background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Ćwiczenie 3. Badanie podstawowych bramek logicznych

1.  Rodzina TTL

Skrót TTL oznacza Transistor - Transistor Logic. Układy scalone realizowane w tej technice mają 
następujące własności:
 duża szybkość działania,
 szeroki asortyment układów,
 niski koszt wytwarzania,
 jedno źródło zasilania,
 mała impedancja wyjściowa,
 dobra odporność na zakłócenia,
 stosunkowo niewielki pobór mocy,
 praca w szerokim zakresie temperatur.

Układy scalone serii UCY74XX stanowią podstawową, standardową serię układów scalonych

TTL.

Na rys. 1. pokazano podstawową wersję budowy wewnętrznej bramki NAND z dwoma i 

trzema  wejściami.

               

         

 

           

Rys. 1. Schemat połączeń wewnętrznych prostego układu TTL

Najważniejsze parametry układów TTL:
 napięcie zasilania musi być z dość dużą dokładnością stabilizowane na wartości +5V. 

Dopuszczalna odchyłka napięcia nie może przekraczać 5%.

 obciążalność elementu N jest to dopuszczalna liczba standardowych wejść innych bramek, 

które mogą być dołączone do wyjścia danego elementu.

Badanie podstawowych bramek logicznych

1

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Dla standardowej serii TTL dla prądów wyjściowych:
- w stanie niskim I

OL

= 16 mA,

- w stanie wysokim I

OH

= 800 mA,

obciążalność wynosi w stanie niskim 10, w stanie wysokim 20 wejść innych bramek,

 Średni czas propagacji jest to średnia arytmetyczna czasów opóźnień zboczy (narastającego i 

opadającego) sygnału wyjściowego względem wejściowego.

Standardowe poziomy logiczne TTL:
    

                                              

             

Do wyjaśnienia działania prostego układu inwertera posłuży schemat z rys. 2, stanowiący 

uproszczoną wersję układu z rys. 1.

Oto opis stanu przy różnych poziomach napięcia wyjściowego.

 Poziom H na wejściu

Złącze emiterowe tranzystora T1 jest w stanie zaporowym. Przez R1 płynie prąd powodujący,
że T2 jest w stanie przewodzenia. Napięcie wyjściowe w punkcie Q jest bliskie 0, a tranzystor
T3   w  stanie   blokowania   -   ułatwia   to   dioda   D,   która   powoduje   podwyższenie   potencjału
emitera o 0,6 V. Przewodzi tranzystor T4.

 Sygnał wejściowy L 

Złącze emiterowe jest w stanie przewodzenia, a napięcie bazy T2 wynosi około 1 V. Oznacza
to, że tranzystor ten jest w stanie blokowania. Tranzystor T3, którego baza jest poprzez R2
dołączona   do   +V

s

,   jest   w   stanie   przewodzenia.   Prąd   wyjściowy   ograniczony   jest   przez

opornik R4, a napięcie wyjściowe osiąga poziom H. 

 

Rys. 2. Prosty układ przełączający TTL

Badanie podstawowych bramek logicznych

2

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Modyfikacje standardowej serii TTL i inne technologie wytwarzania bramek logicznych

Oprócz standardowej serii TTL produkowane są jej modyfikacje:

 seria LTTL o zmniejszonym poborze mocy (1 mW ), ale dłuższymi czasami przełączania,

oznaczona np. 74LOO,

 seria HTTL - szybka o znacznie mniejszym ( 6 ns ) czasie przełączania, oznaczona np.

74HOO, 

 seria TTL - S z diodami Schottky’ego, o bardzo krótkich czasach przełączania ( 3 ns ), ale

prawie dwukrotnie większym od standardowych układów TTL poborem mocy ( 20 mW ),

 seria TTL - LS - budowa tych układów jest identyczna ze zwykłym układem TTL - S, lecz

pobór mocy jest znacznie mniejszy. Typowa wartość to 2 mW na bramkę. Czas propagacji
bliski 8 ns i jest zbliżony do standardowych układów TTL. 

Można zatem stwierdzić, że seria TTL - LS łączy zalety małego poboru mocy i krótkich

czasów przełączania. Jest to najczęściej stosowana na świecie seria układów TTL, oznaczona np.
74LSOO.

