Digital_devices
.pdfчну функцію роботи ЦП не в аналітичному вигляді (як у попередньому прикладі), а безпосередньо у вигляді таблиці істинності (див. табл. 5).
Таблиця 5. Таблиця істинності логічної функції F
|
|
Двійкова форма числа |
|
|
|
||
Десяткова |
Група аргу- |
Групи аргументів, з |
Значення |
Інформаційні |
|||
форма |
ментів, що |
яких формуються ло- |
функції |
||||
числа |
подається на |
гічні функції для по- |
F |
входи |
|||
дачі на інформаційні |
|
||||||
|
|
|
|||||
|
адресні входи |
входи |
|
|
|
||
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
D0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||
3 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
D1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||
7 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
D2 |
10 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||
11 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
12 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
13 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
D3 |
14 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||
15 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
Таким чином, процес синтезу ЦП на базі мікросхеми мультиплексора зводиться до виконання наступних операцій.
1.Побудувати таблицю істинності заданої логічної функції.
2.Виділити в таблиці істинності сигнали-аргументи, які передбачається подати на адресні входи мультиплексора.
3.Виділити в таблиці істинності групи аргументів, які відповідають інформаційним входам мультиплексора.
21
4.Здійснити синтез логічної функції для кожного інформаційного входу мультиплексора.
5.Побудувати принципову схему ЦП,
Порядок збирання и ладнання ЦП
Перед монтажем пристрою необхідно перевірити правильність функціонування мікросхеми мультиплексора (ММ) і ЛЕ інших наданих мікросхем, на базі яких передбачається виконати комбінаційну схему ЦП. Як і в попередній роботі, для цієї перевірки використовуються світлодіоди 3, розташовані на монтажному полі (див.рис. 2, поз. 3) і перемикачі задавання логічних рівнів, розташовані на набірному полі (див. рис. 4).
ЛЕ перевіряються так само, як це робилось при виконанні лабораторної роботи № 1.
Перевірку ММ здійснюємо наступним чином: вихід ММ підключаємо до світлодіода;
входи ММ ("адрес" і "дані") підключаємо до клемної групи 6 перемикачів задавання логічних рівнів;
за допомогою вказаних перемикачів послідовно задаємо "адресні комбінації", а на входах даних задаємо логічні значення "0" або "1", фіксуючи, при цьому значення на виході ММ.
Якщо при контролі виявлено помилки в роботі ММ, останню замінити.
Контрольні питання
1. Призначення та принцип дії мультиплексора (1– с. 606–607; 2– с. 88– 91; 3– с. 141–142).
2. Побудова ЦП на базі мультиплексорів (3– с. 144-145).
22
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
Дослідження цифрових послідовністних схем
(автомати з пам'яттю)
Мета роботи
Оволодіння навичками розробки електричної принципової схеми цифрового автомата з пам’яттю (лічильника імпульсів - синхронного з паралельним перенесенням); його збирання і ладнання.
Постановка задачі
Реалізувати у вигляді працюючого макету ЦП з заданими технічними характеристиками, використавши запропоновані мікросхеми тригерів та комбінаційної логіки. Провести ладнання макету та підтвердити правильність його функціонування.
Порядок виконання роботи
1.Розробити алгоритм функціонування заданого ЦП.
2.Розробити таблицю переходів заданого ЦП.
2.Побудувати карту Карно для сигналів на входах кожного тригера.
3.Отримати мінімізовані функції для сигналів на входах тригерів.
4.Побудувати функціональну схему ЦП.
5.Розробити принципову схему ЦП (тип мікросхем задається)
6.Зібрати макет ЦП і здійснити його ладнання.
7.Використовуючи генератор імпульсів (див. розділ 2), підтвердити правильність функціонування ЦП, фіксуючи сигнали на виходах тригерів, що входять до його складу (для здійснення цих операцій слід використати світлодіоди, розміщені на монтажному полі, див. рис. 2).
Варіанти завдань
Реалізувати ЦП – автомат синхронний з паралельним переносом, який
23
виконує заданий варіантом завдання алгоритм роботи (див. табл. 6).
