Среднее Заочное отделение / 4 семестр / Цифровые и микропроцессорные устройства / Программа, методические указания и контрольные задания (ЦиМПУ)

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ»

Кафедра инфокоммуникационных технологий

ЦИФРОВЫЕ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Программа, методические указания и контрольные задания для учащихся заочной формы обучения специальностей 2-45 01 33 – Сети телекоммуникаций

2-45 01 32 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения

Минск

2015

УДК

ББК Ц75

Рекомендовано к изданию кафедрой информатики и вычислительной техники

10 марта 2015 г., протокол № 7

Составитель В. И. Богородов, преподаватель высшей категории кафедры

инфокоммуникационных технологий

Рецензент Е. В. Новиков, профессор кафедры инфокоммуникационных

технологий, канд. техн. наук

Цифровые и микропроцессорные устройства : методические Ц75 указания и контрольные задания для учащихся заочной формы обучения специальностей 2-45 01 33 – Сети телекоммуникаций, 2-45 01 32 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения / сост.

В. И. Богородов. – Минск : ВГКС, 2015. – 36 с.

ISBN

2

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Цифровые и микропроцессорные устройства» относится к общепрофессиональному циклу. Целью дисциплины является усвоение учащимися принципов построения и работы узлов цифровых устройств, микропроцессоров и микроконтроллеров.

В результате изучения дисциплины «Цифровые и микропроцессорные устройства» учащиеся должны знать:

–арифметические, логические и схемотехнические основы цифровой техники;

–назначение, принципы построения и функционирования типовых узлов цифровой техники, их условные графические обозначения и назначение выводов;

–назначение, принципы построения и функционирования простых микропроцессоров, микропроцессорных систем, микроконтроллеров, а также основы их программирования.

Должны уметь:

–выполнять арифметические операции в двоичной и двоичнокодированных системах счисления;

–строить логические и принципиальные электрические схемы цифровых устройств, анализировать их работу и вести расчеты основных электрических параметров;

–составлять программы на языке Ассемблер для простых микропроцессоров и микроконтроллеров, осуществлять их ввод, выполнение

иотладку.

Для изучения дисциплины «Цифровые и микропроцессорные устройства» необходимы знания по следующим дисциплинам:

–электронные приборы (полупроводниковые диоды, биполярные

иполевые транзисторы);

–теория электрической связи (сигналы электросвязи, их парамет-

ры);

–теория электрических цепей (законы постоянного тока, переходные процессы в электрических цепях).

Согласно учебному плану по дисциплине «Цифровые и микропроцессорные устройства» предусмотрены обзорные лекции, лабораторные занятия, домашняя контрольная работа (4 семестр) и курсовой проект (5 семестр), а также экзамены в 4 и 5 семестрах.

Контрольные задания составлены в десяти вариантах и содержат четыре задачи. Номер варианта определяется последней цифрой номера зачетной книжки учащегося, за исключением варианта № 10, ко-

3

торый выполняется учащимися, имеющими две последние цифры но-

мера 10, 20 или 30.

Перед решением каждой задачи изучите методические указания. При оформлении контрольной работы придерживайтесь следую-

щих требований:

–обязательно переписывайте условие задачи с данными для своего варианта;

–ответы приводите после каждого пункта условия задачи;

–условные графические обозначения (УГО) логических элементов и других типовых узлов цифровых устройств приводите в соответствии с требованиями ГОСТ 2.743 – 91 ЕСКД;

–страницы, рисунки и таблицы обязательно нумеруются. Рисунки

итаблицы, кроме номера, должны иметь названия. Рисунки подписываются снизу, таблицы – сверху. Текстовую часть контрольной работы выполняйте рукописным способом разборчивым почерком с высотой букв и цифр не менее 2,5 мм черными чернилами (пастой);

–ответы должны быть конкретными, краткими, четкими;

–в конце работы приводите список использованной литературы;

–исправление ошибок (работу над ошибками) выполняйте не в тексте контрольной работы, а после рецензии преподавателя.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Четвертый семестр

ВВЕДЕНИЕ

Общие сведения о цифровой и микропроцессорной технике. Краткая характеристика дисциплины, связь с профилирующими дисциплинами. Литература [1], с. 3.

