Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы микроэлектроники. Практикум
.pdf
5. Измерьте с помощью осциллографа уровень Uс сигнала генератора и уровень U
выходного сигнала ЦАП в моменты сме-
ЦАП
ны кода для первых 3-х тактов переключения ЦАП с точностью
до единиц мВ. Занесите полученные результаты в таблицу 7.
Таблица7
Параметры первых трёх тактов работы ЦАП
Параметр 1-й такт 2-й такт 3-й такт
U
, В
с
U
, В
Двоичный код ЦАП
Десятичный код ЦАП
Расчётное значение U
ЦАП
вых.ЦАП
, В
6. Разверните панель логического анализатора и, ориентируясь на положение тактовых импульсов АЦП, определите двоичные выходные коды ЦАП для первых трёх тактов его работы.
Переведите двоичные коды в десятичные. Определите с точностью до десятых долей мВ величину h единицы младшего разряда ЦАП и вычислите расчётное значение выходного сигнала ЦАП
U
. Все результаты занесите в таблицу 7.
вых.ЦАП
7. Сверните панель логического анализатора и разверните панель осциллографа. Убедитесь, что ёмкость конденсатора фильтра С1 = 100 пФ. Переведите ключ в нижнее положение и включите моделирование. Скопируйте изображение экрана осциллографа для отчёта.
8. Установите ёмкость конденсатора фильтра С1 = 2,2 мкФ.
Включите моделирование, получите изображение на экране осциллографа и скопируйте его для отчёта.
9. Переведите ключ, соединяющий выход ЦАП с осциллографом, в верхнее по схеме положение и установите частоту тактовых импульсов АЦП 2 кГц. Включите моделирование и выберите такие параметры развёртки, чтобы наблюдать на экране 1…2
периода сигнала. Чтобы исключить полное наложение сигналов,
задайте одному из них небольшое смещение вниз. Скопируйте
изображение экрана осциллографа для отчёта.
10. Установите опорное напряжение ЦАП равным 12 В. Запустите моделирование, получите изображение экрана осциллографа и скопируйте для отчёта.
6
51
6
V1
10 V
U1
VDAC8
D0
D1D2D3D4D5
D6
D7
Output
Vref+
Vref-
U4
ADC
Vin
Vref+
Vref-
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
SOC EOC
XFG1
XSC1
A
B
Ext Trig
+
+
_
_+_
U2
500 Hz
J1
Key = 1
R1
1kΩ
C1
100pF
11. Загрузите схему АЦП_ЦАП_2 (см. рис. 9).
12. Для номера своего варианта N установите следующие параметры функционального генератора: форма сигнала – синусоидальная,
частота – (20 + 3N) Гц, амплитуда V = (1 + 0,2 N), смещение – 0.
13. Установите параметры тактовых импульсов: частота –
500 Гц, коэффициент заполнения – 5 %.
14. Установите ключ, соединяющий выход ЦАП с осциллографом, в верхнее по схеме положение. Включите моделирование и
выберите такие параметры развёртки, чтобы наблюдать на экране
1…2 периода сигнала. Скопируйте изображение экрана осциллографа для отчёта.
15. В момент достижения сигналом амплитудного значения измерьте его величину, а также уровень напряжения на выходе ЦАП.
16. Установите ключ, соединяющий выход ЦАП с осциллографом, в нижнее по схеме положение. Убедитесь, что ёмкость
конденсатора фильтра С1 = 100 пФ. Включите моделирование и
скопируйте изображение экрана осциллографа для отчёта.
17. Установите ёмкость конденсатора фильтра С1 = 2,2 мкФ.
Ключ вниз. Включите моделирование и скопируйте изображение
экрана осциллографа для отчёта.
18. Установите ключ, соединяющий выход ЦАП с осциллографом, в верхнее по схеме положение. Установите частоту тактовых
импульсов 4 кГц. Включите моделирование, получите на экране
осциллографа изображение сигнала и скопируйте его для отчёта.
Рис. 9. Схема последовательной обработки сигнала биполярными АЦП
52
и ЦАП.
19. Установите ключ, соединяющий выход ЦАП с осциллографом, в нижнее по схеме положение. Включите моделирование,
получите на экране осциллографа изображение сигнала и скопируйте его для отчёта.
Содержание отчета по работе:
1. Название и цель работы.
2. Названия и принципиальные схемы всех исследованных
устройств.
3. Результаты исследования в табличной форме либо в виде
диаграмм.
4. Все необходимые временные диаграммы и осциллограммы
работы исследованных устройств.
5. Краткие выводы.
Контрольные вопросы и задания:
1. Для чего нужен ЦАП?
2. Какие разновидности ЦАП вы знаете?
3. Перечислите основные характеристики ЦАП.
4. Как изменится величина единицы младшего разряда ЦАП,
если перевести его из униполярного в биполярный режим работы и
одновременно вдвое уменьшить величину опорного напряжения?
5. С какой целью на выходе ЦАП используется фильтр нижних частот?
6. Что такое АЦП?
7. Сформулируйте теорему Котельникова (теорему отсчётов).
8. Что такое частота Найквиста?
9. Какие разновидности АЦП вы знаете?
10. Для чего входной сигнал АЦП подвергается предварительной фильтрации?
6
Методические указания к выполнению работ № 7 и № 8
с использованием стенда ОАВТ
Стенд ОАВТ (Основы автоматики и вычислительной техники)
предназначен для исследования работы реальных цифровых схем
транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Включение Стенда
53
6
производится тумблером, расположенным на боковой панели, и
индицируется расположенным рядом с ним светодиодом. В верхней части передней панели Стенда установлен разъём Х1, предназначенный для подключения сменных плат с исследуемыми
устройствами. Напряжение питания плат составляет 5 В, поэтому
прикосновение к токоведущим частям исследуемых устройств
не представляет опасности для человека, а смена плат не требует
обязательного отключения питания.
Для ввода информации и задания режима работы исследуемых устройств на передней панели Стенда установлены тумблеры SA1…SA5 и кнопки SB1…SB3. Положение тумблера «вверх»
задаёт на соответствующем входе уровень логической «1», а положение «вниз» – уровень «0». Для кнопок SB2 и SB3 ненажатое
состояние задает уровень «1», а нажатое – уровень «0». Кнопка
SB1 снабжена схемой защиты от дребезга контактов. С её помощью формируются одиночные прямоугольные импульсы с крутыми фронтами, поэтому в дальнейшем этот блок обозначается
на схемах как формирователь одиночных импульсов F. Ненажатое
состояние кнопки SB1 обеспечивает уровень логического «0», а
нажатое – уровень «1». Соответственно в момент нажатия кнопки
SB1 формируется фронт, а в момент отпускания – срез импульса
(это важно для схем с динамическим управлением).
Для индикации логических уровней сигналов используется
дисплей из 9 светодиодов HL1…HL9 (при уровне «1» светодиод
светится, а при уровне «0» – нет). Кроме того, на передней панели находится семисегментный индикатор HG1, схема управления
которым (преобразователь двоичного кода в код семисегментного
индикатора) смонтирована внутри Стенда. Схема предназначена
для преобразования поступающего на её входы четырёхразрядного двоичного кода в гексагональный, и позволяет индицировать
шестнадцатеричные символы от 0 до F включительно.
При подготовке к выполнению и защите лабораторных работ
наиболее рационально пользоваться книгой [2], указанной в списке рекомендуемой литературы.
54
Лабораторная работа № 7
Исследование работы
арифметико-логического устройства
Цель работы: для конкретного набора данных К и В (по ука-
занию преподавателя) проверить выполнение всех операций АЛУ
типа К155ИП3.
Оборудование: стенд ОАВТ, плата П6, технологическая карта V.1.
Описание платы П6 стенда ОАВТ:
В этом задании используются расположенные на плате П6 следующие ИМС: дешифратор К155ИД4 (D1), параллельные регистры К155КТМ5 (D5, D6, D7), двоичный реверсивный счётчик с
предустановкой К155ИЕ7 (D10), арифметико-логическое устройство К155ИП3 (D9).
Микросхема К155ИП3 – четырёхразрядное
АЛУ. В зависимости от сигнала на входе М
оно может работать в двух режимах, выполняя либо 16 логических («1» на входе М),
либо 16 арифметических операций («0» на
входе М).
На входы К1…К4 подается четырёхразрядное слово К (код операнда К), а на входы
В1…В4 аналогичное слово – операнд В.
Результат выполнения логических преоб-
разований или арифметических действий,
определяемый видом и кодом операции, поступает в виде четырёхразрядного слова на выходы F1… F4.
АЛУ имеет 4 входа выбора кода операций S0…S3, с помощью
которых можно выбрать любую из 16 выполняемых устройством
логических или арифметических функций, а, учитывая режим на
входе М – 32 функции.
В МС имеется вход Р
выход признака равенства данных А=В. На этом выходе (с открытым коллектором) будет сигнал «1», если выходы всех разрядов
и выход Р сигналов переноса, а также
0
7
55
7
находятся в состоянии «1». Естественно, что состояние этих входов и выходов следует учитывать только при работе АЛУ в арифметическом режиме.
Схема исследования АЛУ (плата VI, карта VI-1) содержит следующие блоки (см. рис. 1):
1. Блок ввода данных, предназначенный для ввода кодов операндов К и В и кода S операций, осуществляемых АЛУ. Блок состоит из кнопки SВ1, формирователя одиночных импульсов F и
счётчика D10, который также может играть роль регистра-аккумулятора. Для ввода данных (любого четырёхразрядного числа)
нажимают необходимое число раз на кнопку SB1. Двоичный код
набранного числа с выходов D10 поступает в общую шину данных, которая подключена к информационным входам всех оперативных регистров, а также к блоку индикации (входам D3).
Рис. 1. Принципиальная схема макета АЛУ
2. Блок собственно АЛУ. Коды операндов К и В, а также код S
выполняемой операции подаются от соответствующих регистров
(D5, D6, D7), управляющий сигнал вида операции (логические
или арифметические операции) поступает на вход М от тумблера
SA4, сигнал переноса Р
тодиод HL6) выводится сигнал переноса Р в старший разряд (переполнение разрядной сетки), который следует учитывать только
в арифметическом режиме работы (в логическом режиме такое
понятие отсутствует).
56
– от тумблера SA5. На индикацию (све-
0
Результат операции, выполненный АЛУ, записывается в регистр-аккумулятор (D10), совмещённый со счётчиком блока ввода данных. Для перевода D10 в режим аккумулятора на вход V
микросхемы D10 подают логический «0». Этому режиму соответствует свечение светодиода HL5.
3. Блок оперативных регистров: RG(D5) – К, RG(D6) – В,
R6(D7) – S, в которые может быть записана информация с общей
шины. Для записи этой информации на вход синхронизации С соответствующего регистра подается управляющий сигнал с уровнем «1». Контроль поступления этих сигналов осуществляется
светодиодами HL1…HL3.
4. Дешифратор кода команд на МС К155ИД4 (D1). Для управления дешифратором служат тумблеры SA1, SA2, SA3 и кнопка
SB3. В зависимости от набранного переключателями SA1…SA3
кода при нажатии кнопки SB3 на одном из пяти используемых
выходов дешифратора D1 появится сигнал с уровнем «0». Сигналы с выходов 0, 1, 2, 4, проинвертированные МС D3 (не показана на карте), поступают на соответствующие входы С регистров
D5…D7 и вход R счётчика D10 (уровнем «1»). Коды всех команд
и соответствующая им индикация приведены ниже (табл. 1).
Таблица1
Команды управления дешифратором
7
Команда
1. Запись
информации с
общей шины в
регистр операнда К
2. Запись
информации с
общей шины в
регистр операнда В
3. Запись
информации с
общей шины
в регистр кода
операций АЛУ
Код команды Такт
SA3 SA2 SA1 SB3
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 1 0
Управляемое
устройство
D5
вход С
D6
вход С
D7
вход С
Свето-
диод
HL1
HL2
HL3
57
7
4. Обнуление
счётчика блока
ввода информации
5. Установка
режима
«параллельная
запись» в регистраккумулятор
(счётчик блока
ввода информации)
6. Запрет на
передачу команд
1 0 0 0
1 0 1 0
Х Х Х 1
D10
вход R
D10
вход V
HL4
HL5
Индикаторы
не све-
тятся
Таким образом, при работе со стендом необходимо выполнять
следующую последовательность операций:
1. Ввести код операции, нажимая кнопку SB1 необходимое
число раз.
2. Набрать переключателями SA3, SA2, SA1 адрес 010, соот-
ветствующий регистру кода операции.
3. Нажав кнопку SВ3, переписать введенный код операции в
регистр D7.
4. Ввести операнд К (от 0 до F) с помощью кнопки SB 1.
5. Набрать адрес регистра операнда К (SA3, SA2, SA1 = 000)
и, нажав на кнопку SB3, переписать введенное значение операнда
К в регистр D5.
6. Ввести операнд В (от 0 до F) с помощью кнопки SВ1.
7. Набрать адрес регистра операнда В (SA3, SA2, SA1 = 001)
и, нажав кнопку SВ3, переписать введённое значение операнда В
в регистр D6.
8. Набрать адрес регистра-аккумулятора (SA3, SA2, SA1 = 101)
и, нажав на кнопку SB3, переписать результат F выполнения заданной операции (определяемой состоянием входов S, M и P
) над вве-
0
дёнными операндами К и В с выхода АЛУ в регистр-аккумулятор
D10. Результат операции считывается в виде шестнадцатиричного
кода с индикатора НG1 и сигнала переноса в старший разряд (только при выполнении арифметических операций) с индикатора HL6.
58
9. Если полученный результат является промежуточным и
его необходимо использовать в дальнейшем в качестве одного из
операндов, то с выхода регистра-аккумулятора его переписывают или в регистр D5, или в регистр D6, повторяя соответственно
операции 5 или 7.
Ход работы:
С помощью стенда ОАВТ, платы П6 и карты VI-1 заполнить
для вашего варианта данных К и В таблицу выполняемых операций АЛУ К155ИП3. Имейте в виду, что результаты арифметических операций представлены в дополнительном коде. В таблице
использованы следующие обозначения операций:
˅
– логическое сложение;
⁎
– логическое умножение;
(+)
– сложение по модулю 2;
+
– арифметическое сложение;
– – арифметическое вычитание;
F=K+K
– сдвиг влево на один разряд.
Вид таблицы приведён ниже (табл. 2).
Таблица2
Операции АЛУ К155ИП3
7
Код операции S
S = (S3 S2 S1 S0)
Операнд К :
(К3 К2 К1 К0)
Операнд В :
(В3 В2 В1 В0)
3 2 1 0 «16» 3 2 1 0 «16» 3 2 1 0 «16»
S= 0 0 0 0 0 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B=
Логическая операция
(М = «1»)
Сигнал на выходе F
F3 F2 F1 F0 F Po P F3 F2 F1 F0 F
K
F=
Арифметико-логическая
операция (М = «0»)
Сигнал
на
Сигнал на выходах Р, F
входе
Po
K+P
0
0
59
7
S= 0 0 0 1 1 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= 1
B= 0
S= 0 0 1 0 2 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B=
S= 0 0 1 1 3 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B=
S= 0 1 0 0 4 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B= 0
S= 0 1 0 1 5 Po P F3 F2 F1 F0 F
F=
F=
K˅B
K ⁎B
0
0
0
K⁎B
B
K˅B+P
K˅ B +P
K+K⁎ B +P
K˅B+K⁎ B +P
−1 + P
0
0
0
0
0
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B=
S= 0 1 1 0 6 Po P F3 F2 F1 F0 F
K= F3 F2 F1 F0 F 1
B=
S= 0 1 1 1 7 Po P F3 F2 F1 F0 F
F=
K(+)B
F=
K⁎ B
0
K−B−1+P
0
K⁎ B −1+P
60
0
0
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]