Сборник методичка ВТиИТ
.pdf
Запустите процесс синхронного моделирования. Нажмите кнопку “R” для обнуления содержимого регистра. Затем кратковременно нажмите кнопку “S” для записи лог. 1 в старший разряд регистра. Наблюдайте состояние светодиодов. Убедитесь в том, что записанная информация циркулирует в регистре.
Рис. 15. Кольцевой сдвигающий регистр
В целях минимизации аппаратной части цифровых устройств промышленность выпускает микросхемы универсальных регистров. Такая ИМС может функционировать как параллельный регистр, а также как регистр сдвига влево или вправо. Для исследования ИМС универсального 4-разрядного регистра введите в программу моделирования схему, показанную на рис. 16. На переключателях “SB” задайте двоичное число, равное остатку от деления на 16 номера Вашего индивидуального варианта задания.
31
Рис. 16. ИМС универсального регистра
Микросхема имеет синхровход “C”, вход асинхронного сброса “R”, входы “D0” – “D3” для записи данных в параллельной форме, входы “DR” и “DL” для приема данных в последовательной форме в режимах сдвига вправо и влево соответственно, статические входы “M0”, “M1” для выбора режима работы регистра, а также параллельные выходы “Q0” – “Q3”. Выходы “Q0” и “Q3” в режимах сдвига могут использоваться для выдачи из регистра информации в последовательной форме. Вход разрешения “E” в данной работе не используется. В табл. 6 даны комбинации управляющих сигналов для различных режимов работы микросхемы.
Таблица 6. Режимы работы и переходы ИМС универсального регистра
|
Управляющие сигналы |
|
|
|
|
||
Режим работы |
для момента t при |
Выходы для момента t+1 |
|||||
|
переходе C из 0 в 1 |
|
|
|
|
||
|
R |
M0 |
M1 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
Асинхронный |
1 |
X |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
сброс |
|
|
|
|
|
|
|
Параллельная |
0 |
X |
0 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
запись |
|
|
|
|
|
|
|
Сдвиг вправо |
0 |
0 |
1 |
DR |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Сдвиг влево |
0 |
1 |
1 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
DL |
|
|
|
|
|
|
|
32 |
Запустите процесс моделирования. Вначале исследуйте работу микросхемы в режиме параллельной записи (M0 = M1 = 0). 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. Сохраните записанное в регистр число для последующего изучения режимов сдвига.
Для исследования работы микросхемы в режимах сдвига зафиксируйте в нажатом положении кнопку для подачи сигнала “M1”. Сдвигайте содержимое регистра вправо (в сторону младшего разряда), нажимая на кнопку “C”. Если перед этим зафиксировать в нажатом положении кнопку для подачи сигнала “DR”, одновременно со сдвигом в старший разряд регистра “Q3” запишется лог. 1.
Повторите операцию параллельной записи в регистр, а затем включите режим сдвига влево (обе кнопки “M0” и “M1” зафиксированы в нажатом положении). Сдвигайте содержимое регистра влево (в сторону старшего разряда), нажимая на кнопку “C”. Если перед этим зафиксировать в нажатом положении кнопку для подачи сигнала “DL”, одновременно со сдвигом в младший разряд регистра “Q0” запишется лог. 1. Наблюдайте за состоянием регистра по светодиодам на его выходах.
Перенесите в отчет по работе табл. 6 и заполните ее правую часть (информация на выходах “Q3” – “Q0”) реальными данными (единицами и нулями), полученными в ходе выполнения работы.
Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Схема для исследования параллельного регистра.
3.Схема для исследования регистра сдвига.
4.Осциллограмма результатов исследования регистра сдвига.
33
5.Схема для исследования кольцевого сдвигающего регистра.
6.Схема для исследования ИМС универсального регистра.
7.Таблица переходов для ИМС универсального регистра в различных режимах работы.
Лабораторная работа №7
Счетчики
Цель работы: изучить принципы построения и функционирование счетчиков некоторых типов. Изучить модель ИМС универсального счетчика.
Задание
1.Изучить принципы построения синхронных и асинхронных счетчиков, работающих в режимах прямого и обратного счета.
