Сборник методичка ВТиИТ
.pdf
Рис. 7. Синтез КЦУ на базе ИМС мультиплексора
Для Вашего индивидуального варианта задания из работы №2 выполните аналогичный предварительный расчет и постройте схему КЦУ на базе ИМС мультиплексора 8x1. Введите полученную схему в программу моделирования. В качестве элемента индикации на выходе КЦУ используйте вход осциллографа. Параметры генератора: период – 20мс, длина импульса – 10мс. После ввода схемы включите режим асинхронного моделирования на несколько секунд. После останова моделирования проанализируйте полученную осциллограмму. Ориентируясь на сигнал “Clock”, необходимо выделить на изображении выходного сигнала “Y” один 16тактовый цикл, соответствующий Вашему варианту таблицы истинности, и перенести осциллограмму в отчет по работе. Проверьте по осциллограмме соответствие значений функции данным таблицы истинности.
Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Схема для исследования мультиплексора 8x1.
3.Схема для исследования демультиплексора 1x8.
21
4.Выкладки, отражающие процесс синтеза КЦУ на базе мультиплексора.
5.Схема КЦУ на базе мультиплексора для Вашего варианта задания.
6.Осциллограмма 16-тактового цикла выходного сигнала КЦУ.
Лабораторная работа №5
Триггеры
Цель работы: изучить принципы построения и функционирование триггеров основных типов.
Задание
1.Изучить принципы построения асинхронного и синхронного RS-триггера. Ввести в программу моделирования схему асинхронного RS-триггера на элементах “ИЛИ-НЕ” и исследовать его работу в статическом режиме. Продемонстрировать результат преподавателю.
2.Ввести в программу моделирования схему синхронного RS-триггера на элементах “И-НЕ” и исследовать его работу в статическом режиме. Продемонстрировать результат преподавателю.
3.Ввести в программу моделирования схему двухступенчатого JK-триггера на элементах “И-НЕ” и исследовать его работу в динамическом режиме. Продемонстрировать результат преподавателю.
4.Ввести в программу моделирования схему для исследования ИМС D-триггера и исследовать его работу в динамическом режиме. Продемонстрировать результат преподавателю.
5.Модернизировать схему с D-триггером, превратив его в T-триггер (счетный). Исследовать работу T-
22
триггера в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
Методика выполнения работы
После изучения теории введите в программу моделирования схему асинхронного RS-триггера на элементах Пирса (рис. 8). Запустите процесс моделирования. Поочередно нажимая кнопки “R” и “S”, наблюдайте состояние триггера по уровню сигнала на его верхнем выходе по светодиоду. Заполните таблицу переходов асинхронного RS-триггера.
Таблица 3. Переходы асинхронного RS-триггера
Момент t |
Момент t+1 |
|
S |
R |
Q |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
Рис. 8. Асинхронный RS-триггер
Введите в программу моделирования схему синхронного RS-триггера на элементах Шеффера (рис. 9). Запустите процесс моделирования. Поочередно нажимая кнопки “S”, “R” и “C”, наблюдайте состояние триггера по уровню сигнала на его верхнем выходе по светодиоду. Убедитесь в том, что триггер может изменить свое состояние только при C = 1 (когда кнопка
23
“C” зафиксирована в нажатом положении). Заполните таблицу переходов синхронного RS-триггера.
Рис. 9. Синхронный RS-триггер
Таблица 4. Переходы синхронного RS-триггера
|
Момент t |
|
Момент t+1 |
||
C |
|
S |
|
R |
Q |
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
Введите в программу моделирования схему универсального двухступенчатого JK-триггера на элементах Шеффера (рис. 10). Для каждого элемента в диалоговом окне свойств задайте задержку, равную 5мс. Запустите процесс моделирования при открытом окне осциллографа. Поочередно нажимая кнопки “J” и “K”, наблюдайте состояние триггера по уровню сигнала на его верхнем выходе “Q” по светодиоду и осциллографу, а затем зафиксируйте обе входные кнопки в нажатом положении. Убедитесь в том, что в этом режиме JKтриггер работает как счетный T-триггер и делит частоту повторений входной (вход “C”) импульсной последовательности на 2. Перенесите в отчет по работе осциллограмму сигналов “C”, “J”, “K” и “Q”, отобразив на ней области, связанные с
24
изменениями сигналов “J” и “K”, а также область работы триггера в счетном режиме. Заполните таблицу переходов JK-триггера. Убедитесь в том, что для JK-триггера нет запрещенных входных комбинаций.
Рис. 10. Универсальный двухступенчатый JK-триггер
Таблица 5. Переходы JK-триггера
Момент t при |
Момент t+1 |
|
переходе C из 1 в 0 |
|
|
J |
K |
Q |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
Введите в программу моделирования схему для исследования ИМС D-триггера (рис. 11). Запустите процесс моделирования при открытом окне осциллографа. Нажимая и отпуская кнопку “D”, наблюдайте изменения состояния D- триггера по осциллограмме сигнала на выходе “Q”. Убедитесь в том, что переход триггера в противоположное состояние задерживается до момента прихода положительного фронта сигнала на входе “C”, т.е. исследуемый триггер является синхронным триггером с динамическим управлением. Перенесите в отчет по работе осциллограмму сигналов “Clock”,
25
“D” и “Q”, отобразив на ней области, связанные с изменениями сигнала “D”.