2.  Rodzina MOS i CMOS

MOS - Metal Oxide Semiconductor.
CMOS - Complementary  Metal Oxide Semiconductor.

Są to elementy  oparte  na tranzystorach  unipolarnych.  Dzięki  tej  technologii  można  uzyskać

bardzo   dużą   gęstość   upakowania.   Napięcie   zasilania   układów   MOS   mieści   się   dość   szerokim
zakresie   3  -  15  V.  Mają  one  dużą   rezystancję  wejściową   i  małą  wyjściową.  Oznacza  to   dużą
obciążalność sięgającą 50. Moc strat jest bardzo mała (w stanie statycznym 10 nW ). 

Maksymalna częstotliwość przełączania układów MOS i CMOS w wykonaniu standardowym

nie   przekracza   15  MHz,  a   w  nowoczesnych   osiąga   100   MHz.   Margines  zakłóceń   w  układach
CMOS  nie   może   być   jednoznacznie   określony  w  wartościach   absolutnych,   gdyż   zależy   on  od
poziomu napięcia zasilania. 

I tak przy napięciu zasilania +12 V poziomom H i L odpowiadają wartości:

 H - 12...8,4 V  
 L - 0...2,4 V

                 

Rys. 3. Schemat elektryczny podstawowej bramki MOS

Współpraca układów TTL i CMOS

Tworząc systemy cyfrowe z układów należących do różnych rodzin układów należy osiągnąć

zgodność   takich   parametrów   technicznych   jak:   napięcie   zasilania,   poziomy   logiczne,   prądy
wejściowe i wyjściowe (obciążalność wejść i wyjść).  Sprzężenie pomiędzy tymi układami można
zrealizować   za   pomocą   specjalnych   układów   nazywanych   translatorami   lub   konwerterami.   Dla

Badanie podstawowych bramek logicznych

3

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

danej   part   rodzin   układów   cyfrowych   mogą   być   potrzebne   dwa   rodzaje   konwerterów.   Jeden
umożliwiający   sprzężenie   wyjść   rodziny   I   z   wejściami   rodziny   II,   drugi   realizujący   odwrotny
kierunek   sprzężenia.   Konwertery   uniwersalne   umożliwiają   uzyskanie   dowolnego   kierunku
sprzężenia w zależności od  stanu wejść sterujących.

Układy  CMOS serii 4000B mogą być zasilane napięciem 3 

 18V; 

CMOS serii HC i AC 2  

6V

TTL (lub CMOS serii HCT i ACT) 5V.

3.  Podstawowe bramki wraz  z tablicami prawdy

Do podstawowych elementów logicznych zalicza się funktory AND, OR, NOT. Tworzą one

podstawowy i funkcjonalnie  pełny zestaw elementów. Oznacza to, że można  przy ich pomocy
zbudować dowolnie skomplikowany układ logiczny.

Jak wiadomo wszystkie bramki logiczne można zbudować z podstawowych bramek NAND

lub NOR. Za pomocą tych funktorów można realizować także wiele złożonych funkcji. W praktyce
okazuje   się,   że   zalety   stosowania   jednoelementowego   zbioru   do   realizacji   dowolnej   funkcji
logicznej są bardzo duże.
a)  inwerter

Q=A

        

A

Q

H

L

L

H

b) bramka AND - funkcja logiczna I

Q=A

B

A

B

Q

H

H

H

H

L

L

L

L

L

L

H

L

c) bramka NAND

Q=A

B

A

B

Q

H

H

L

H

L

H

L

H

H

L

L

H

d) bramka OR - funkcja logiczna LUB

Q=A+B

A

B

Q

H

H

H

H

L

H

L

H

H

L

L

L

e) bramka NOR

Badanie podstawowych bramek logicznych

4

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Q= A+B

A

B

Q

H

H

L

H

L

L

L

H

L

L

L

H

f) EX -OR - EXLUSIVE - OR - na wyjściu istnieje stan 1 wtedy i tylko wtedy, gdy wejścia mają 
różne stany logiczne.

