МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Запорізький національний технічний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

«Прикладна теорія цифрових автоматів»

для студентів спеціальності 8.091501 «Комп’ютерні системи та мережі» та 7.091503 «Спеціалізовані комп’ютерні системи»

усіх форм навчання.

2009

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Прикладна теорія цифрових автоматів» для студентів спеціальності 8.091501 «Комп’ютерні системи та мережі» та 7.091503 «Спеціалізовані комп’ютерні системи» усіх форм навчання.

Укладачі:

Рецензент:

Відповідальний за випуск:

Затверджено на

засіданні кафедри «КС і М»

Протокол №

від 2009р.

ЗМІСТ

ВСТУП 5

1ЛАБОРОТОРНА РОБОТА №1 6

АНАЛІЗ І СИНТЕЗ КОМБІНАЦІЙНИХ СХЕМ 6

1.1 Основні положення 6

1.2 Варіанти індивідуальних завдань 7

1.3 Загальні зауваження до виконання індивідуальних завдань 8

1.4 Порядок виконання роботи 8

1.5 Зміст звіту 9

1.6 Література 9

2 ЛАБОРОТОРНА РОБОТА №2 11

КОМБІНАЦІЙНІ СХЕМИ 11

2.1 Варіанти індивідуальних завдань 11

Рисунок 2.1 − Шифратор 83 з активним значенням на входах х0…х7 у вигляді «0» (а) і таблиця істинності (ТІ) його роботи (б). 11

Рисунок 2.2 − Пріоритетний шифратор 83 з активним значенням у вигляді «1» на входах а0…а7 і груповим сигналом GS (а); ТІ його роботи (б). 13

Рисунок 2.3 − Дешифратор 38 з активним значенням на виходах х0…х7 у вигляді «1» (а) і таблиця істинності (ТІ) його роботи (б). Позначення дешифратора DC від англійського слова decoder. 14

Рисунок 2.5 – ПОС із послідовним переносом переповнення 16

2.2 Порядок виконання роботи 25

2.3 Зміст звіту 26

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 27

РЕГІСТРИ Й ЛІЧИЛЬНИКИ НА ОСНОВІ ТРИГЕРІВ. АНАЛІЗ І СИНТЕЗ 27

3.1 Регістри. Основнi положення 27

3.2 Лічильники. Основні положення 30

3.3 Індивідуальні завдання. Дослідження готових ІМС регістрів і лічильників в інтегральному виконанні 40

3.4 Порядок виконання роботи 43

3.5 Зміст звіту 43

3.5 Література 44

4 ЛАБОРОТОРНА РОБОТА №4 46

АНАЛІЗ І СИНТЕЗ МОДЕЛЕЙ ЦИФРОВИХ АВТОМАТІВ 46

4.1 Основні положення 46

4.2 Приклад синтеза ЦА із «жорсткою» логікою управління 56

4.3 Варіанти індивідуальних завдань (ІЗ) 61

4.4 Зміст звіту 62

ВСТУП

1Лабороторна робота №1 аналіз і синтез комбінаційних схем

Метою лабораторної роботи №1 є освоєння основних етапів синтезу й створення ряду видів комбінаційних схем (КС) у вигляді розробки й моделюванню типових вузлів обчислювальних пристроїв (ОП) з використанням механізму імітаційного моделювання програми Electronics Workbench (EWB).

1.1 Основні положення

Електронні схеми в обчислювальній техніці за принципом функціонування прийнято поділяти на два типи − комбінаційні й послідовністні (цифрові автомати).

Комбінаційноюназивають схему зmвходами йnвиходами, для якої сукупність вихідних сигналів − векторY = у₁…у_nу цей момент часу повністю визначається сукупністю вхідних сигналів − векторомХ = x₁…x_m для цього ж моменту часуt_iі не залежить від вхідних сигналів, що діють у попередні моменти часуt_i-1. Останнє зауваження відрізняє комбінаційну схему від схем з пам'яттю (послідовністних). На основі останніх реалізують цифрові автомати (ЦА), в які також входять і КС.

