T.C. İstanbul Medeniyet Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 T.C. İstanbul Medeniyet Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü MANTIK DEVRELERİ TASARIMI LABORATUVARI DENEY FÖYLERİ 2018

2 Deney 1: MANTIK KAPILARI VE BOOLEN CEBRİ DENEY 1 MANTIK KAPILARI VE BOOLE CEBRİ 2. KURAM Entegre mantık kapılarının tanınması Mantık kapısı entegrelerinin işleyişlerinin ve giriş-çıkış mantık seviyelerinin okunarak gözlemlenmesi Belirli bir fonksiyona yönelik birden çok mantık kapısı kullanılarak oluşturulan devrelerin doğruluk tablolarının oluşturularak deneysel olarak gözlemlenmesi Boole cebrinin kavranması ve indirgenmiş Boole fonksiyonlarının gerçeklenmesi 7400 (NAND VE DEĞİL kapısı), 7402 (NOR VEYA DEĞİL kapısı), 7404 (NOT - DEĞİL kapısı) ve 7486 (XOR - AYRICALIKLI VEYA kapısı) entegrelerinin 7 numaralı bacaklarına ground (toprak), 14 numaralı bacaklarına besleme gerilimi uygulanmalıdır. Kapı giriş ve çıkışları her bir entegre için Şekil 1 üzerinde gözlenmektedir. Şekil 1 NAND Kapısı NOR Kapısı XOR Kapısı NOT Kapısı Şekil 2 Şekilde A ve B değerleri anahtar girişlerine bağlanmalıdır. Burada 1 durumu 5 V luk gerilim verilmesi 0 durumu ise gerilimin kesilmesini anlatmaktadır. Y çıkışları ise sonucu gözlemleyebilmek için LED e bağlanmalıdır. Sonuç 1 olduğunda LED yanacak 0 olduğunda ise yanmayacaktır. Bu bilgiler ışıgında ilgili tabloları deney ile elde etmemiz gerekmektedir. Sayfa 2 / 10

3 Deney 1: MANTIK KAPILARI VE BOOLEN CEBRİ Mantık devrelerinde sıklıkla kullanılan De Morgen kuralı; şeklinde ifade edilebilir. 3. ÖN ÇALIŞMA x y xy veya xy) x y 3.1 NAND, NOR, NOT ve XOR kapılarının doğruluk tablolarını yazınız. 3.2 Ön bilgiyi okuyarak 7400 (NAND VE DEĞİL kapısı), 7402 (NOR VEYA DEĞİL kapısı), 7404 (NOT - DEĞİL kapısı) ve 7486 (XOR - AYRICALIKLI VEYA kapısı) entegrelerinin besleme ve giriş - çıkış pinlerini yazınız. 3.3 Deneyin 3. kısmını Boole cebri kullanarak basitleştiriniz, doğruluk tablosunu yazınız ve devre şemasını XOR kapısı kullanarak çiziniz. 4. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 5. DENEY NAND, NOR, XOR, NOT kapıları girişli bir NAND, NOR, XOR kapılarının ve bir girişli NOT kapısının doğruluk tablolarını, 2 anahtar (NOT kapısı için 1 anahtar) ve LED (çıkış yeşil ve kırmızı LEDlere birlikte bağlanır, 0 da yeşil, 1 de kırmızı yanar) kullanarak doğrulayınız. Her bir kapı için istenilen doğruluk tabloları; 1.giriş 2.giriş NAND/NOR/XOR çıkışı giriş NOT çıkışı Aşağıda mantık şeması verilen devrenin fonksiyonunu belirleyip devreyi kurunuz ve doğruluk tablosunu deneysel olarak çıkartınız. 5.3 F= xy z + xyz ifadesini Boole cebri kullanarak basitleştiriniz ve mantık devresini kurarak doğruluk tablosunu elde ediniz. Analitik olarak oluşturduğunuz doğruluk tablosunu deneysel olarak gerçekleyiniz. Sayfa 3 / 10