Таблиця 6. Варіанти завдань на виконання лабораторної роботи № 3
№ варіанту |
Порядок роботи автомата |
1 |
1 → 5 |
2 |
0 → 5 |
3 |
5 → 1 |
4 |
5 → 0 |
5 |
1 → 6 |
6 |
0 → 6 |
7 |
6 → 1 |
Підготовча частина роботи
Визначити кількість тригерів, необхідних для реалізації заданого коефіцієнту лічби.
Зважаючи на заданий тип тригера (визначається типом відповідної заданої мікросхеми) записати таблицю його переходів.
Побудувати таблицю переходів (станів) кожного тригера, що входить до складу пристрою, що проектується.
Побудувати карти Карно для сигналів на входах кожного тригера. Отримати мінімізовані функції для сигналів на входах кожного тригера. Привести отримані логічні функції до заданого базису (визначається за-
даним типом мікросхеми комбінаційної логіки). Розробити функціональну (логічну) схему автомату.
Ознайомитись з довідковими даними заданих мікросхем і розробити електричну принципову схему ЦП.
Побудувати часові діаграми на входах-виходах тригерів.
Теоретична підготовка
Розглянемо ключові моменти, пов’язані з функціонуванням тригерів та проектуванням цифрових автоматів на їх основі. При цьому зупинимося
24
лише на розгляді JK- тригерів. Проектування цифрових автоматів на основі тригерів інших типів відрізняється від розглянутого лише правилами побудови таблиці істинності, яка спирається на таблицю збудження тригера і не може викликати помітних утруднень в разі засвоєння наведеного матеріалу.
Тригер – пристрій, що має два сталих стани виходу – "0" або "1". Керування станами JK-тригера (див. рис. 8) здійснюється сигналами "J" та "K", а перемикання відбувається в момент перепаду рівня
на тактовому вході "С". Рис. 8. JK-тригер Сигнал "J" можна інтерпретувати як сигнал "Установлення", тобто при
подаванні на вхід "J" сигналу логічної "1" на виході тригера встановиться сигнал логічної "1". Сигнал "K" можна інтерпретувати як сигнал "Скидання", тобто при подаванні на вхід "K" сигналу логічної "1" на виході тригера встановиться сигнал логічного "0".
Роботу тригера можна описувати за допомогою таблиці переходів (див. табл. 7).
Таблиця 7. Таблиця переходів JK-тригера
J |
K |
Qt |
Qt+1 |
0 |
х |
0 |
0 |
1 |
х |
0 |
1 |
х |
0 |
1 |
1 |
х |
1 |
1 |
0 |
Відмітимо, що Qt - стан виходу тригера до подачі тактового імпульсу, а
Qt+1 - стан виходу тригера після подачі тактового імпульсу; знак "х" озна-
чає, що за будь-яких умов, тобто незалежно від сигналу ("0" чи "1") який
25
подається на даний вхід тригера, стан виходу залишається таким, як вказано в таблиці.
Роботу тригера можна відобразити за допомогою часових діаграм, на яких, за звичай, наводяться тактові імпульси, сигнали на управляючих входах, та виходах тригера. Приклад такої діаграми для JK-тригера наведено на рис. 9. При цьому, передбачено, що тригер спрацьовує від фронту тактового імпульсу.
Рис. 9. Часові діаграми, що відображають роботу JK-тригера
Порядок побудови часової діаграми:
-розміщуємо тактові імпульси;
-розміщуємо (відповідно до розміщених тактових імпульсів) управляючі сигнали J і K;
-відповідно до значень управляючих сигналів в момент подачі тактового імпульсу (точніше в момент приходу фронту тактового імпульсу), нано-
26
симо на діаграму зміни стану виходу тригера, згідно таблиці переходів. Розглянемо послідовність синтезу синхронного цифрового автомату з
паралельним переносом на JK-тригерах на прикладі лічильника прямого лічіння від 0 до 2.
1. Розраховуємо необхідну кількість тригерів N: N ³ log2 m , де m – мо-
жлива кількість станів автомата ( m = 3 ). Маємо: N ³ log2 3; N = 2. 2. Будуємо алгоритм функціонування цифрового автомату:
00 |
01 |
10 |
0 |
1 |
2 |
При побудові такого алгоритму, за звичай, приймається:
-стан автомата відображається у вигляді кола, всередині якого вказується номер стану автомату,
-над колом вказується стан тригерів, що відповідає тому, чи іншому стану автомата,
стрілками, що зєднують кола, вказується напрям перемикання (переходу автомата з одного стану до іншого).
3.Згідно алгоритму функціонування автомату заповнюємо таблицю переходів тригерів, що входять до його складу (див. табл. 8).
Таблиця 8. Таблиця переходів JK-тригерів автомата
J1 |
K1 |
J 0 |
K0 |
Q1 |
Q0 |
0 |
х |
1 |
х |
0 |
0 |
1 |
х |
х |
1 |
0 |
1 |
х |
1 |
0 |
х |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
27
Відмітимо правила заповнення цієї таблиці:
-на основі алгоритму функціонування автомата у відповідні стовпці заносяться стани виходів тригерів;
-згідно таблиці переходів тригера до відповідних стовпців заносяться значення управляючих сигналів для кожного тригера окремо.
4. Наступним етапом необхідно сформувати управляючі логічні функції для входів кожного тригера. При цьому вихідні сигнали тригерів використовуються як вхідні аргументи. Цей етап синтезу здійснюємо з використанням карт Карно:
Відмітимо, що частина кліток в картах Карно може виявитися не заповненими. Це відбувається за умови коли кількість тригерів ( N ) і кількість станів автомата, відповідно з алгоритмом його роботи, не співпадають і свідчить про те, що значення відповідних аргументів не впливають на характер роботи автомата. Таким аргументам може бути присвоєне значення логічної "1" або логічного "0" і, за звичай, вони позначаються знаком "х", аналогічно тому, як це зроблено в таблиці станів тригера.
Таким чином, з карт Карно отримуємо синтезовані вхідні сигнали (функції) тригерів J 0 = Q1; K0 = 1; J1 = Q0 ; K1 = 1.
28
5. Для перевірки правильності проведеного синтезу необхідно побудувати часові діаграми функціонування автомата.
Побудова діаграми функціонування автомата зводиться до виконання наступних етапів
1)будуємо діаграму тактових імпульсів;
2)згідно алгоритму функціонування автомата будуємо діаграму сигналів на виходах тригерів;
3)відповідно вихідним сигналам будуємо діаграми синтезованих сигналів на входах тригерів;
4)по таблиці переходів тригерів перевіряємо правильність функціонування останніх.
На рис. 10 наведені часові діаграми функціонування синтезованого автомата.
Рис. 10. Часові діаграми функціонування синтезованого автомата
29
5. За результатами синтезу будуємо функціональну схему автомата
(див. рис. 11)
Рис. 11. Функціональна схема синтезованого автомата
Порядок збирання и ладнання ЦП
1.Встановити задані мікросхеми в панелі базового шасі.
2.Підключити виходи тригерів до світлодіодів 3, розміщених на монтажному полі.
3.З'єднати між собою тактові входи тригерів і підключити їх до виходу генератора тактових імпульсів, який вмонтовано в базове шасі.
4.Подати напругу на базове шасі. Подати на входи J і K сигнали, що відповідають логічній "1" (для спрощення процесу ладнання, зазначимо, що для ТТЛ-схем серій 155, 555 це рівнозначно режиму холостого ходу на відповідних виводах мікросхеми) і при подачі тактових імпульсів згідно таблиці переходів перевірити правильність переключення тригерів (перевірити "прямі" та "інверсні" виходи тригерів).
5.Послідовною фіксацією логічного "0" на входах J перевірити чи запам'ятовується (встановлюється) сигнал логічного "0" на виходах тригерів.
6.Послідовною фіксацією логічного "0" на входах K перевірити чи запам'ятовується (встановлюється) сигнал логічної "1" на виходах тригерів.
30