілттен берілетін сигнал деңгейі жылжымалы контактінің жағдайы бойынша (жоғары – 1, төмен – 0), шығыс сигналының деңгейі – HL1 және HL2 индикаторларының шамдары бойынша анықталады. SA1-SA4 кілттерін айла-шарғы арқылы сызбаны қосу қажет.

Әрбір құрылғы үшін кіріс сигналдарына байланысты күй өзгерістерінің кестесін құру (7.1 – 7.4 кестелер). Триггерлердің жұмыс режимін талдау (сақтау, жазу, тыйым салынған режим).

7.2.2 тактикалы D-триггер үшін алынған кестеде D және C кірістеріндегі белгілі сигналдар бойынша Q шығысындағы кернеудің уақытша диаграммасын құру қажет.

7.2.3 T-триггер жұмысын зерттеу. Оның жұмысының уақытша диаграммаларын келтіріңіз.

7.1 сурет – RS-триггерін НЕМЕСЕ-ЖОҚ элементтері үшін зерттеу

(26)

7.2 сурет - RS-триггерін ЖӘНЕ-ЖОҚ элементтері үшін зерттеу

Рисунок 7.3. Асинхронды R және S кірісімен D-триггерін зерттеу сұлбасы

7.4 сурет - D-триггерін зерттеу сұлбасы

(27)

7.5 сурет - T-триггерін зерттеу сұлбасы 7.1 кесте - RS-триггеріне өту

S^t R^t Q^t Q^+t Q^t+1 Q^’t+1

0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 1

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 0

7.1 кесте -D-триггеріне өту

C^t D^t Q^t Q^+t Q^t+1 Q^’t+1

0 0 0 0

0 0 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

7.3 кесте - Асинхронды R және S кірісімен D-триггеріне өту

S^t R^t С^t D^t Q^t Q^+t Q^t+1 Q^’t+1

0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 1 0

0 0 0 1 0 1

0 0 0 1 1 0

0 0 1 0 0 1

0 0 1 0 1 0

0 0 1 1 0 1

0 0 1 1 1 0

0 1 0 0 1 0

0 1 0 1 0 1

(28)

7.3 кесте жалғасы

0 1 0 1 1 0

0 1 1 0 0 1

0 1 1 0 1 0

0 1 1 1 0 1

0 1 1 1 1 0

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 1 0

1 0 0 1 0 1

1 0 0 1 1 0

7.4 кесте - T-триггерге өту

С^t Q^t Q^+t Q^t+1 Q^’t+1

0 0 1

0 1 0

1 0 1

1 1 0

7.3 Бақылау сұрақтары

7.3.1 Триггерлердің R-, S-, D-, C-, T-кірістерінің арналуын түсіндіру.

7.3.2. Асинхронды және синхронды триггерлердің, статикалық және динамикалық айырмашылықтарын түсіндіру.

7.3.3 JK-триггер негізінде RS-, D-, T-триггерлердің сұлбасын салу. Осы триггерлердің ауысу кестесін келтіріңіз.

7.3.4 Карно карталарының көмегімен RS -, D -, T-триггерлерді синтездеу.

Олардың жұмыс істеуінің құрылымдық формуласын шығару.

7.3.5 Электрондық аппаратурада триггерлерді қолдану мысалдарын келтіріңіз.

(29)

Әдебиеттер тізімі

1. Собакин Е.Л. Цифровая схемотехника. Учеб. пособие. Ч.I.  Томск: Изд.

ТПУ, 2002. - 160с.

2. Горбатов В. А. Основы дискретной математики. М. : Высш. шк. , 1986.

3. Сборник задач по дискретной математике. Для практических занятий в группах: Ю. П. Шевелев, Л. А. Писаренко, М. Ю. Шевелев — Санкт- Петербург, Лань, 2013 г.- 528 с.

4. Савельев А. Я., Прикладная теория цифровых автоматов. М.: Высш. шк., 2007. 272 с.

5. Токхейм. Р. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988

6. Б.Аладышкин. Статьи о булевой алгебре для электриков. http://electrik.info

(30)

2019 ж. жиынтық жоспар, реті 23

Марат Аскарович Мустафин Юрии Владимирович Кузьмин Эльмира Байджумаевна Даркенбаева

ЦИФРЛЫҚ БАСҚАРЫЛАТЫН ЖҮЙЕНІҢ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ 1- БӨЛІМ

Редактор Ж.Н. Изтелеуова

Стандарттау бойынша маман Ж.Н. Изтелеуова

______басуға қол қойылды Пішіні 60х84 1/16 Таралымы 150 дана. Баспаханалық қағаз №1 Көлемі 1,63 оқу.-бас.әд. Тапсырыс__Бағасы 80 тенг.

«Ғ.Ж.Дәукеев атындағы Алматы Энергетика және Байланыс Университетi»

Коммерциялық емес акционерлік қоғамының көшірмелі-көбейткіш бюросы

050013, Алматы, Байтұрсынұлы көшесі, 126/1