Опыт 3. Исследование логических элементов

Приступая к выполнению работы, следует знать, что логические элементы (ЛЭ) широко применяют в цифровых измерительных приборах (ЦИП), электронных вычислительных машинах, устройствах автоматики.

Логические элементы ИЛИ, И, НЕ реализуют логические функции сложения, умножения, отрицания. Входными и выходными величинами этих элементов являются переменные, принимающие только два значения «1» и «0».

Необходимо учитывать, что состоянию логической единицы соответствует более высокий потенциал (например, 2,5В), логическому нулю – близкий к 0 (например, 0,03В).

Логический элемент ИЛИ, реализующий функцию логического

сложения (дизъюнкцию), имеет несколько входов X₁, X₂,…X_n и один выход Y (рис.3.4,а).

Переменная Y принимает значение «1», если хотя бы одна из входных переменных (X₁, X₂,..., Х_n) принимает значение «1». Переменная Y принимает значение «0», если все входные переменные равны «0».

В качестве примера цепи, реализующей функцию ИЛИ, можно привести параллельное соединение замыкающих контактов нескольких реле. Цепь, в которую входят эти контакты, будет замкнута, если сработает хотя бы одно реле.

Необходимо знать, что логический элемент И, реализующий функцию логического умножения, также имеет несколько входов (X₁, X₂,... Х_n) и один выход (Y) (рис.3.4,б). Переменная Y принимает значение «1», если все переменные (X₁, X₂,.... Х_n) имеют значение «1». Переменная Y равна «0», если хотя бы одна из переменных (X₁, X₂,.... Х_n) равна «0». Функцию «И» реализуют, например, соединенные последовательно замыкающие контакты нескольких реле. Цепь в этом случае будет замкнута, если сработают все реле.

Следует помнить, что логический элемент НЕ (рис. 3.4,в) реализует функцию логического отрицания (инверсию). Он имеет один вход X и один выход Y. Если X = 1, то Y = 0, если X = 0, то Y = 1. Примером цепи, реализующей функцию НЕ, может служить размыкающий контакт реле. При срабатывании реле цепь, в которую входит такой контакт, будет размыкаться.

 

 

 

В данной работе исследуют логические элементы, выполненные на интегральных микросхемах. При этом для определения правильности функционирования ЛЭ применяется авометр в режиме измерения постоянных напряжений.

Порядок выполнения опыта

1 Переключатель рода работы авометра установить в положение «–», переключатель пределов измерения – в положение, соответствующее значению напряжения 5 В.

2 Принимая потенциал логического нуля за 0, определить потенциал, соответствующий логической единице. Подключить провода авометра к точкам Лог. «1» и Лог. «0», измерить напряжение, выбрать нужный предел измерения вольтметра.

3 Проверить функционирование схемы ИЛИ, для чего подключить вольтметр к выходу системы, а на входы подать поочередно напряжения, соответствующие логическому «0» и «1», как указано в табл. 3.4.

Состояние схемы определить по величине напряжения на выходе, заполнить таблицу состояний ЛЭ ИЛИ (см. табл. 3.4).

Таблица 3.4

X1	X2	X3	Схема ИЛИ	Схема И
Y	Y
Логический уровень	Напряжение, В	Логический уровень	Напряжение, В

 

4 Проверить правильность функционирования схемы И и заполнить табл. 3.4.

5 Проверить функционирование схемы НЕ и заполнить табл. 3.5

Таблица 3.5

X	Y
Логический уровень	Напряжение, В

 

6 Сделать вывод о правильности функционирования логических элементов.

Оформление отчета

В отчете привести схемы рис. 3.1, 3.2, 3.4, таблицы 3.1–3.5 с результатами измерений и расчетов, расчетные формулы.

Контрольные вопросы

1 Для каких измерений предназначены комбинированные измерительные приборы?

2 Какой измерительный механизм используется в авометрах?

3 По каким измерительным схемам включаются авометры?

4 В чем заключаются особенности схем авометров для измерения малых и больших сопротивлений?

5 Что собой представляет класс точности омметров?

6 Как вычисляется погрешность косвенных измерений?

7 На каком принципе основана работа логических элементов ИЛИ, И, НЕ?

8 Какова связь между относительной и приведенной погрешностью прибора?

При косвенных измерениях результат измерений определяется по функциоральной зависимости от результатов прямых измерений. Поэтому погрешность косвенных измерений определяется как полный дифференциал этой функции от величин, измеряемых с помощью прямых измерений.

;

Где: - предельные абсолютные погрешности результатов прямых

измерений;

- предельная абсолютная погрешность результата косвенного

измерения;

- соответствующие предельные относительные погрешности.

- функциональная связь между искомой измеряемой величиной и

величинами, подвергающимися прямым измерениям.

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины (РМГ 29-99):,.

 

Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

 

Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле, где Xn — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то Xn определяется равным верхнему пределу измерений;

если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.

 

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

 

Литература

1 Основы метрологии и электрические измерения / под ред. Е.М. Душина. – Л Энергоатомиздат, 1987, С. 120 – 121,147 – 150, 234.

2 Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. – М.: Высшая школа, 1982, С. 36 – 45, 113 – 114, 126, 163 – 165.

Лабораторная работа 4