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ

Тема 1.1. Арифметические основы цифровой техники

Системы счисления. Основные понятия. Выбор системы счисления для цифровых устройств. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Правила перевода и примеры.

Представление двоичных чисел в формах с фиксированной и плавающей точкой. Сравнение форм представления.

4

Способы кодирования двоичных чисел со знаком в цифровой технике. Арифметические операции над двоичными числами с фиксированной точкой. Особенности арифметических операций над двоичными числами с плавающей точкой. Сложение двоично-десятичных чисел со знаком. Символьные коды. Структурные единицы и форматы цифровых данных [1], с. 4–30.

Тема 1.2. Логические основы цифровой техники

Понятие о логических (переключательных) функциях, логических элементах и логических устройствах. Классификация логических устройств. Формы задания логических функций. Элементарные логические функции одного и двух аргументов. Условное графическое обозначение основных логических элементов (отечественное и по стандарту ANSI).

Основные законы и тождества алгебры логики. Понятие функциональной полноты

системы логических функций (базиса). Примеры минимальных базисов.

Преобразование логических функций из основного базиса в неосновные [1], с. 31–48.

Тема 1.3. Схемотехнические основы цифровой техники

Общие сведения об элементной базе цифровой техники. Обозначения цифровых интегральных схем. Основные статические и динамические параметры логических элементов. Базовые элементы схемотехники ТТЛ и КМОП. Типы выходных каскадов цифровых элементов. Построение узлов цифровых устройств на стандартных микросхемах. Схемотехника входных цепей элементов КМОП и режимы временно разомкнутых входов [1], с. 49–73.

Тема 1.4. Анализ и синтез КЦУ

Этапы синтеза КЦУ. Канонические формы представления логических функций.

Исходные положения к минимизации. Этапы минимизации. Минимизация логических функций с применением карт Карно. Минимизация не полностью заданных логических функций. Синтез КЦУ в базисах И-НЕ и ИЛИ-НЕ [1], с. 74–90.

5

РАЗДЕЛ 2. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Тема 2.1. Типовые КЦУ

Общие принципы построения КЦУ. Способы борьбы с «опасными состязаниями». Способы схемотехнической реализации логических функций.

Шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, двоичные сумматоры, программируемые логические структуры, их назначение и принцип построения. Примеры микросхем [1], с. 91–127.

Тема 2.2. Триггерные устройства

Общие сведения о триггерах. Асинхронные RS-триггеры. Синхронные RS-триггеры со статических управлением. Синхронные D- триггеры со статическим управлением . JK-триггеры со статическим управлением. Т-триггеры со статическим управлением. Синхронные D-триггеры с динамическим управлением. Примеры микросхем [1], с.

128–149.

Тема 2.3. Регистры памяти и сдвига

Регистры, их назначение и классификация. Параллельные регистры. Регистры сдвига. Применение регистров сдвига. Примеры микросхем [1], с. 150–156.

Тема 2.4. Счетчики и делители частоты

Счетчики, их назначение, основные параметры и классификация. Асинхронные двоичные счетчики. Синхронные двоичные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета. Примеры мик-

росхем [1], с. 157–170.

Тема 2.5. Контроль цифровых устройств

Примеры появления ошибок в работе цифровых устройств. Обнаружение одиночных ошибок в устройствах хранения и передачи информации [1], с.171–174.

6

Пятый семестр

РАЗДЕЛ 3. ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

Тема 3.1. Структуры вычислительных систем

Классическая и магистральная структура ВС. Микропрограммный принцип управления. Горизонтальное, вертикальное и смешанное микропрограммирование. Организация устройств управления с жесткой логикой [1], с. 176–182.