2.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядного асинхронного счетчика прямого счета на T-триггерах. Исследовать работу счетчика в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
3.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядного асинхронного счетчика обратного счета на T-триггерах. Исследовать работу счетчика в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
4.Выполнив предварительный расчет, получить схему счетчика прямого счета с циклом N 2K.
5.Ввести в программу моделирования схему для исследования счетчика прямого счета с циклом N 2K. Исследовать работу счетчика в динамическом режиме и продемонстрировать результат преподавателю.
34
6.Ввести в программу моделирования схему для исследования 4-разрядной ИМС универсального счетчика. Исследовать работу микросхемы универсального счетчика в различных режимах и продемонстрировать результат преподавателю.
Методика выполнения работы
Для исследования работы 4-разрядного асинхронного счетчика в режиме прямого счета введите в программу моделирования схему, показанную на рис. 17. T-триггеры отдельных разрядов счетчика образованы из D-триггеров с помощью обратных связей (см. работу №5).
Рис. 17. Асинхронный 4-разрядный счетчик прямого счета
Запустите процесс синхронного моделирования. Кратковременно нажмите на кнопку “R” для сброса счетчика в нулевое состояние, а затем наблюдайте за изменением состояний счетчика по светодиодам на его выходах. Составьте таблицу состояний счетчика, которая должна содержать 16 строк. Состояния указывайте в виде двоичных чисел. Учтите, что в схеме счетчика рис. 17 младший разряд Q0 находится слева, а старший разряд Q3 – справа.
Для исследования работы 4-разрядного асинхронного счетчика в режиме обратного счета введите в программу
35
моделирования схему, показанную на рис. 18. Проведите исследование, аналогичное счетчику прямого счета.
Рис. 18. Асинхронный 4-разрядный счетчик обратного счета
В данной лабораторной работе счетчик с циклом N 2K строится с использованием принципа прерывания цикла, который состоит в следующем. Сначала определяется требуемое количество разрядов счетчика по заданному циклу N, как минимальное K, удовлетворяющее условию N 2K. Счетчик с требуемым циклом строится на базе ИМС универсального счетчика, имеющего K разрядов и снабженного комбинационной схемой распознавания числа N. Схема распознавания строится на базе логического элемента “И”, на входы которого подаются сигналы с тех или иных выходов Q триггеров счетчика. В момент, когда состояние счетчика в процессе счета становится равным N, срабатывает схема распознавания, формируя на своем выходе сигнал лог. 1. Этот сигнал поступает на вход “R” асинхронного сброса ИМС универсального счетчика. На этом цикл счета завершается.
36
Рис. 19. Счетчик прямого счета с циклом N = 12
Вкачестве примера на рис. 19 показана схема счетчика прямого счета с циклом N = 12. Здесь выходы триггеров “Q2” и “Q3” соединены с входами элемента “И” (схемы совпадения). При поступлении импульсов на вход “C” счетчик осуществляет обычный прямой счет. Однако после поступления 12-го импульса, когда в счетчике оказывается записанным число 12 (11002), т.е. триггеры “Q2” и “Q3” переходят в состояние лог. 1, срабатывает элемент “И”, выдавая на своем выходе сигнал лог. 1, который поступает на вход “R” ИМС, сбрасывая все триггеры счетчика в нуль. Тем самым обеспечивается прерывание цикла двоичного счетчика, и он работает как счетчик с циклом N = 12.
Входе выполнения предварительного расчета составьте и изобразите в отчете по работе схему счетчика с циклом N, взятым из табл. 7 в соответствии с Вашим индивидуальным вариантом задания. Число N нужно записать в двоичной системе счисления и определить, в каких разрядах у него содержаться единицы. Именно эти разряды (выходы) ИМС универсального счетчика необходимо подключить к входам схемы совпадения.
Таблица 7. Цикл счета для счетчика с N 2K
Вариант №
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цикл счета |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
6 |
7 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
37
После ввода в программу моделирования схемы счетчика с циклом N 2K запустите процесс синхронного моделирования. Наблюдайте за изменением состояний счетчика по 7- сегментному индикатору, подключенному к его выходам. Составьте таблицу состояний счетчика, которая должна содержать N строк. Состояния указывайте в виде двоичных чисел. Убедитесь в том, что реальный цикл счета равен заданному в табл. 7.
