Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Цифровые интегральные схемы и микропроцессоры для студентов направления Конструирование и технология электронных средств. Кондусов В.А., Алперин Е.Д
.pdfФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
150-2016
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам № 4-6 по дисциплине "Цифровые интегральные схемы и микропроцессоры" для студентов направления 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») очной и заочной форм обучения
Воронеж 2016
Составители: канд. физ.-мат. наук В.А. Кондусов, канд. техн. наук Е.Д. Алперин
УДК 621.38
Методические указания к лабораторным работам 4-6 по дисциплине "Цифровые интегральные схемы и микропроцессоры" для студентов направления 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») очной и заочной форм обучения/ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.А. Кондусов, Е.Д. Алперин. Воронеж, 2016. 19с.
Методические указания являются руководством к лабораторно-практическим занятиям с использованием программы Electronics Workbench 5.12, которая позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифроаналоговые схемы большой степени сложности. Рассмотрен и разъяснён принцип построения схем.
Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле «Кондусов ЛбЦИСиМП. pdf»
Табл. 5. Ил. 4. Библиогр.: 3 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. О.Ю. Макаров
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.В. Муратов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного цикла лабораторных работ является проработка студентами следующих вопросов: знакомство с моде-
лирующей программой Electronics Workbench 5.12, синтез комбинационных устройств, проектирование комбинационных устройств в заданном базисе логических элементов
.
1.Характеристика программы
Программа «Электронная лаборатория» предназначена для синтеза и анализа дискретных и аналоговых схем на основе стандартных компонентов, входящих в базовый набор программы, используется также при применении созданных пользователем блоков. Для работы с данной программой не требуется практически никакой подготовки, так как программа имеет интуитивный интерфейс, понятный даже новичку. Однако для работы с дискретной частью программы требуются хотя бы начальные знания о цифровых логических системах, логических элементах И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ
Лабораторная работа № 4 Кодопреобразователи 1. Общие указания
Цель работы: освоение методов синтеза и экспериментальное исследование работы кодопреобразователей.
На основе проведенного синтеза экспериментально исследуется работа неполного дешифратора и кодопреобразователя общего типа.
2. Домашние задания и методические указания по их выполнению
2.1.Синтезировать неполный дешифратор на входные числа в двоичном коде в соответствии с вариантом домашнего задания (см.табл. 1) в выбранном элементном базисе
(на ИМС серии 155/SN74)/1,2, 3/.
2.2.Синтезировать кодопреобразователь числа из прямого натурального кода 8-4-2-1 в код, указанный в табл.2 в соответствии с вариантом домашнего задания в выбранном элементном базисе.
Для выполнения домашнего задания п.2.2 рассмотрим пример синтеза кодопреобразователя числа из прямого натурального кода “8-4-2-1” в код “4-1 -2-1”.
2
Таблица 1
Номер |
1 число |
2 число |
варианта |
|
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
5 |
3 |
0 |
9 |
4 |
0 |
13 |
5 |
1 |
3 |
6 |
1 |
7 |
7 |
1 |
11 |
8 |
1 |
15 |
9 |
2 |
6 |
10 |
2 |
10 |
11 |
2 |
14 |
12 |
3 |
6 |
13 |
3 |
10 |
14 |
3 |
14 |
15 |
4 |
7 |
16 |
4 |
11 |
17 |
4 |
15 |
18 |
5 |
9 |
19 |
5 |
13 |
20 |
6 |
8 |
21 |
6 |
12 |
22 |
7 |
8 |
23 |
7 |
12 |
24 |
8 |
9 |
25 |
8 |
13 |
|
Таблица 2 |
|
|
Номер |
Код на выходе |
варианта |
преобразователя |
|
|
1 |
3-3-2-2 |
2 |
10-2-1-1 |
3 |
9-2-1-1 |
4 |
9-3-1-1 |
5 |
8-2-2-1 |
6 |
8-3-1-1 |
7 |
7-2-2-1 |
8 |
7-3-1-1 |
9 |
7-4-2-1 |
10 |
7-6-2-1 |
11 |
6-3-2-1 |
12 |
6-3-2-2 |
13 |
6-4-2-1 |
14 |
6-5-1-1 |
15 |
5-1-1-1 |
16 |
5-3-1-1 |
17 |
5-3-2-2 |
18 |
5-4-2-2 |
19 |
5-4-1-1 |
20 |
5-5-2-2 |
21 |
4-1-1-1 |
22 |
4-3-1-1 |
23 |
4-3-3-2 |
24 |
4-4-2-2 |
25 |
4-4-4-1 |
3
Заполним таблицу истинности, при этом учтем, что код “4-1-2-1” неоднозначный. Выберем один из вариантов, который представлен в табл.З.
