Laboratorium Elektroniki

Sprawozdanie z ćwiczenia

Temat: Układy kombinacyjne

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z podstawowymi elementami układów cyfrowych oraz uzyskanie bramek typu NOR, OR, AND, NOT z bramek typu NAND.

2. Wstęp teoretyczny

Układami cyfrowymi nazwano układy elektroniczne realizujące funkcje nieciągłe mogące przyjmować wartości 0 lub 1. Przetwarzają one sygnały elektryczne, które mają kształt przebiegów prostokątnych. Przyjmuje się, że małej wartości sygnału odpowiada wartość logiczna zero, a dużej wartości tego sygnału elektrycznego przypisuje się wartość logiczną jeden. W układach cyfrowych informacja wejściowa jest przetwarzana według przyjętej funkcji logicznej.

Cyfrowe układy kombinacyjne charakteryzują się tym, że stan wyjść zależy wyłącznie od stanu wejść. Stan wyjścia jest opisywany przez funkcje „Bool'owskie”. Różnią się tym od układów sekwencyjnych, w których stan wyjścia zależy od stanu wejścia oraz poprzedniego stanu wyjścia. Na dzień dzisiejszy układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne realizujące elementarne operacje znane z algebry Boola: iloczyn logiczny (AND, NAND), sumę logiczną (OR, NOR) oraz negację NOT.

Bramki wyżej wymienionych typów są układami logicznym działającym według Algebry Bool'a ,tzn realizującymi zadane operacje logiczne posługując się wartościami: prawda
„1” lub fałsz „0 , gdzie 1 oznacz stan wysoki a 0 stan niski.

Poziom sygnału	Stan	Wartość logiczna	Wartość liczbowa
niski	OFF	FALSE	0
wysoki	ON	TRUE	1

3. Przebieg ćwiczeń

Do dyspozycji mieliśmy tablicę zawierającą podstawowe elementy logiczne typu NAND oraz NOR, źródło zasilania oraz tablicę sygnalizującą stan wyjść za pomocą diody LED

x	y	~(x*y)
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

1. Bramka NAND

Bramka ta stanowi połączenie bramki AND i NOT. Zero logiczne "0" pojawia się na wyjściu tylko wtedy, gdy na obu wejściach jest jedynka logiczna "1". W pozostałych przypadkach na wyjściu zawsze jest stan "1".

X	Y	X*Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

2. Bramka AND x*y= ~~(x*y)

Bramka ta realizuje tzw. iloczyn logiczny. Na wyjściu stan "1" występuje tylko i wyłącznie wtedy, gdy na wszystkich wejściach bramki ustawiony jest również stan logiczny "1". Bramka ta posiada co najmniej dwa wejścia (u nas po lewej stronie bramki NAND) - może jednak posiadać ich więcej - teoretycznie nieskończenie wiele.

3. 
   Bramka OR x+y= ~~(x+y) =~(~x * ~y)

X	Y	X+Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Jest to tzw. bramka sumy logicznej. W przypadku tej bramki wystarczy, aby choć na jednym z jej wejść pojawił się stan "1" i wtedy na wyjściu również pojawi się jedynka logiczna "1".

4. Bramka NOR

X	Y	X+Y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Ta bramka jest odwrotnością bramki OR. W naszym przypadku odróżnia ją od bramki OR negator na wyjściu układu. Zero na wyjściu pojawia się zawsze wtedy, gdy choćby na jednym z wejść jest jedynka logiczna. Tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia są ustawione w stan "0" na wyjściu pojawia się "1"

e.) Bramka NOT X=~~X

X	~X
0	1
1	0

Bramka ma tylko jedno wejście i jedno wyjście. Neguje, czyli zmienia sygnał wejściowy na przeciwny. Jest to najprostsza bramka. Gdy na wejściu ustawimy sygnał "1" to na wyjściu otrzymamy "0", a gdy na wejściu ustawimy "0" to na wyjściu pojawi się "1".

4. Zastosowania

Obecnie większość układów logicznych jest produkowana w technologii TTL (Transistor-Transistor-Logic) w postaci gotowych układów scalonych zawierających w swojej strukturze kilka bramek lub specjalizowane układy o określonych parametrach. Układy scalone TTL charakteryzują się dużą szybkością działania, małym poborem mocy, dużą odpornością na zakłócenia i dużą niezawodnością działania.

Zalety układów cyfrowych:

• Możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji - jest to coś, czego w układach analogowych operujących na nieskończonej liczbie poziomów napięć nie można zrealizować.

• Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostszy.

• Mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne.

• Możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa zadany program

Wady układów cyfrowych:

• Są skomplikowane zarówno na poziomie elektrycznym, jak i logicznym

• Chociaż są bardziej odporne na zakłócenia, to wykrywanie przekłamań stanów logicznych, np. pojawienie się liczby 0 zamiast spodziewanej 1, wymaga dodatkowych zabezpieczeń.

---