Q=A

B= AB+AB

A

B

Q

H

H

L

H

L

H

L

H

H

L

L

L

g) EX - NOR - EXLUSIVE - NOR - na wyjściu istnieje stan 1 wtedy i tylko wtedy, gdy oba 

wejścia mają jednocześnie te same stany (1 lub 0).

Q=A

B=AB+AB

A

B

Q

H

H

H

H

L

L

L

H

L

L

L

H

Z podstawowych bramek NAND lub NOR można zbudować, wykorzystując prawo 
de Morgana każdą z przedstawionych bramek.
 Przypomnijmy prawa de Morgana:

A

B=A+B              

A+B=A

B

a także zależności: a=a;           a

0=0;              aa=a;               0a=0

Przykłady realizacji kilku funktorów logicznych z wykorzystaniem bramki NAND:

a) Bramka OR

Badanie podstawowych bramek logicznych

5

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

                          

b) Bramka AND 

                          

c) Bramka NOR

                           

d) Bramka EX - OR

                          

 
e) Bramka EX - NOR

                      

Można także otrzymać wszystkie funktory wykorzystując podstawową bramkę NOR. 
Dla przykładu otrzymamy funktor NAND wykorzystując bramki NOR.

Badanie podstawowych bramek logicznych

6

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

NOR   Q=a+b;                       NAND        Q= a

b

                             

Realizacja najprostszego przerzutnika asynchronicznego SR zbudowanego z bramek NAND 

                                  

S

R

Q

0

0

stan niedozwolony

0

1

1

1

0

0

1

1

bez zmian

 Rys. 4. Schemat logiczny i tabela przejść przerzutnika SR

Przerzutnik SR, zwany SET (ustaw) i RESET (kasuj) jest najprostszym układem przerzutnika

bistabilnego. Normalnym stanem spoczynkowym przerzutnika jest stan wejść S=1, R=1, podczas
którego   stan   przerzutnika   nie   zmienia   się     (pamięta   on   swój   stan   poprzedni).   Dla   S=1,   R=0
przerzutnik zostaje wyzerowany, czyli Q=0. Przy S=0, R=1 następuje zmiana stanu przerzutnika na
Q=1.   Stany   jednoczesnych   sygnałów   0   na   obu   wejściach   są   niedozwolone   (stan   wyjścia   jest
wówczas nieokreślony).

4.  Funkcja logiczna

Funkcją logiczną nazywamy funkcję, której argumenty (zmienne logiczne) oraz sama funkcja

może   przybierać   tylko   dwie   wartości.   Zwykle   są   one   oznaczone   cyframi   dwójkowymi   0   i   1.
Wartości argumentów funkcji logicznej odpowiadają stanom wejść układu cyfrowego, a wartości
samej funkcji - stanom wyjść tego układu. 

Funkcja   logiczna   może   być   zadana   za   pomocą   opisu   słownego   (definicji   słownej),   tablicy

wartości   (tablicy   stanów)   lub   wykresu   czasowego,   jak   również   graficznie   w   postaci   schematu
logicznego   lub   analitycznie   w   postaci   wyrażenia   strukturalnego   przypominającego   wyrażenie
algebraiczne. 

Wszystkie   sposoby   przedstawiania   są   całkowicie   równoważne.   Podstawowymi   funkcjami

logicznymi są: iloczyn logiczny (koniunkcja), suma logiczna (dysjunkcja) i negacja.

Badanie podstawowych bramek logicznych

7

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Tabela 1

zapis analityczny

nazwa skrótowa

Nazwa funkcji

algebraiczny

symboliczny

angielska

polska

iloczyn

A

B

A

B

AND

I

suma

A+B

A

B

OR

LUB

negacja

-A

A

NOT

NIE

5. Tablica stanów

Tablica   stanów,   nazywana   również   tablicą   prawdy,   stanowi   jedną   z   postaci   zapisu   funkcji

logicznej.   Stanowi   ona   zestaw   wszystkich   możliwych   wartości   zmiennych   niezależnych   i
odpowiadających im wartości funkcji.

Liczba wierszy zależy od liczby elementów wejściowych. Przy n dwustanowych elementach

wejściowych tablica zawiera 2

n

 wierszy.

Tablice stanów są stosowane do opisu logicznego układów cyfrowych, a także do celów syntezy.