4 Deney 2: NAND ve NOR Kapıları ile Mantık Fonksiyonlarının Gerçeklenmesi DENEY 2 NAND VE NOR KAPILARI İLE MANTIK FONK. GERÇEKLENMESİ NAND ve NOR evrensel kapıları kullanılarak bütün mantık fonksiyonlarının gerçeklenebildiğinin gösterilmesi Boole fonksiyonlarının indirgenmesi ve evrensel kapılarla gerçeklenmesi 2. ÖN ÇALIŞMA F( x, y,z ) = (1,2,3,4,5,7) fonksiyonunu K-map yöntemini kullanarak indirgeyiniz, indirgenen fonksiyonun doğruluk tablosunu oluşturunuz ve sadece 2 girişli NAND kapıları kullanarak gerçekleyiniz. 3. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 4. DENEY NAND, NOR kapıları 4.1 Ön çalışmada verilen F(x,y,z) fonksiyonunu sadece NAND (7400) kapısı kullanarak, gerçekleyiniz ve doğruluk tablolarını oluşturunuz. Gerçeklenen devreler ile ön çalışmada elde edilen sonuçları karşılaştırınız. 4.2 Aşağıda devresi verilen fonksiyonu elde ediniz ve NOR (7402) kapısı kullanarak gerçekleyiniz. Gerçeklenen devre için doğruluk tablosunu elde ediniz. Sayfa 4/10

5 Deney 3: TOPLAYICI VE ÇIKARICI DEVRELER DENEY 3 TOPLAYICI VE ÇIKARICI DEVRELER 2. KURAM Yarı ve tam toplayıcı ve çıkarıcıların öğrenilmesi ve devrelerinin kurulması Karşılaştırıcı devrelerin tasarlanması Yarı Toplayıcı devreler iki farklı iki tabanlı sayıyı toplar ve toplama sonucunda herhangi bir bitte oluşmuş olan elde yi bir sonraki bite aktarmaz. Bundan dolayı toplama işlemi eksik yapılmış olur. Başka bir ifade ile eldesiz toplama yarı toplayıcı ile gerçekleştirilir. Devrenin iki girişi (A0, B0) ve iki çıkışı (S0, C0) vardır. Giriş Çıkış A 0 B 0 S 0 C Tam toplayıcı devrelerde ise bir önceki basamakta oluşabilecek elde işleme katılır. Bu sebeple devreye bir elde girişi eklenir. Başka bir ifade ile eldeli toplama işlemi tam toplayıcı ile gerçekleştirilir. Tam toplayıcı, üç giriş (A, B, Cin) ve iki çıkışı (S, C) olan bir devredir. Giriş Çıkış A 0 B 0 C 1 S 0 C Yarı Çıkarıcı devre iki farklı iki tabanlı sayıyı çıkarır. Bir önceki basamakta oluşabilen borcu işleme katmaz. Bundan dolayı çıkarma işlemi eksik yapılır. Çıkarıcı devrenin iki girişi (A0, B0) ve iki çıkışı (D0, Ba0) vardır. Giriş Çıkış A 0 B 0 D 0 B a Tam çıkarıcı devrede ise bir önceki basamakta oluşabilecek borç da işleme katılır. Bu sebeple devreye bir borç girişi eklenir. Tam çıkarıcı, üç giriş (A0, B0, Ba 1) ve iki çıkışı (D0, Ba0) olan devredir. Sayfa 5/10

6 Deney 3: TOPLAYICI VE ÇIKARICI DEVRELER Giriş Çıkış A 0 B 0 B a 1 D 0 B a ÖN ÇALIŞMA 3.1 Birer bitlik iki sayı için yarı ve tam toplayıcı doğruluk tablolarını elde ediniz, devreleri tasarlayarak çiziniz. 3.2 Birer bitlik iki sayı için yarım ve tam çıkarıcı doğruluk tablolarını elde ediniz, devreleri tasarlayarak çiziniz. 4. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 5. DENEY XOR, AND, OR, NOT kapıları 5.1 Birer bitlik iki sayı için yarı ve tam toplayıcı fonksiyonları oluşturarak devrelerini kurunuz. Ön çalışmada elde ettiğiniz doğruluk tabloları ile karşılaştırınız. 5.2 Birer bitlik iki sayı için yarı ve tam çıkarıcı fonksiyonları oluşturarak devrelerini kurunuz. Ön çalışmada elde ettiğiniz doğruluk tabloları ile karşılaştırınız. Sayfa 6/10

7 Deney 4: Kod Çözücüler(Decoders) ve Kodlayıcılar (Encoders) DENEY 4 KOD ÇÖZÜCÜLER (DECODERS) VE KODLAYICILAR (ENCODERS) 2. KURAM Kod çözücü ve kodlayıcıların mantığının bilinmesi Decimal-BCD kodlayıcı; 10 luk sayı sisteminde ki kodları, BCD (ikili sayı sistemi ) koduna dönüştürür. Doğruluk tablosu aşağıdaki gibidir. 3. ÖN ÇALIŞMA Deneylerde kullanılacak devreleri tasarlayıp çiziniz. Uygun bir devre simülasyon programında (Proteus, Multisim vs.) tasarladığınız devrenin simülasyonlarını yaparak doğruluk tablolarını elde edip yazınız. Program üzerinden devrelerin şemasının çıktısını alıp ön çalışmanıza ekleyiniz. 4. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 5. DENEY Kod çözücü, OR kapısı luk sistemdeki sayıyı, ikili sayıya (binary) çeviren kodlayıcının doğruluk tablosunu ve lojik diyagramını gösteriniz. Devreyi gerçekleyerek gösteriniz. 5.2 Aşağıda verilen lojik fonksiyonları bir adet 3:8 kod çözücü ve VEYA kapılarıyla tasarlayarak devresini kurunuz. Sayfa 7/10