В целях минимизации аппаратной части цифровых устройств промышленность выпускает микросхемы универсальных счетчиков. Такая ИМС может функционировать как счетчик прямого или обратного счета, а также как счетчик с предустановкой (с возможностью параллельной записи начального, отличного от нуля числа для счета). Для исследования ИМС универсального 4-разрядного счетчика введите в программу моделирования схему, показанную на рис. 20. На переключателях “SB” задайте двоичное число, равное целому остатку от деления на 16 номера Вашего индивидуального варианта задания.
Рис. 20. ИМС универсального счетчика
Микросхема имеет счетный вход “C”, вход асинхронного сброса “R”, входы “D0” – “D3” для параллельной записи начального числа счета, вход “L” разрешения параллельной записи по положительному фронту ближайшего счетного
38
импульса, а также вход “+/-” для выбора направления счета (лог. 0 – режим прямого счета, лог. 1 – режим обратного счета).
Кроме основных выходов “Q0” – “Q3” у микросхемы имеется выход переноса “P”, позволяющий соединять последовательно несколько ИМС универсальных счетчиков для получения счетчика большей разрядности. При этом выход “P” младшей микросхемы подключается к счетному входу “C” старшей микросхемы. Активный сигнал лог. 1 появляется на выходе “P” каждый раз при завершении цикла счета (при переполнении счетчика).
После ввода в программу моделирования схемы рис. 20 запустите процесс синхронного моделирования. Наблюдайте за изменением состояний счетчика по 7-сегментному индикатору, подключенному к его выходам, а также по светодиоду на выходе “P”. Сбросьте счетчик в нулевое состояние, кратковременно нажав на кнопку “R”, а затем выполните операцию параллельной записи начального числа для счета, нажав кнопку “L” и удерживая ее в нажатом положении до момента прихода очередного импульса на счетный вход “C”. Затем исследуйте ИМС в режиме обратного счета, зафиксировав кнопку направления счета “-“ в нажатом положении.
Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Схема для исследования счетчика прямого счета.
3.Таблица состояний счетчика прямого счета.
4.Схема для исследования счетчика обратного счета.
5.Таблица состояний счетчика обратного счета.
6.Схема для исследования счетчика прямого счета с циклом N 2K.
7.Таблица состояний счетчика прямого счета с циклом N 2K.
8.Схема для исследования ИМС универсального счетчика.
39
Лабораторная работа №8
Кросс-система разработки программного обеспечения для микроконтроллеров семейства MCS-51
Цель работы: изучить аппаратно-программные средства кросс-системы и принципы разработки программного обеспечения микроконтроллеров на примере семейства MCS-51.
Задание
1. Изучить архитектуру, систему команд и принципы программирования микроконтроллеров (микроЭВМ) семейства MCS-51 (1816ВЕ51, i80C51, Philips 80C552 и т.п.) по литературе [4].
2. Составить программу на языке Ассемблера для микроконтроллера Philips 80C552, реализующую алгоритм выдачи информации на ЖК-дисплей – фамилию студента (исходный текст программы подготовить в файле “lab_8.asm” с помощью любого текстового редактора, например Notepad). Исходный текст программы должен завершаться оператором “end”.
3. На инструментальной ЭВМ (персональном компьютере) скомпилировать программу и получить объектный файл “lab_8.obj” с помощью компилятора “asm51.exe”.
4. С помощью утилиты “objhex.exe” получить из объектного файла текстовый HEX-файл “lab_8.hex” в формате Intel.
5. Настроить порт COM-1 инструментальной ЭВМ на режим передачи со скоростью 9600 бит/сек.; 8 бит данных, 1 стоповый бит, нет бита четности (команда “mode com1 96,n,8,1”).
6. Нажать кнопку “Reset” на отладочном устройстве. 7. Нажать кнопку “INT0” на отладочном устройстве, выбрав тем самым пункт меню “Load Hex to
40