Таблица 3
код |
|
|
|
8-4-2-1 |
|
|
4-1-2-1 |
|
||
вес |
|
8 |
|
4 |
2 |
1 |
4 |
1 |
2 |
1 |
цифра |
х3 |
|
х2 |
|
х1 |
х1 |
у3 |
у2 |
у1 |
у0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
|
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
0 |
|
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
4 |
0 |
|
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0 |
|
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
6 |
0 |
|
1 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
7 |
0 |
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
8 |
1 |
|
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
1 |
|
0 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
10 |
1 |
|
0 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
11 |
1 |
|
0 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
12 |
1 |
|
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
13 |
1 |
|
1 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
14 |
1 |
|
1 |
|
1 |
0 |
|
|
|
|
15 |
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
Из табл.З видно, что код “4-1-2-1” имеет всего 9 кодовых слов, то есть не всем кодовым комбинациям кода “8-4-2-1” можно поставить в соответствие кодовые комбинации кода “4- 1-2-1”. Поэтому при оптимизации можно считать, что они запрещенные и ввести факультативные условия /1/.
На основе таблицы истинности 3 заполним карты Карно для у0,у1,у2,уз (рис.1).
4
Рис.1
Из карт Карно получаем:
5
Составляем принципиальную схему кодопреобразователя
(рис.2).
Рис.2
3. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению
3.1.Исследовать работу неполного дешифратора. Собрать в рабочем окне программы EWB дешифратор в соответствии со схемой, полученной в результате синтеза при выполнении домашнего задания (п.2.1).
Подать сигналы xj, Ц, Хз, Х4 с выходов генератора слова на соответствующие входы дешифратора. Выходы соединить со входами логического анализатора. Убедиться в правильности его работы.
Зарисовать в одном и том же временном масштабе последовательно одну под другой диаграммы напряжения на входах и выходах дешифратора.
3.2.Исследовать работу кодопреобразователя. Собрать в рабочем окне кодопреобразователь в соответствии
6
со схемой, полученной в результате синтеза при выполнении домашнего задания (п.2.2).
Соединить выходы x1, х2 ,х3, х4 генератора слова с соответствующими входами кодопреобразователя и убедиться в правильности его работы. Снять и зарисовать временные диаграммы напряжений на всех входах и выходах кодопреобразователя.
Вопросы для самопроверки
1.Классификация цифровых устройств.
2.Объясните порядок синтеза комбинационных цифровых устройств.
3.Какие устройства называются дешифраторами?
4.В каком случае дешифратор называется неполным?
5.Начертите схему дешифратора и объясните его работу. Приведите диаграммы напряжений входных и выходных сигналов.
6.Объясните порядок синтеза кодопреобразователей.
7.Начертите схему кодопреобразователя общего типа и объясните его работу. Приведите диаграммы напряжений входных и выходных сигналов.
7
Лабораторная работа № 5
Мультиплексоры
1. Общие указания
Цель работы: исследование работы мультиплексора, овладение методами реализации логических функций на мультиплексорах.
2. Домашние задания и методические указания по их выполнению
2.1.Составить электрическую схему мультиплексора на 8 информационных входах, используя ИМС 155(SN74) серии приведенной в приложении 2 и реализующие логические функции И-НЕ ИЛИ-НЕ.
2.2.На основе мультиплексора 155КП5(74152) реализовать логическую функцию, заданную таблицей истинности в лаб. № 2 пункт 2.2 в соответствии с вариантом домашнего задания.
2.3.На основе мультиплексора 155КП7(74151) реализовать логическую функцию, заданную таблицей истинности в лаб. № 2 пункт 2.3 в соответствии с вариантом домашнего задания.
Для выполнения домашнего задания п.2.2 и п.2.3 рассмотрим пример реализации логической функции четырех переменных на мультиплексоре 155КП5(74152) /1, 2/.
В таблице 1 приведены значения заданной функции Y для всех 16 комбинаций аргументов х1, х2, х3, х4.
Будем считать адресные входы мультиплексора информационными входами реализуемой функции, а информационные входы мультиплексора настроечными входами. Тогда задача состоит в отыскании кода настройки,
8