Транзисторно-транзисторный вентиль НЕ-И (ТТЛ)

Кафедра «Мехатронные системы»

 

Ю.Р. Никитин

 

Методические указания к лабораторной работе № 6

"Комбинационные логические схемы"

по дисциплине

«Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем»

 

Ижевск 2016

Введение

 

Комбинационными называются логические устройства, значения выходных сигналов которых в любой момент времени определяются входными сигналами в этот же момент времени (с точностью до временной задержки).

Существует большое разнообразие комбинационных цифровых устройств: преобразователи двоичных кодов, цифровые компараторы, сумматоры и перемножители двоичных чисел, коммутаторы цифровых сигналов и т. д. Указанные устройства выпускаются в виде микросхем и сопровождаются подробным описанием работы в виде таблиц истинности и/или временных диаграмм, что позволяет разобраться с правилами их функционирования. Для примера рассмотрим несколько комбинационных устройств.

В цифровых системах используется множество арифметических кодов. Выбор кода влияет на удобство взаимодействия с устройствами ввода-вывода, на простоту выполнения арифметических операций, на аппаратные затраты и надежность. Преобразователи кодов могут быть синтезированы как комбинационные схемы. В устройствах, использующих декадную форму отображения информации (цифровые измерительные приборы, калькуляторы и др.) широко используется двоично-десятичный код 8421 (код образуется путем представления каждой десятичной цифры двоичным кодом).

Шифраторы – преобразователи позиционного кода в двоичный, – т. е. преобразующие сигнал 1 на одном из входов в соответствующий код на выходных шинах. Если на выходе снимается m– разрядный код, то максимальное число входов n = 2 ^m. Если используются все 2 ^m входы, то такой шифратор называют полным, если не все, –то неполным.

Недостаток таких шифраторов – неоднозначность, если возбуждены сразу несколько входов. Чтобы шифратор откликался только на один возбужденный вход, строят приоритетные шифраторы. В них в случает одновременного возбуждения нескольких входов выходной код будет соответствовать “старшему” (младшему) номеру из возбужденных входов. Приоритетный шифратор имеет дополнительные выводы: Е ₁ – сигнал включения шифратора, Е ₀ – сигнал об отсутствии возбужденных входов, G – сигнал на выходе, свидетельствующий о наличии хотя бы одного возбужденного входа.

Наличие выводов Е ₁, Е ₀, G позволяет наращивать разрядность шифраторов.

Дешифратор – преобразователь двоичного n –разрядного кода в унитарный 2 ⁿ –разрядный код, т. е дешифратор имеет n входов и m =2 ⁿ выходов. Каждому набору входных переменных соответствует возбуждение (появление логической единицы или нуля) на выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.

Мультиплексор – многовходовая схема с одним выходом, осуществляет коммутацию одного из информационных входов на выход. Входы мультиплексора подразделяют на информационные (x ₁ …x_n) и управляющие (адресные) (А ₁ … А_k). Обычно число информационных входов n= 2 ^k, где k – число адресных входов. Код, поступающий на адресные входы, определяет, какой из информационных входов должен быть соединен с выходом.

Мультиплексоры в интегральном исполнении, кроме адресных и информационных входов, имеют один или два входа разрешения (Е). Наличие этих входов позволяет осуществлять наращивание мультиплексоров.

Мультиплексоры являются универсальными логическими устройствами, на основе которых можно строить различные комбинационные схемы.

Сумматором называется комбинационная схема, предназначенная для сложения двоичных чисел. Простейшая задача – сложение двух одноразрядных чисел. Для того чтобы разработать логическую схему, в первую очередь следует рассмотреть все возможные сочетания входных переменных, на основании чего можно составить таблицу состояний. При сложении одноразрядных чисел и могут наблюдаться следующие комбинации:

 

т. е. если A=B= 1 происходит перенос в следующий (более старший) разряд. Следовательно, такой сумматор должен иметь два выхода: один для формирования части суммы, относящейся к данному разряду, и второй – для переноса в следующий разряд.

Компараторы - устройства, предназначенные для сравнения двух чисел (A и B), представленных в двоичной форме: a ₁, a ₂, …, a_m и b ₁, b ₂, …, b_m. Результатом сравнения является обнаружение одного из трех возможных состояний: A = B, A > B или A < B.

Логические уравнения, описывающие работу компаратора:

Для сравнения многоразрядных двоичных чисел используется следующий алгоритм. Сначала сравниваются значения старших разрядов. Если они различны, то эти разряды и определяют результат сравнения. Если они равны, то необходимо сравнивать следующие за ними, более младшие, разряды. Условное изображение цифрового компаратора приведено на рис. 4.20. Входы (A = B, A > B, A < B) служат для наращивания разрядности компаратора (каскадное соединение).

 

Порядок выполнения работы

 

Диодные вентили

А) Диодный вентиль ИЛИ. Подайте в точки А и В напряжение с выходов «уровень» и исследуйте с помощью вольтметра и светодиодного индикатора состояние в точке Q.