Задача аналізу КС зводиться до знаходження системи логічних (булевих) функцій (бажано мінімізованих), що визначають логіку роботи схеми.

Синтез є задачею, зворотною аналізові, і полягає в побудові КС за заданими умовами роботи (вони визначають кількість входів, виходів схеми, закон відповідності двійкових наборів змінних на вході/виході − сигналів).

У загальному випадку можна виділити кілька етапів синтезу:

1. Формування логічних умов роботи розглянутої схеми або вузла шляхом складання таблиці істинності (з урахуванням обраного логічного базису) для кожного з виходів комбінаційної схеми.

2. Одержання за таблицею істинності (ТІ) або на підставі використання методів мінімізації мінімальних нормальних форм у диз'юнктивній або кон’юнктивній формі (ДНФ або КНФ).

3. Перетворення мінімальних нормальних форм до виду, що відповідає обраному (або заданому, наприклад варіантом) набору логічних елементів (логічному базису, їхніх комбінацій).

4. Побудова комбінаційної схеми.

Стосовно до лабораторного практикуму перелік доповнений обов'язковим етапом дослідження (моделювання) різних КС «на робочому столі» програми EWB (на предмет перевірки правильності їхнього функціонування) за допомогою:

а) створених на основі варіантів базису (а,б,в) з бібліотеки моделей (БМ) EWB;

б) реальних цифрових інтегральних схем (ІС), що є у БМ EWB.

При виконанні ЛР по синтезу конкретної КС деякі етапи можуть бути опущені або видозмінені. Так, робота функціонального вузла може бути задана вже у формалізованому виді за допомогою системи булевих функцій і/або задана існуючим пристроєм у вигляді конкретної цифрової ІС (шифратором, дешифратором, мультиплексором, демультиплексором, суматором, ∑ mod2, ін.).

1.2 Варіанти індивідуальних завдань

Індивідуальні завдання до лабораторної роботи (ЛР) включають синтез типових КС (що використовуються у схемотехніці ОП) у вигляді стандартних і/або спрощених функціональних вузлів ЦА. Залежно від складності завдання після формулювання завдання даються пояснення, завдяки яким (із урахуванням [1-12]) можливо здійснити його рішення й реалізувати у вигляді схеми.

Вибір логічного базису (мінімальний: АБО-НІ, НІ − стрілка Пірса (а), І-НІ, НІ − штрих Шеффера (б); АБО-НІ, НІ, І-НІ − розширений Буля (в), ін.) для початкової реалізації схеми здійснюється залежно від варіанта (а,б,в) і самостійно (з урахуванням наявних цифрових ІС БМ програми EWB, версія 5.12).

Таблиця 1.1 – Варіанти індивідуальних завдань (Y₁-Y₁₆)

X1 X2	0 0 1 1 0 1 0 1	Позначення	Назва
Y1	0 0 0 0	0	Константа 0
Y2	0 0 0 1	x1 x2	Кон’юнкція (логічне "І")
Y3	0 0 1 0	x1 ← x2	Заперечення імплікації (заборона x2)
Y4	0 0 1 1	x1	Повторення першого аргументу
Y5	0 1 0 0	x2 ← x1	Заперечення оберненої імплікації
Y6	0 1 0 1	x2	Повторення другого аргументу
Y7	0 1 1 0	x1 x2	Сума по модулю 2
Y8	0 1 1 1	x1 + x2	Диз’юнкція
Y9	1 0 0 0	x1 ↓ x2	Стрілка Пірса
Y10	1 0 0 1	x1 ~ x2	Еквіваленція
Y11	1 0 1 0		Заперечення другого аргументу
Y12	1 0 1 1	x2 → x1	Обернена імплікація
Y13	1 1 0 0		Заперечення першого аргументу
Y14	1 1 0 1	x1 → x2	Імплікація
Y15	1 1 1 0	x2 / x1	Штрих Шеффера
Y16	1 1 1 1	1	Константа 1