Na podstawie tablic stanów można łatwo otrzymać postać kanoniczną wyrażenia strukturalnego.

Tabela 2. Przykład tablicy stanów funkcji logicznych trzech zmiennych.

Nr

A

B

C

F

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

2

0

1

0

1

3

0

1

1

1

4

1

0

0

0

5

1

0

1

0

6

1

1

0

0

7

1

1

1

0

6. Postać kanoniczna funkcji logicznej

Każdą funkcję można przedstawić w postaci rozłożonej na składniki (jedynki), z których każdy

stanowi iloczyn pełny zmiennych i ich negacji, lub czynniki (zera), z których każdy stanowi sumę
pełną zmiennych i ich negacji. 

Postać uzyskana w wyniku rozkładu na czynniki (jedynki) jest nazywana kanoniczną postacią

sumy, a postać otrzymywana w wyniku rozkładu na czynniki (zera) jest nazywana  kanoniczną
postacią iloczynu.
 

Kanoniczną postać sumy można  otrzymać  na podstawie  tablicy stanów, biorąc  pod uwagę

jedynie   te   wiersze,   dla   których   F=1   i   przypisując   wartościom   1-zmienne   nie   zanegowane,   a
wartościom 0 - negacje zmiennej.
Korzystając z tablicy 2, mamy więc:

F=A

BC+ ABC+ABC

Z kolei kanoniczną postać iloczynu uzyskuje się stosując odwrotną procedurę tj. Biorąc pod

uwagę tylko wiersze, dla których F=0 i przypisując wartościom 0 - zmienną, a wartościom 1 -
negację zmiennej.

Na podstawie tablicy 2 otrzymujemy:

F=(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)

Badanie podstawowych bramek logicznych

8

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Wyrażenie   strukturalne   kanonicznej   postaci   iloczynu   lub   sumy,   można   oczywiście   uprościć,

stosując podstawowe prawa algebry Boole'a. Proces upraszczania nazywa się minimalizacją funkcji
logicznej.

7. Podstawowe prawa algebry Boole’a

Spośród wielu praw algebry Boole’a podstawowe znaczenie w zastosowaniu do teorii układów 

cyfrowych, mają cztery następujące prawa: przemienności, łączności, rozdzielności i de’Morgana. 
Prawa te przedstawia tabela 3.

Tabela 3. Zestawienie podstawowych praw tożsamości algebry Boole’a

Nazwa przekształcenia

Wzór odniesiony do iloczynu

logicznego

Wzór odniesiony do sumy

logicznej 

Prawa

przemienności

A

B=BA

A+B=B+A

łączności

A

(BC)=(AB)C

A=(B+C)=(A+B)+C

rozdzielności

A

(B+C)=AB+AC

A+B

C=(A+B)(A+C)

de’Morgana

A

B..=A+B+...

A+B+...=A

B

Tożsamości

podstawowe

A

0=0

A+1=1

A

1=A

A+0=A

A

A=A

A+A=A

A

A=0

A+A=1

dodatkowe

A

(A+B)=A

A+A

B=A

A+A

B=A+B

A

(A+B)=AB

(A+B)

(A+B)=B

A

B+AB=B

8. Minimalizacja funkcji logicznej

Minimalizacja   funkcji   logicznej,   innymi   słowy   proces   jej   upraszczania,   polega   na   takim

przekształceniu postaci kanonicznej funkcji logicznej, zgodnie z zasadami algebry Boole’a, aby
uzyskać możliwie najprostszy jej zapis. Im bardziej bowiem złożona jest postać funkcji logicznej,
tym bardziej rozbudowany system cyfrowy jest potrzebny do realizacji tej funkcji.

Zatem   każde   uproszczenie   wyrażenia   logicznego   umożliwia   łatwiejszą   realizację   układową

funkcji przy użyciu mniejszej liczby elementarnych bramek logicznych. 

Metody minimalizacji funkcji logicznych można podzielić ogólnie na algebraiczne i graficzne.

Stosowanie prostych metod algebraicznych ilustrują następujące przykłady:

1.  F=A

BC+ABC=AB(C+C)=AB

F=A

B+BC+AC=AB+BC(A+A)+AC=AB+ABC+ABC+AC=AB(1+C)+

A

C(B+1)=AB+AC

Pierwszy przykład jest bardzo prosty, w drugim dostrzeżenie rozwiązania nie jest łatwe. Prostota

końcowej postaci zależy w dużej mierze od intuicji i umiejętności projektanta. Efektywniejszą 
metodą jest  jedna z metod graficznych - metoda Karnaugha.

9. Tablica Karnaugha

Tablica (mapa) Karnaugha jest uporządkowaną w specyficzny sposób postacią zapisu tablicy

wartości funkcji logicznej. Tablica ma strukturę prostokątną, złożoną z elementarnych pól. 

Badanie podstawowych bramek logicznych

9

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Każde pole reprezentuje iloczyny elementów danej funkcji, czyli obejmuje wszystkie możliwe

kombinacje zmiennych wejściowych. Na marginesach tablicy wpisuje się w określonym porządku
wartości zmiennych wejściowych.

Ułożenie tablicy Karnaugha polega na takim zgrupowaniu wszystkich kombinacji zmiennych

wejściowych,   aby   zawsze   przy   przejściu   z   danego   pola   do   pola   sąsiedniego   zmieniała   swoją
wartość tylko jedna zmienna. Przedstawiamy tablicę zmiennych:

ABC

00

01

11

10

0

A

BC

A

BC

A

BC

A

BC

1

A

BC

A

BC

A

BC

A

BC

  

Wartości zmiennych zanegowanych są opisane cyfrą 0, a zmiennych nie zanegowanych cyfrą 1. 
Funkcję logiczną będącą sumą iloczynów jej argumentów (z negacją lub bez), oznacza się w

tablicy Karnaugha przypisując cyfrę 1. Jeżeli składnik analizowanej funkcji nie występuje, to polu
przypisujemy 0. Jeżeli dany składnik analizowanej funkcji jest nieistotny, to oznaczamy go kreską. 

Minimalizacja   funkcji   logicznej   przy   użyciu   tablicy   polega   na   łączeniu   sąsiednich   pól

oznaczonych   1   w   odpowiednie   grupy,   które   wyróżnia   się   obwiednią.   Okazuje   się,   że   niektóre
składniki w obrębie grup mogą być eliminowane i w wyniku tego postępowania wyrażenie można
sprowadzić do prostej postaci.

Zastosujemy metodę tablic Karnaugha do minimalizacji funkcji:

 

F=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD

ABCD

00

01

11

10

00

0

0

0

1

5

01

1

1

1

3

0

0

11

1

2

1

6

0

0

10

0

0

0

1

4

Z połączenia wyrażeń 1, 2, 3, 6 otrzymujemy:

F1=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD

Wykorzystując prawo algebry Boole’a   

(A+A=1)

 otrzymujemy:

F1=AD 

zmienne

  B i C 

zmieniały swój stan z

 0 

na

 1 

więc się wyeliminowały

Z połączeń wyrażeń 4, 5 otrzymujemy:

F2=ABCD+ABCD=ABD(C+C)=ABD
F=F1+F2=AD+ABD

Minimalizacja funkcji z tabeli 2 przebiega następująco:

F=ABC+ABC+ABC

Badanie podstawowych bramek logicznych

10

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

ABC

00

01

11

10

0

0

1

3

0

0

1

1

1

1

2

0

0

F=AC+AB

Zrealizujemy funkcję F za pomocą bramek NAND. W tym celu korzystając z praw de’Morgana

przekształcimy funkcję w postać iloczynu:

a+b=a

b

a+b=a

b

a więc:

F=AC+AB=AC

AB

          

