МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра вычислительной техники

А.В. ХЛУДЕНЕВ

СХЕМОТЕХНИКА ЭВМ

Часть 1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом

государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург

ИПК ГОУ ОГУ

2010

УДК 621.396.6

ББК 32.844-02

Х60

Рецензент - профессор, доктор технических наук Булатов В.Н.

Хлуденев, А.В.

Х60 Схемотехника ЭВМ: Методические указания: в 2 ч. Ч.1/

А.В.Хлуденев., Р.Р. Галимов – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2010. - 50 с.

Методические указания содержат рекомендации по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Схемотехника ЭВМ».

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности 230101 – «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», а также могут быть использованы студентами других специальностей, связанных с использованием и разработкой аппаратных средств цифровых вычислительных устройств.

ББК 32.844-02

Хлуденев А.В., 2008

 ГОУ ВПО ОГУ, 2008

Содержание

1 Исследование логических элементов ТТЛ
2 Исследование передачи сигналов в цифровых устройствах
3 Исследование комбинационных схем в системе Quartus II	4
4 Исследование комбинационных схем на стенде SDK6.1	8
5 Исследование преобразователя кода	13
6 Исследование схем контроля	18
7 Исследование сумматоров
8 Исследование АЛУ	26
Список использованных источников ………………………………………	50

1 Исследование логических элементов

1.1 Описание работы с кратким изложением теории

Цель работы - получить практические навыки по исследованию статических и динамических свойств логических элементов. В работе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Основные параметры логических элементов можно определить по их статическим и переходным характеристикам. Статическая передаточная характеристика U_вых = f(U_вх) отражает зависимость потенциала на выходе от потенциала на одном из входов при постоянных значениях потенциала U⁰ или U¹ на остальных входах, где U⁰ - уровень потенциала, соответствующий логическому "0" и U¹ - уровень потенциала, соответствующий логической "1".

Типичная передаточная характеристика инвертирующего логического элемента показана на рисунке 1.1, и имеет три явно выраженных участка:

1) соответствующий состоянию U_вых = U¹ ;

2) соответствующий состоянию U_вых = U⁰ ;

3) соответствующий неопределенному состоянию.

Значения потенциала U_вх, соответствующие границам участков, называются пороговыми уровнями V⁰_п и V¹_п . Их положение определяют из условия dU_вых/dU_вх = -1. Средний порог переключения V_п можно определить как проекцию на ось U_вх точки, лежащей на пересечении передаточной характеристики и прямой равного усиления U_вых = U_вх.

Если на входах схемы установлены логические уровни U⁰ или U¹ , то при воздействии положительной потенциальной помехи величиной U⁺_п > V⁰_п – U⁰ или отрицательной помехи U^-_п > U¹ - V¹_п происходит ложное переключение логического элемента. Максимально допустимые величины потенциальной помехи, не вызывающие сбоев в цифровой схеме, называются уровнями помехозащищенности для помехи положительной полярности U⁺_п = V⁰_п – U⁰ и помехи отрицательной полярности U^-_п = U¹ – V¹_п .

Рисунок 1

Передаточные характеристики реальных логических элементов имеют разброс, обусловленный технологическим разбросом, влиянием внешних факторов (нагрузки, температуры и т.д.). В этом случае значения уровней U⁰ и U¹ и пороговых уровней V⁰_п , V¹_п принадлежит некоторым диапазонам:

U⁰_min < U⁰ < U ⁰_max , V⁰_{п min} < V⁰_.п < V⁰_{.п max} ,

U¹_min < U¹ < U¹_max , V¹_{.п min} < V¹_.п < V¹_{.п max} .

Помехоустойчивость определяется для наихудшего сочетания факторов

U⁺_п = V⁰_{.п min} – U⁰_max ,

U^-_п = U¹_min – V¹_{п max} .

Для элементов ТТЛ предельные значения уровня логической “1” U¹_min не менее 2.4 В, логического нуля U⁰_max “0” – не более 0,4 В.

Рисунок 1.2

Передаточную статическую характеристику можно снять, подавая на вход логического элемента напряжение с регулируемого источника 0 - 5 В.

Чтобы оценить быстродействие логических элементов в условиях, соответствующих их работе в цифровых устройствах, измерение переходных характеристик следует производить в цепи последовательно включенных элементов. По переходным характеристикам возможно определить основные динамические параметры: задержки распространения при включении t_зр⁰¹ и выключении t_зр¹⁰. Эти задержки определяются как интервалы времени между моментами пересечения соответствующих фронтов сигналов порога переключения V_п. Среднее время задержки распространения

t_зр = 0.5 ( t_зр⁰¹ + t_зр¹⁰)

определяет среднее время выполнения логических операций. Наибольшее влияние на значения t_зр оказывает паразитная емкость нагрузки.