Laboratorium podstaw elektroniki

Transkrypt

1 Grzegorz Graczyk numer indeksu imie i nazwisko Anna Janicka numer indeksu imie i nazwisko Grupa: 2 Grupa: 5 kierunek Informatyka semestr 2 rok akademicki 2008/09 Laboratorium podstaw elektroniki Ćwiczenie EL3 Realizacja logicznych układów kombinacyjnych tytul doswiadczenia z bramek NOR Ocena

2 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia było: 1. Zapoznanie się z funktorami realizującymi funkcje logiczne. 2. Zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie kombinacyjnego układu logicznego realizującego postawione zadanie w możliwie najprostszy sposób. Prawo de Morgana A B... = A + B +... Prawo de Morgana zostanie sprawdzone poprzez zbudowanie układu odpowiadającego wartości A + B i porównanie jego wartości z A B. Schemat układu oraz wyniki pomiarów zamieszczono poniżej: Schemat 1. Układ badający prawo de Morgana. B A Tabela 1. Tabela wartości uzyskanych przez układ ze schematu 1. Jak wynika z przeprowadzonych pomiarów wartość na wyjściu układu jest równa wartości A B, zaś schemat 1. faktycznie realizuje funkcję bramki AND. 1. Czterowejściowa bramka NOR Doświadczenia 2. (*) Zaprojektować i połączyć układ realizujący funkcję czterowejściowej bramki NAND przy użyciu bramek NOT i NOR posiadających co najwyżej trzy wejścia. EL3: Grzegorz Graczyk i Anna Janicka 2 / 5

3 Wynik bramki NAN jest nieprawdziwy wtedy i tylko wtedy, gdy wszystkie dane wejściowe są równe 1. Funkcję taką można przedstawić w postaci minimalnej bez użycia metody Karnaugha i jej wartość wynosi ABCD. Realizacja tej instrukcji wykonana jedynie za pomocą dostępnych bramek to: W = A + B + C + D Schemat realizujący taki warunek logiczny wygląda następująco: Schemat 2. Układ o działaniu 4 wejściowej bramki NAND. CD AB Tabela 2. Wynik działania schematu 2. Pomiary uzyskane za pomocą schematu 2. są identyczne z przewidywaniami. Dowodzi to poprawnego zrealizowania szukanej funkcji za pomocą układu. 3. Programowalna bramka 9. (***) Zaprojektować i połączyć układ programowalnej bramki logicznej o dwóch wejściach dla danych A i B oraz jednym wyjściu W. Dodatkowo układ posiada wejście sterujące C do wyboru funkcji iloczynu logicznego AND dla C = 0 i sumy logicznej OR dla C = 1. Ponadto drugie wejście sterujące D utrzymywane w stanie 1 powoduje włączenie negacji wyniku, co prowadzi do realizacji funkcja NAND albo NOR. W przypadku D = 0 negacja nie jest wykonywana. Zwrócić uwagę na optymalizację czasu propagacji sygnałów z wejść A i B do wyjścia W przy najmniej korzystnej kombinacji stanów na wejściach C i D. Propagacja sygnału przez więcej niż pięć kolejnych bramek elementarnych świadczy o nieoptymalnym rozwiązaniu. Operacja przedstawiona w tabeli wygląda następująco: ABCD Wynik ABCD Wynik Tabela 3. Oczekiwane wartości układu. Na podstawie przewidywanych wartości wynikowych przygotujemy tablicę Karnaugha. EL3: Grzegorz Graczyk i Anna Janicka 3 / 5

4 CD AB Tabela 4. Tablica Karnaugha dla programowalnej bramki logicznej. Przygotowaną tablice można przedstawić w następującej postaci: W = ((A + B + D)(A + C + D)(B + C + D))((A + B + D)(A + C + D)(B + C + D)) Schemat 3. Układ realizujący wcześniej wymieniony wzór. ABCD Wynik ABCD Wynik Tabela 5. Wartości odczytane przez układ ze schematu 3. Pomiary uzyskane za pomocą schematu 3. są identyczne z przewidywaniami. Dowodzi to poprawnego zrealizowania szukanej funkcji za pomocą układu. Wnioski W czasie wykonywania ćwiczenia nie wystąpiły żadne błędy. Odpowiadają za to dwa czynniki: brak błędów pomiarowych oraz możliwość całkowitego przewidzenia wyniku (przy założeniu, że sprzęt działa poprawnie). EL3: Grzegorz Graczyk i Anna Janicka 4 / 5

5 Za pomocą bramki NOR można uzyskać wszystkie rodzaje bramek. Jest to właściwość kluczowa w tym ćwiczeniu, gdyż posługujemy się jedynie bramką NOR oraz NOT - tą drugą konstruujemy dostarczając ten sam sygnał na oba wejścia bramki NOR. Metoda Karnaugha jest skuteczną metodą minimalizacji funkcji, jednak w wypadku budowy układów logicznych kluczowe staje się wielokrotne używanie wyników pośrednich. Metoda zastosowana do minimalizacji wykorzysując wyniki pośrednie polegała na zgadywaniu rozwiązań, co oznacza, że mogą istnieć optymalniejsze rozwiązania przedstawionych problemów. EL3: Grzegorz Graczyk i Anna Janicka 5 / 5