II.  Wykonanie ćwiczenia

Opis stanowiska laboratoryjnego

Stanowisko laboratoryjne do badania bramek TTL i CMOS składa się z następujących
bramek zgrupowanych w czterech grupach, poczynając od lewej strony:
bufory

 bramki TTL typu 74LS05 - 6 krotny negator z otwartym kolektorem
 bramki TTL typu 74LS125 -4 krotny  bufor trójstanowy 
 bramki CMOS typu 4050 - 6 krotny bufor konwerter

bramki Schmitta 

 bramki CMOS typu 4093 - 4 krotny, 2 wejściowy iloczyn logiczny NAND
 bramki TTL typu 74LS132  - 4 krotny, 2 wejściowy iloczyn logiczny NAND

iloczyn logiczny

 bramka TTL typu 74LS30 - 8 - wejściowy iloczyn logiczny NAND
 bramki TTL typu 74LS08 - 4 krotny, 2 wejściowy iloczyn logiczny AND
 bramki TTL typu 74LS00 - 4 krotny, 2 wejściowy iloczyn logiczny NAND

suma logiczna

 bramki TTL typu 74LS86 - 4 krotna 2 - wejściowa suma logiczna EX-OR
 bramki TTL typu 74LS32 - 4 krotna 2 - wejściowa suma logiczna OR
 bramki TTL typu 74LS02 - 4 krotna 2 - wejściowa suma logiczna NOR

Każde   wejście/wyjście   układów   logicznych   posiada   po   dwa   gniazda   łączeniowe   oraz

podłączone jest do układu sygnalizującego stan logiczny tego wejścia/wyjścia. 

Badanie podstawowych bramek logicznych

11

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Dwukolorowa  dioda   LED  sygnalizuje   stan  niski  (zero   logiczne)  kolorem  zielonym,   a  stan

wysoki   (jedynka   logiczna)   kolorem   czerwonym.   Stany   przejściowe   sygnalizowane   są   brakiem
świecenia lub kolorem pomarańczowym. 

Każdy   układ   (zespół   bramek)   posiada   czerwone   gniazdo   z   napięciem   zasilania  Vcc  oraz

gniazdo czarne z ujemnym biegunem zasilania Gnd

Układy   specjalne   74LS05   i   4093   mogą   być   łączone   za   pomocą   dodatkowych   gniazd   z

elementami biernymi: rezystorami i  kondensatorami. 

Uwaga układy 4050 i 4093 nie są podłączone do zasilania ponieważ mogą pracować z

logiką 5 lub 10 woltową.

Dodatkowo w dolnej części stanowiska znajduje się podwójny czterobitowy zadajnik stanów

logicznych oraz źródło napięcia regulowanego 0 - 5V dla układów TTL i 0 -10V dla układów
CMOS. Zarówno zadajnik jak i źródło napięcia mogą pracować z logiką 5 lub 10 woltową. 

Wybór napięcia logiki w zadajnikach polega na połączeniu gniazda Vo z gniazdem 5V lub 10V

(w źródle  napięcia    gniazdo  Uzas  z gniazdem  5V  lub  10V).  Logika 10 woltowa jest zawsze
sygnalizowana pulsującym czerwonym światłem. 

UWAGA! podłączenie logiki 10V do układów zasilanych napięciem 5V (wszystkie bramki

TTL) może spowodować uszkodzenie układu scalonego.

Wykonanie ćwiczenia

1. Sprawdzenie funkcji logicznych bramek.

 Należy sprawdzić zgodność tabeli z rzeczywistością dla bramki NAND i NOR.
 Zbudować bramki: NOR, EX-OR   z bramek NAND.
 Zbudować bramki: EX-NOR   z bramek NOR.

Sprawdzić tabele prawd otrzymanych bramek.

2. Badanie przerzutnika SR.

Należy zbudować przerzutnik SR z bramek NAND i zbadać jego działanie wykorzystując tabelę
przejść. 

3. Minimalizacja funkcji logicznych

Zadaniem wykonującego ćwiczenie jest zaprojektowanie układu kombinacyjnego sterującego

napełnianiem basenu. Podajemy opis słowny problemu.

     

Badanie podstawowych bramek logicznych

12

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Dopływ   wody   do   basenu   jest   sterowany   zaworem   X,   a   jej   odpływ   zaworem   Y.   Podanie

wysokiego   stanu   logicznego   do   układu   sterowania   zaworu   oznacza   otwarcie   zaworu,   a   stanu
niskiego - zamknięcie. 

W basenie znajdują się trzy czujniki A, B, C, wyznaczające odpowiednio maksymalny, średni i

minimalny   poziom   wody.   Zadziałanie   czujnika   następuje   po   zanurzeniu   go   w   wodzie   i   jest
sygnalizowane pojawieniem się na jego wyjściu jedynki logicznej. 