Б) Диодный вентиль И. Проверьте выходные состояния этой схемы для всех четырех входных комбинаций таблицы истинности. Каковы выходные уровни (высокий и низкий) напряжения у этих схем, если уровни входных сигналов равны +5В и 0В (земля)? Каков у этих схем коэффициент разветвления по выходу?

В) Проделайте то же самое для последовательной комбинации, которая показана на рис.3. Почему нельзя построить большую логическую схему, используя только такие вентили «ММЛ» (логические схемы Микки Мауса)?

Транзисторно-транзисторный вентиль НЕ-И (ТТЛ)

Транзисторно-транзисторный вентиль НЕ-И (ТТЛ). Измерьте фактические выходные напряжения для сигналов высокого и низкого уровня. Объясните, как эта схема работает. Переделайте вашу схему так же, как предыдущая, если на вход Е (разрешающий) подан сигнал высокого уровня. Затем подайте на Е сигнал низкого уровня и обследуйте выход схемы логическим пробником. Пока схема находится в этом запрещенном состоянии, присоедините к точке Q еще один выход ТТЛ (такой, например, как выход переключателя «уровень» на макетной панели) и проверьте, что новый уровень управляет общим выходом.

Исключающее ИЛИ

Соберите схему «Исключающего ИЛИ» из интегральных схем ТТЛ (счетверенный вентиль НЕ-И 74 LS00 и 6-канальный инвертор 74 LS04) и испытайте ее. Чтобы построить конкретные схемы соединений, вам придется заглянуть в приложение, в котором указано расположение выводов для использования в практикуме микросхем. Вы скоро привыкните к тому, что выводы для Uкк (которое для ТТЛ всегда равно +5В) и земли принято располагать всегда на противоположных углах корпуса. Если вы, кроме того, приобретете привычку устанавливать все ИМС на макетной панели одним и тем же способом, подключение питания скоро окажется очень простым делом. Могли бы вы придумать способ реализовать Исключающее ИЛИ на одной микросхеме в одном корпусе, содержащем только вентили НЕ-И?

 

Характеристики КР 1533 ЛА3, (SN74ALS00AN)

Функциональность	2 И-НЕ (NAND)
Количество вентилей
Номинальное напряжение питания	-
Количество входных линий
Количество выходных линий
Выходное напряжение низкого уровня	0.5
Выходное напряжение высокого уровня	2.5
Входной ток низкого уровня	-
Входной ток высокого уровня	-
Ток потребления, мА
Время задержки распространения, нс

 

Мультиплексор

Возьмите 8-канальный мультиплексор 74LS151 и разберитесь, как он действует. Соедините светодиодный индикатор с выходом Q (см. приложение В, расположение выводов), подайте какой-нибудь адрес на входы А, В, С и заземлите вход СТРОБ (разрешающий), после чего (напомним, что схема ТТЛ «рассматривает» неподключенные выводы как воспринимающие логический сигнал высокого уровня) соединяйте по очереди с землей каждую из входных линий данных D0-D7, пока не обнаружится, которая не действует. Проделайте это для нескольких адресов, чтобы понять, как работает эта схема.

Широкое применение в цифровых устройствах находят микросхемы мультиплексоров, используемые для коммутации двоичных сигналов.

Мультиплексор КП7 имеет восемь информационных входов D0 - D7, три адресных входа 1, 2, 4 и вход стробирования S. У микросхемы два выхода - прямой и инверсный. Если на входе стробирования лог. 1, на прямом выходе 0 независимо от сигналов на других входах. Если на входе стробирования лог. 0, сигнал на прямом выходе повторяет сигнал на том входе, номер которого совпадает с десятичным эквивалентом кода на входах 1,2,4 мультиплексора. На инверсном выходе сигнал всегда противофазен сигналу на прямом выходе.

Наличие входа стробирования позволяет простыми средствами строить мультиплексоры на большее число входов. Мультиплексор К155КП5 в отличие от КП7 имеет лишь инверсный выход и не имеет входа стробирования.

Микросхема К155КП1 содержит четыре адресных входа 1,2,4,8; 16 информационных входов D0 - D15 и вход стробирования S. Выход у этой микросхемы только инверсный. Все свойства и способы включения у нее такие же, как и у КП7.

Микросхема КП2 содержит два мультиплексора на четыре информационных входа D0 - D3 с отдельными входами стробирования, объединенными адресными входами и прямыми выходами.

Микросхема КП11 - четыре двухвходовых мультиплексора с общим управлением и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. При лог. 0 на адресном входе А на выход каждого мультиплексора проходит сигнал со входа D0, при лог. 1 -с входа D1. Выходы микросхемы активны при лог. 0 на входе ЕО.

 

Рисунок 1 - Селектор-мультиплексор ТТЛ К155 (SN74153N)

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: