Лабораторна робота № 6 Проектування наноелектронної схеми цифрового компаратора

Мета роботи: Розробити наноелектронну схему однорозрядного компаратора на КА та дослідити його робочі режими.

Теоретичні відомості

Цифрові компаратори порівнюють бінарні числа. Кількість входів компаратора залежить від розрядності кодів, що порівнюються. На його виходах зазвичай формуються три сигнали:

, тобто , (9.1)

, тобто , (9.2)

, тобто , (9.3)

де та , ‑ функції рівності та нерівності вхідних кодів , .

Для реалізації цих логічних рівнянь використовують п’ять мажоритарних елементів та дві наносхеми заперечення, як показано на рис. 9.1, б.

а) б)

Рис. 9.1. Умовне позначення цифрового компаратора (а) та наносхема однорозрядного порівняння (б)

Завдання до виконання лабораторної роботи

Розробити проект наносхеми та дослідити роботу однорозрядного цифрового компаратора на квантових коміркових автоматах за допомогою САПР QCADesigner.

1. Запустити САПР. Створити наносхему на КА однорозрядного цифрового компаратора на проектному планшеті, як показано для прикладу на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Наносхема однорозрядного цифрового компаратора на КА

2. Розділити отриманий масив комірок на зони синхронізації та створити два логічних входи, п’ять програмованих входів і три виходи.

3. Виконати команду головного меню Simulation/Start Simulation та отримати результати моделювання у вигляді осцилограм, зразки яких для прикладу наведені на рис.9.3.

Рис. 9.3. Результати моделювання наносхеми однорозрядного цифрового компаратора на КА

Завдання до оформлення лабораторної роботи

Для захисту лабораторної роботи потрібно підготуватися до відповідей на контрольні запитання та оформити протокол, який вміщує:

1. Теоретичні відомості про наносхеми КА цифрових компараторів.

2. Розроблену наносхему однорозрядного цифрового компаратора та осцилограми, які моделюють його роботу з відповідними поясненнями.

3. Висновки. Контрольні запитання

9.1. Який принцип роботи цифрового компаратора?

9.2. Де застосовують цифрові компаратори?

9.3. Довести математично, що наноелектронна схема, зображена на рис.9.1, б, виконує функцію однорозрядного порівняння.

9.4. Довести, що рівняння (9.1) відповідає функції Виключне АБО-НІ.

9.5. Вивести рівнозначності мажоритарного вибору для наносхеми на КА компаратора, наведеної на рис. 9.1, б.

9.6. Довести зв'язок між булевими функціями компаратора (9.1), (9.2), (9.3) та його мажоритарними рівнозначностями.

9.7. Побудувати таблицю дійсності для всіх вузлів наносхеми компаратора, приведеної на рис. 9.1, б.

9.8. Дослідити розподіл електронів в КА наносхеми однорозрядного компаратора (рис.9.2), коли на його входи діють чотири набори кодів .

Лабораторна работа № 7 Проектування наносхеми формування бінарного кода Грея

Мета роботи: Навчитись автоматизованому проектуванню наносхем базового алгоритму формування бінарного кода Грея.

Теоретичні відомості

Код Грея був запропонований для оптимальної побудови та зменшення похибок перетворювачів сигналів «аналог-код». Відмінна особливість цих перетворень полягає в тому, що код Грея створює послідовність бінарних чисел, в якій сусідні кодові комбінації відрізняються значеннями тільки в одному розряді числа.

Для перетворення бінарного позиційного кода у бінарний код Грея необхідно додавати по модулю 2 однойменні та старші сусідні розряди позиційного кода. Система рівнянь четвертого порядку для перетворення кода Грея має вигляд:

(10.1)

На рис. 10.1 наведена еквівалентна схема на трьох логічних елементах Виключне АБО, що відповідає алгоритму перетворень кода Грея (10.1).

Рис. 10.1. Еквівалентна схема чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея на базі трьох логічних елементів Виключне АБО