Prędkości dopływu i odpływu wody z basenu, w zależności od jej ciśnienia mogą być różne.

Lustro wody nie powinno obniżać się poniżej poziomu minimalnego. 

Dodatkowo   włączony   jest   sygnałem   Z   układ   alarmu   przy   uszkodzeniu   czujników   A,   B,   C.

Jednocześnie z sygnałem alarmu następuje zamknięcie zaworu dopływu i otwarcie zaworu odpływu
wody. 

Między stanami wody: maksymalnym i średnim, powinny być otwarte oba zawory w celu ciągłej

jej  wymiany  w basenie.   Dla ułatwienia   podana  jest  tablica  wartości  X, Y, Z  w zależności  od
argumentów A, B, C.

 

A

B

C

X

Y

Z

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

0

Należy przeprowadzić minimalizację wybranej funkcji X, Y, Z. 
Przekształcić   otrzymane   wyrażenia   do   postaci   iloczynu   i   zbudować   z   bramek   NAND

odpowiednie układy logiczne.

Sprawdzić ich poprawne działanie wykorzystując do tego tablicę wartości funkcji. Cały proces

należy przeprowadzić zgodnie z algorytmem podanym w punktach 8 i 9.

4.   Budowa generatorów z wykorzystaniem bramek Schmitta .

Zbudować generator  lub uklad generatorów  na bramkach  NAND układu CMOS 4093     

bazując   na   schemacie   pokazanym   na   rysunku   5.   Wykorzystać   głośnik   jako   detektor      
generowanych sygnałów. Zmierzyć  wartości elementów pasywnych R i C.

Rys. 5. Schemat generatora na bramce
            Schmitta

Badanie podstawowych bramek logicznych

13

R

C

We

 BL

Wy 

GEN

Gnd

background image

  SWPW w Płocku  Podstawy elektrotechniki i elektroniki -  laboratorium 

Wejście We

BL

 jest wejściem blokującym generator. Stan    wysoki na wejściu We

BL  

uruchamia

generator, a stan niski na wejściu wymusza stan wysoki  na wyjściu Wy

GEN

.

5. Badanie charakterystyk dynamicznych bramki NAND Schmitta 74LS132.

5.1  wyłączyć zasilanie stanowiska
5.2  ustawić źródło napięcia na zasilanie 5V łącząc gniazdo Uzas z gniazdem 5V
5.3  załączyć zasilanie stanowiska (dioda LED oznaczone etykietą 10V nie powinna  świecić)
5.4  skręcić potencjometr wieloobrotowy  na minimum napięcia - do oporu w lewo
5.5  połączyć wejście A wybranej bramki TTL z wyjściem źródła napięcia Ureg
5.6  połączyć wejście B bramki TTL z gniazdem Vcc
5.7  połączyć czerwony wtyk woltomierza z wejściem A a czarny z gniazdem Gnd
5.8  znaleźć  położenie suwaka potencjometru, dla którego wtórnik napięciowy zasilacza 

wychodzi ze stanu nasycenia (Obracać powoli potencjometr w prawo, obserwując 
wskazanie woltomierza. Położenie suwaka potencjometru, przy którym napięcie      zacznie
rosnąć, jest tym punktem).

5.9  po przekroczeniu nasycenia wtórnika mierzyć napięcie wejściowe i wyjściowe bramki      dla

tego samego położenia suwaka, przekładając czerwony wtyk. Utrzymywać jak 
najmniejsze przyrosty napięcia wejściowego. Możliwy jest skok co 1mV (0.001V).
  Wyniki wpisać do tabeli.

Rosnące napięcie wejściowe

U

wejA

[ V ]

U

wyjY

[ V ]

5.10  powtórzyć pomiar zmniejszając napięcie wejściowe. Wyniki zapisać w tabeli.

Malejące napięcie wejściowe

U

wejA

[ V ]

U

wyjY

[ V ]

5.11  Na podstawie otrzymanych wyników sporządzić wykres U

wyjY

 = f (U

wejA

Badanie podstawowych bramek logicznych

14