8 Deney 5: MUX ile Devre Tasarımı DENEY 5 MUX İLE DEVRE TASARIMI 2. KURAM MUX ve DEMUX devrelerinin işleyişinin öğrenilmesi Veri seçiciler (Multiplexer), 2 n veri girişi, n adet seçme (denetim girişi), 1 adet çıkışı bulunan devrelerdir. Seçme girişlerine gelen değere göre, veri girişlerinden birindeki değer çıkışa aktarılır. Seçme girişlerindeki n bitlik ikili sayı hangi veri girişinin seçileceğini belirler. Veri seçiciler giriş sayılarna göre m:1 olarak adlandırılır. Burada m veri girişlerinin sayısını gösterir. 3. ÖN ÇALIŞMA Şekil 1 Deney çalışmasında verilen Boole fonksiyonlarını K-map kullanarak indirgeyiniz ve tasarlayıp çiziniz. 4. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 5. DENEY MUX Aşağıda verilen Boole fonksiyonlarını 4 1 lik MUX kullanarak gerçekleyiniz. F 1 (A, B, C, D) = (1,4,5,7,9,12) F 2 (A, B, C, D) = (1,2,6,7) Sayfa 8/10

9 Deney 6: FLIP FLOPLAR DENEY 6 FLIP-FLOP 2. KURAM Kapılar yardımıyla oluşturulan latch devrelerinin ve flip-flopların mantığının anlaşılması. Tutucular devrenin bir önceki halini saklamak için için kullanılan yapılardandır. Bu yapılar girişe uygulanan değer ve önceki çıkışın değerini bir fonksiyon ile çıkışa iletirler. Aşağıda NOR kapıları ile yapılan bir Latch devresi görülmektedir. Bir elektronik devreye çalışma gerilimi uygulandığı sürece durumunu ve buna bağlı olarak çıkışındaki değeri devamlı olarak koruyan devreler flip-flop olarak isimlendirilir. Aşağıda NOR ve AND kapıları ile yapılmış bir JK flip-flop ve D flip-flop gözlemlenmektedir. Burada CP (clock pulse) olarak adlandırılmaktadır. Yüksek kenarlı tetiklemeli devrelerde (örneğin yukarıdaki devreler) CP den verilen clock 0 dan 1 e geçtiği zaman devre işlemini yapar. Diğer türlü işlem yapılmaz. 3. ÖN ÇALIŞMA Deneyde oluşturulacak Latch (tutucu, kilit) devresi ve flip-flop devrelerinin mantığını araştırarak doğruluk tablolarını yazınız. 4. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER 5. DENEY NAND kapısı 5.1 NAND kapıları kullanarak bir kilit (tutucu: latch) devresi kurun. Devrenin çalışmasını gözleyerek doğruluk tablosunu oluşturunuz. 5.2 Kurduğunuz devrelere eklemeler yaparak JK flip-flop, D flip-flop ve T flip-flop tasarlayınız. Devrelerin doğruluk ve karakteristik tablolarını elde ediniz, lojik diyagramlarını çiziniz. Sayfa 9/10

10 Deney 7: Kaydırmalı Kaydedici DENEY 7 KAYDIRMALI KAYDEDİCİ (SHIFT REGISTER) Kaydırmalı kaydedici iç yapısının incelenerek çalışmasının anlaşılması 2. ÖN ÇALIŞMA Deney çalışmasında belirtilen devreleri tasarlayıp çiziniz. 3. DENEYDE KULLANILACAK CİHAZLAR VE MALZEMELER NAND, NOR kapıları 4. DENEY 4.1 Bir adet register (74HC194) kullanarak her saat (clock) darbesinde aşağıdaki işlemleri ayrı ayrı gerçekleyen devreleri kurunuz. (Not: Register girişleri ve Select girişleri on/off anahtarlarla yapılacaktır.) a) Sağa kaydırmalı b) Sola kaydırmalı 4.2 D flip-floplarını kullanarak 3-bitlik shift register devresini kurunuz ve kaydırma işlemini gözlemleyiniz. D-flip flop tasarımı; Sayfa 10/10