Тема 3.2. Принципы организации однокристальных МП и МПС

Общие сведения о МП и МПС. Структура простой МПС. Мультиплексирование шины адресов/ данных. Архитектура МП и МПС. Структура простого МП. Блок регистров. Дешифрация команд. Блок синхронизации и управления. Синхронизация и последовательность действий МП. Блок управления прерываниями. Форматы данных и команд. Способы адресации. Система команд простого МП [1], с. 183–

218.

Тема 3.3. Программирование МП

Приемы программирования МП на языках кодовых комбинаций и Ассемблер. Программирование последовательных участков алгоритма, а также вычислительных процессов, содержащих циклы и подпро-

граммы [1], с. 218–227.

Тема 3.4. Принципы организации однокристальных микроконтроллеров (МК)

Общие сведения о МК. Архитектура МК dsPIC33fj32mc204. АЛУ, умножитель, поддержка деления и DSP-инструкций. Программная модель МК dsPIC33F. организация памяти программ и данных, системы тактирования, прерываний и сброса МК dsPIC33F. Сторожевой таймер и энергосберегающие режимы работы, параллельные порты ввода/ вывода. Модуль таймера. Режимы адресации и система команд МК dsPIC33F [1], с. 228–278.

7

Тема 3.5. Программирование МК

Обзор инструментальных средств программирования МК (редактор исходного кода, ассемблер, компилятор, компоновщик, библиотекарь, отладчик, визуальный генератор исходного кода, интегрированная среда разработки IDE). Обзор языков программирования МК (Ассемблер и С).

Конструирование программ прошивки МК (разработка исходного кода, ассемблирование и компиляция исходного кода, компоновка программы или библиотеки) [1], с. 279–295.

Тема 3.6. Организация памяти МПС

Общие сведения и основные параметры запоминающих устройств (ЗУ). Классификация ЗУ. Основные структуры адресных запоминающих устройств (2D, 3D, 2DM), запись и считывание информации. Достоинства и недостатки. Кэш-память. Запоминающие элементы статических и динамических оперативных ЗУ. Запоминающие элементы постоянных ЗУ типов ROM (M), PROM, EPROM и EEPROM. Общие сведения о КЭШ и ФЛЭШ-памяти [1], с. 295–322.

Тема 3.7. Интерфейсные БИС/СБИС

Общие сведения об интерфейсных БИС/ СБИС. Шинные формирователи, буферные регистры, параллельные периферийные адаптеры (ППА), их назначение. Структурные схемы и принципы работы на примере современных БИС [1], с. 323–333.

8

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задача 1

1. Переведите в десятичную систему счисления с точностью до семи знаков после запятой числа, указанные в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1, пункт 1

2. Переведите в двоичную систему счисления числа, указанные в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Исходные данные к задаче 1, пункт 2

Примечание – Десятичное число переведите с точностью семь знаков после точки

3. Сложите в двоичной СС в дополнительном модифицированном коде с точностью до пяти знаков после запятой два десятичных числа X1 и X2, указанные в таблице 1.3, и результат сравните с результатом сложения в десятичной СС.

9

Таблица 1.3 – Исходные данные к задаче 1, пункт 3

4. Сложите в коде 8421 два положительных десятичных числа, указанные в таблице 1.4, и результат сравните с результатом сложения в десятичной СС.

Таблица 1.4 – Исходные данные к задаче 1, пункт 4

Методические указания по выполнению задачи 1

К выполнению задачи 1 целесообразно приступить после изучения темы №1.1 «Арифметические основы цифровой техники». Материал данной темы подробно освещен в [1, с. 1–30].

Изучите правила и примеры, представленные в учебниках и данных методических указаниях. Затем приступайте к решению задачи 1.

Правила и примеры перевода чисел в десятичную систему счисления из двоичной и шестнадцатеричной систем счисления

приведены в [1, с. 8–10].

Рассмотрим примеры перевода шестнадцатеричного числа A5F.C83 и двоичного числа 11011.011 в десятичную систему счисления:

10