Электротехника для студентов

Задание 1. Запустить среду разработки Multisim и собрать на рабочем поле среды Multisim схему для испытания основных и базовых логических элементов (рис. 1), установить в диалоговых окнах компонентов их параметры или режимы работы. Скопировать схему на страницу отчета.
Схема (рис. 1) собрана на двоичных основных [ОR (ИЛИ), AND (И) и NOT (НЕ)] и универсальных (базовых) [NAND (И-НЕ) и NOR (ИЛИ-НЕ)] логических элементах, расположенных в библиотеке Misc Digital/TIL (Цифровые микросхемы/TIL) с уровнем высокого постоянного напряжения 5 В. В схему включены ключи 1, 2, ..., 9, пробники (лампочки) Х1, Х2, …, Х5 с пороговыми напряжениями 5 В, генератор постоянных токов Е1 с напряжением Е = 5 В и логический анализатор XLA1.

Для удобства измерения сигналов выходы логических элементов подключены к входам 2, 4, 6, 8 и 10 анализатора XLA1 (рис. 2). При моделировании происходит медленная развертка временных диаграмм в окне анализатора. По достижении интервала времени, равного 70–80% ширины окна, следует посредством кнопки <Run/Stop> выключать процесс моделирования.Оперируя ключами 1, 2, …, 9, сформировать все возможные комбинации аргументов х1 и х2 (00, 10, 01 и 11) на входе дизъюнктора (OR), конъюнктора (AND), штриха Шеффера (NAND) и стрелки Пирса (NOR) и записать значения выходных логических функций yk (0 или 1) в таблицу.
Заметим, что если ключ замкнут, то на этот вход элемента будет подана логическая единица (положительный потенциал 5 В), а при
разомкнутом ключе – логический ноль. Поскольку инвертор (NOT) имеет один вход, то для формирования двух значений входного сигнала (логической единицы или логического нуля) достаточно одного ключа 5. Значения функций исследуемых элементов можно контролировать с помощью пробников Х1, Х2, …, Х5: если выходной сигнал элемента равен логической единице, то включенный на выходе этого элемента пробник светится.
Подадим комбинацию 01 (второй ключ замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит - значит на выходе логическая единица. До этого было 00 (оба выключателя замкнуты) - на выходе был логический ноль - лампа не горела.
Подадим комбинацию 10 (первый ключ замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит - значит на выходе логическая единица. Подадим комбинацию 11 (и первый и второй ключ замкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит - значит на выходе логическая единица. Таким образом, для элемента ИЛИ достаточно, чтобы на любом из его входов была логическая единица, либо на обоих входах была логическая единица, чтобы на выходе была логическая единица. И только комбинация двух логических нолей на обоих входах даёт на выходе также логический ноль.
Составим таблицу истинности для данного элемента ИЛИ с двумя входами:

Исследуем элемент И
Подадим комбинацию 00 (оба ключа S3 и S4 разомкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

Как видим, при обоих разомкнутых ключах, т.е. при наличии на обоих входах элемента И логического нуля, на выходе также ноль - лампа не горит
Подадим комбинацию 01 (второй ключ S4 замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Как видим, при одном замкнутом ключе на одном из входов, т.е. при наличии на нем логической единицы, на выходе ноль - лампа не горит.
Подадим комбинацию 10 (первый ключ S3 замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Как видим, при одном замкнутом ключе, но уже на другом входе, т.е. при наличии на нем логической единицы, на выходе также ноль - лампа не горит. Т.е. при подаче логической единицы на какой-либо один из входов элемента И на выходе будем получать только логический ноль.
Теперь подадим комбинацию 11 (и первый S3 и второй ключ S4 замкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

Таким образом мы видим, что для того, чтобы на выходе элемента И получить логическую единицу, необходимо и на первый и на второй его вход подать также логическую единицу.
Составим таблицу истинности для данного элемента И с двумя входами:

Исследуем элемент НЕ
У этого элемента всего один вход, поэтому возможны две комбинации, а именно: подача на вход либо логического нуля, либо логической единицы.
Подадим логический ноль. Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит. Таким образом, при подаче логического нуля на вход элемента НЕ, на его выходе получим обратную величину - логическую единицу.
Подадим логическую единицу. Что видим - на рисунке ниже:

Лампа не горит. Таким образом, при подаче логической единицы на вход элемента НЕ, на его выходе получим обратную величину - логический ноль.
Составим таблицу истинности для данного элемента НЕ:

Исследуем элемент И-НЕ
Подадим комбинацию 00 (оба ключа S6 и S7 разомкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит, т.е. на выходе логическая единица.
Подадим комбинацию 01 (ключ S6 разомкнут, а S7 замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит, т.е. на выходе логическая единица.
Подадим комбинацию 10 (ключ S6 замкнут, а S7 разомкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит, т.е. на выходе логическая единица.
Подадим комбинацию 11 (оба ключа S6 и S7 замкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

В этом случае лампа не горит, т.е. на выходе логический ноль.
Составим таблицу истинности для заданного элемента И-НЕ с двумя входами:

Исследуем элемент ИЛИ-НЕ
Подадим комбинацию 00 (оба ключа S8 и S9 разомкнуты). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа горит, т.е. на выходе логическая единица.
Подадим комбинацию 01 (ключ S8 разомкнут, а S9 замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа не горит, т.е. на выходе логический ноль.
Подадим комбинацию 10 (ключ S8 замкнут, а S9 разомкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа также не горит, т.е. на выходе логический ноль.
Подадим комбинацию 11 (ключ S8 замкнут, а S9 тоже замкнут). Что видим - на рисунке ниже:

Лампа и в этом случае не горит, т.е. на выходе также логический ноль.
Составим таблицу истинности для заданного элемента ИИЛИ-НЕ с двумя входами:

Покажем окончательную сводную таблицу для рассмотренных логических элементов: