85

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/Укл. М.П.Проскурін, С.С.Грушко. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. - 86 с.

Укладачі: М.П.Проскурін, доцент, к.т.н.; С.С.Грушко, асистент.

Рецензент: А.К.Тимовський, доцент, к.т.н.

Відповідальний за випуск: С.С.Грушко, асистент

Затверджено на

засіданні кафедри «КС і М»

Протокол № 3

від 9 грудня 2009 р.

ЗМІСТ

ВСТУП 5

1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 6

ВИВИЧЕННЯ СХЕМ БУЛЕВИХ ФУНКЦІЙ ДВОХ ЗМІННИХ 6

1.1 Основні положення 6

1.2 Варіанти індивідуальних завдань 8

1.3 Загальні зауваження до виконання індивідуальних завдань 8

1.4 Порядок виконання роботи 8

1.5 Зміст звіту 9

1.6 Контрольні запитання 9

2 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 10

КОМБІНАЦІЙНІ СХЕМИ 10

2.1 Основні положення 10

2.2 Варіанти індивідуальних завдань 11

2.3 Порядок виконання роботи 25

2.4 Зміст звіту 25

2.5 Контрольні запитання 26

3 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3 27

АНАЛІЗ І СИНТЕЗ ПОСЛІДОВНІСТНИХ СХЕМ. ТРИГЕРИ 27

3.1 Основні положення 27

3.1.1 Елементи пам’яті послідовністних логічних схем 27

3.1.2 Тригери 27

3.1.3 Асинхронні тригери. Тригер типу RS 29

3.1.4 Синхронні тригери, що тактуються імпульсом 32

3.1.5 Синхронний двоступінчастий JK-тригер типу MS 34

3.1.6 Синхронний D-тригер з динамічним керуванням 38

3.1.7 JK-тригер із внутрішньою затримкою й динамічним керуванням 39

3.1.8 Приклад розгляду схем із тригерами, їхнього аналізу й застосування в ЦА 39

3.2 Варіанти індивідуальних завдань 41

3.2.1 Аналіз JK-тригера із внутрішньою затримкою й динамічним керуванням 42

3.2.2 Дослідження тригерних схем, побудованих на базі D- і JK- тригерів 42

3.2.3 Дослідження схеми перетворення синхропослідовності у двофазну послідовність на частоті, рівної 1/2F генератора СІ 42

3.2.4 Схема формування двох послідовностей імпульсів зі зрушенням на чверть періоду відносно один одного 43

3.2.5 Синхронізатор зовнішнього одиночного імпульсу довільної тривалості 44

3.2.6 Синхронізатор зовнішнього одиночного імпульсу з додатковою функцією генерації пачки імпульсів 44

3.3 Порядок виконання роботи й зміст звіту 45

3.4 Контрольні запитання 47

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 48

РЕГІСТРИ Й ЛІЧИЛЬНИКИ НА ОСНОВІ ТРИГЕРІВ. АНАЛІЗ І СИНТЕЗ 48

4.1 Регістри. Основні положення 48

4.2 Лічильники. Основні положення 51

4.3 Індивідуальні завдання. Дослідження готових ІМС регістрів і лічильників в інтегральному виконанні 62

4.4 Порядок виконання роботи 66

4.5 Зміст звіту 66

4.5 Контрольні запитання 66

5 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 68

АНАЛІЗ І СИНТЕЗ МОДЕЛЕЙ ЦИФРОВИХ АВТОМАТІВ 68

5.1 Основні положення 68

5.1.1 Математичні моделі цифрових автоматів 69

5.1.2 Табличний спосіб завдання ЦА 70

5.1.3 Канонічний метод синтезу ЦА 71

5.1.4 Приклад синтезу ЦА канонічним методом 73

5.1.5 Завдання ЦА графом 78

5.2 Приклад синтезу ЦА із «жорсткою» логікою управління 78

5.2.1 Принцип роботи мікропрограмного автомата із жорсткою логікою управління 79

5.2.2 Приклад проектування мікропрограмного автомата із жорсткою логікою управління 81

5.3 Варіанти індивідуальних завдань (ІЗ) 84

5.4 Зміст звіту 85

ЛІТЕРАТУРА 86

ВСТУП

Дисципліна «Прикладна теорія цифрових автоматів» (ПТЦА) є однією з базових в системі знань i вмінь, що формують фахівця-інженера системотехніки (бакалавра, спеціаліста, магістра) за спеціальностями «Спеціалізовані комп’ютерні системи» та «Комп’ютерні системи та мережі».

Метою викладення дисципліни ПТЦА є вивчення методів подання чисел в електронних обчислювальних машинах (ЕОМ), персональних комп’ютерах (ПК), числових пристроях та алгоритмів виконання основних арифметичних і логічних операцій з числами в різних системах числення, а також основ математичної логіки, аналізу і синтезу кінцевих цифрових автоматів (ЦА)  операційних та керуючих. Вивчення дисципліни ПТЦА надає студентам можливість отримати необхідну теоретичну і практичну підготовку для складання (при необхідності) первинної уявної моделі цифрового пристрою у вигляді ЦА з яким він має справу, вміти розробляти i аналізувати алгоритми отримання, кодування (декодування), зберігання і переробки потоків дискретних даних, що несуть інформацію про протікання будь-яких процесів (стан параметрів: авіа чи ракетного двигуна, робота, автоматизованого комплексу, систем обробки зображень, ін.), складати структурні та електричні схеми комбінаційних логічних схем та ЦА з пам’яттю, ефективно розв’язувати практичні задачі ПТЦА з використанням ЕОМ, ПК та відповідного програмного забезпечення (ПЗ).

Виконання студентами лабораторних робіт (ЛР) з курсу ПТЦА дозволяє детально їм ознайомитись з основами схемотехніки ЦА, перевірити та закріпити отримані теоретичні знання і освоїти практичні навики.

Інтенсифікація проведення навчально-практичного процесу, курсів ЛР не можлива без використання сучасних математичних пакетів програм, що дозволяють в реальному масштабі часу робити аналіз и синтез моделей простих ЦА. До доступних програмних продуктів, що можуть бути вільно використані для досягнення поставленої мети, відносяться програмно-моделюючі середовища: Electronics Workbench (EWB версії від 5.0 і вище), Circuit Maker 5 та ін. Для користувача вони відрізняються тим, що мають «дружній» інтерфейс, простоту при використанні інструментів створення (готові схемні елементи NАБО-НІ, NІ-НІ, NАБО, NІ, ін.) та перевірки дії електричних схем проектів (задатчиків, генераторів вхідних та аналізаторів вихідних сигналів), розгалужену кількість віртуальних схем логічних вентилів, досить широку бібліотеку моделей (БМ) схем, які відповідають реально існуючим цифровим інтегральним схемам (ІС) і забезпечують наглядність проектів.