Рис. 11. ИМС D-триггера
Введите в программу моделирования схему для исследования счетного T-триггера, построенного на базе ИМС D- триггера с внешней обратной связью (рис. 12).
Рис. 12. Схема счетного T-триггера
Запустите процесс моделирования при открытом окне осциллографа. Убедитесь в том, что триггер работает как счетный и делит частоту повторений входной импульсной последовательности на 2. Перенесите в отчет по работе осциллограмму сигналов “Clock” и “Q”.
26
Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Схема асинхронного RS-триггера на элементах “ИЛИНЕ” и его таблица переходов.
3.Схема синхронного RS-триггера на элементах “И-НЕ” и его таблица переходов.
4.Схема двухступенчатого JK-триггера на элементах “И- НЕ” и его таблица переходов.
5.Осциллограмма результатов исследования JK-триггера.
6.Схема для исследования ИМС D-триггера.
7.Осциллограмма результатов исследования схемы с D- триггером.
8.Схема для исследования T-триггера на базе ИМС D- триггера.
9.Осциллограмма результатов исследования схемы с T- триггером (его входных и выходных импульсов).
Лабораторная работа №6
Регистры
Цель работы: изучить принципы построения и основные операции, выполняемые регистрами. Изучить модель ИМС универсального регистра.
Задание
1.Изучить принципы построения параллельных регистров и регистров сдвига.
2.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядного параллельного регистра на D-триггерах. Исследовать работу параллельного регистра в статическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
3.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядного регистра сдвига
27
вправо на D-триггерах. Исследовать работу регистра сдвига в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
4.Модернизировать предыдущую схему с целью построения кольцевого сдвигающего регистра. Исследовать работу кольцевого сдвигающего регистра в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
5.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядной ИМС универсального регистра. Исследовать работу микросхемы универсального регистра в различных режимах и продемонстрировать результат преподавателю.
Методика выполнения работы
Параллельным называется регистр, в котором информация на входы поступает в параллельной форме (многоразрядное двоичное слово записывается в регистр в одном такте) и считывание информации с выходов осуществляется в той же форме. Число разрядов параллельного регистра равно числу образующих его D-триггеров.
Для исследования работы 4-разрядного параллельного регистра в статическом режиме введите в программу моделирования схему, показанную на рис. 13. На переключателях “SB” задайте двоичное число, равное целому остатку от деления на 16 номера Вашего индивидуального варианта задания.
28
Рис. 13. Схема параллельного регистра
Запустите процесс моделирования и кратковременно нажмите на кнопку “C”, имитируя тем самым подачу синхроимпульса. Наблюдайте состояние выходов регистра по светодиодам. В регистр должно записаться и храниться число, равное числу на входах (заданное на переключателях). Кратковременно нажав на кнопку “R”, Вы можете обнулить содержимое регистра и затем повторить операцию записи.
В регистре сдвига (последовательном регистре) запись информации осуществляется в последовательной форме (бит за битом). Таким образом, для записи 4-разрядного двоичного числа в 4-разрядный регистр сдвига требуется 4 такта. При сдвиге вправо число записывается в регистр и считывается из него, начиная с младшего разряда. Считывание информации из регистра сдвига возможно не только в последовательной, но и в параллельной форме одновременно с выходов всех его триггеров.
Для исследования работы 4-разрядного регистра сдвига вправо в динамическом режиме введите в программу моделирования схему, показанную на рис. 14.
29
Рис. 14. Схема 4-разрядного регистра сдвига вправо
Для каждого триггера в диалоговом окне свойств задайте задержку, равную 5мс. Параметры генератора: период – 100мс, длина импульса – 50мс. Запустите процесс моделирования в синхронном режиме при открытом окне осциллографа. Несколько раз кратковременно нажмите на кнопку “D”, имитируя тем самым ввод двоичных единиц и нулей в последовательной форме в регистр. Наблюдайте по осциллограмме сигналов “Data”, “Q3”, “Q2”, “Q1”, “Q0” сдвиг информации вправо по разрядам регистра. Зафиксируйте в отчете осциллограмму всех этих сигналов совместно с тактовым сигналом “Clock”.
Кольцевой сдвигающий регистр образуется путем соединения выхода “Q0” триггера младшего разряда с информационным входом триггера старшего разряда (крайний левый триггер на схеме рис. 14); кнопка “D” из схемы исключается. Тогда число, записанное тем или иным образом в регистр, будет циркулировать в регистре под действием синхроимпульсов “Clock”. Модернизированная схема показана на рис. 15. Здесь для асинхронного обнуления содержимого регистра используется кнопка “R”, а для асинхронной записи лог. 1 в старший разряд регистра используется кнопка “S”. Для контроля состояния выходов кольцевого сдвигающего регистра используются светодиоды. Введите в программу моделирования схему рис. 15, изменив параметры генератора: период – 1000мс, длина импульса – 500мс.
30