Digital_devices
.pdf7.Після перевірки тригерів зібрати синтезовану схему автомата.
8.Подачею поодиноких імпульсів перевірити відповідність роботи автомата заданому алгоритму.
Контрольні питання.
1. Типи тригерів. Описання їх роботи за допомогою таблиці станів (1– с.
236–243; 2– с. 143–162; 3– с. 157–169; 4–162–195).
2. Таблиця станів (переходів) автомата (1– с. 380–385; 2– с. 201–212; 3– с.
179–183; 4–199–236; 6–233–261).
3. Синхронні та асинхронні лічильники (1– с. 231–245; 4– с. 170–172).
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
Дослідження арифметичних цифрових схем
Мета роботи
Оволодіння навичками розробки електричної принципової схеми цифрового пристрою з використанням арифметико-логічного пристрою (АЛП) та елементів пам’яті (регістрів), його збирання і ладнання.
Постановка задачі
Реалізувати у вигляді працюючого макету ЦП з заданими технічними характеристиками, використавши запропоновані мікросхеми регістра, АЛП та комбінаційної логіки.
Провести ладнання макету та підтвердити правильність його функціонування.
Порядок виконання роботи
1.Вивчити сигнали вибору функцій АЛП та керування режимами роботи заданого регістра.
2.Побудувати функціональну схему ЦП.
31
3.Розробити принципову схему ЦП (тип мікросхем задається)
4.Зібрати макет ЦП і здійснити його ладнання.
5.Використовуючи генератор імпульсів (див. розділ 2), підтвердити правильність функціонування ЦП, спостерігаючи сигнали на виходах регістра, що входить до його складу (для здійснення цих операцій слід використати світлодіоди, розміщені на монтажному полі, див. рис. 2).
Варіанти завдань
Реалізувати ЦП – арифметичний пристрій, який виконує алгоритм роботи заданий варіантом завдання (див. табл. 9).
Таблиця 9. Варіанти завдань на виконання лабораторної роботи № 4
№ |
Алгоритм роботи цифрового пристрою |
|
варіанту |
||
|
||
1 |
Накопичувальний суматор |
|
2 |
Накопичувальний віднімач |
|
3 |
Перетворювач прямого коду зі знаком в доповнюючий |
|
4 |
Перетворювач прямого коду без знаку в доповнюючий |
|
5 |
Перетворювач прямого коду зі знаком в зворотній код |
|
6 |
Пристрій прискореного множення на 2 розряди одночасно |
Підготовча частина роботи.
Розробити функціональну (логічну) схему арифметичного пристрою. Ознайомитись з довідковими даними заданих мікросхем і розробити
електричну принципову схему ЦП.
Теоретична підготовка.
Накопичувальний суматор – цифровий пристрій на виходах якого формується сума послідовності багаторозрядних двійкових чисел, які подаються на його входи одне за одним.
Для накопичування результату операції використовується універсальний регістр - мікросхема К155ИР1 (див. рис. 12).
32
Рис. 12. Універсальний регістр (мікросхема К155ИР1)
1 - інформаційний вхід V1; 2 - вхід першого розряду D1; 3 - вхід другого розряду D2; 4 - вхід третього розряду D3; 5 - вхід четвертого розряду D4; 6 - вхід вибору режиму V2; 7 - загальний; 8 - вхід синхронізації C2;
9 - вхід синхронізації C1; 10 - вихід четвертого розряду; 11 - вихід третього розряду; 12 - вихід другого розряду; 13 - вихід першого розряду; 14 - напруга живлення;
Накопичувальний віднімач – цифровий пристрій, на виходах якого формується різниця послідовності багаторозрядних двійкових чисел, які подаються на його входи одне за одним. Перетворення прямого коду в зворотній код здійснюється інверсією всіх розрядів, крім знакового, якщо число від’ємне і число залишається при перетворенні без зміни, якщо число додатне. Перетворення прямого коду в доповнювальний код здійснюється інверсією всіх розрядів, крім знакового, якщо число від’ємне і додавання одиниці молодшого розряду. Додатне число при перетворенні не змінюється. Старший розряд двійкового числа може виконувати роль знаку: 0 – число додатне або 1 – число від’ємне.
33
АЛП – комбінаційний пристрій, що дозволяє реалізувати різні логічні та арифметичні функції F, аргументами яких є двійкові числа А і В.
В даній роботі використовується мікросхема К155ИП3 (див. рис.13).
Рис. 13. Мікросхема К155ИП3
1 – інформаційний вхід молодшого розряду B0;
2 - інформаційний вхід молодшого розряду A0; 3,4,5,6 - входи "вибір функції"; 7 - вхід "перенос" CD;
8 - вхід "режим роботи" (M); 9 - вихід " утворення функції" (F0); 10,11 - вихід " утворення функції" (F1, F2); 12 - загальний;
13 - вихід " утворення функції" (F3); 14 - вихід "порівняння" (K);
15- вихід "розповсюдження переносу" (P);
16- вихід "перенос" (C4); 17 - вихід "утворення переносу" (G); 18,19 – інформаційні входи старшого розряду (B3,A3);
22,23 - інформаційні входи (B1,A1); 24 - напруга живлення;
34
Тип функції (логічна чи арифметична) задається значенням сигналу М (1 – логічна, 0 – арифметико-логічна), а вигляд функції, що реалізується – двійковою комбінацією сигналів S3, S2, S1, S0. Всі можливі комбінації функцій, які реалізує АЛП наведені в табл. 10 (+ - логічна операція АБО, плюс – арифметичне додавання, Å - сума за модулем 2):
Таблиця 10. Комбінації функцій, які реалізує АЛП
Значення вх. Si |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значення входу М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
M=1 (логічна |
|
M=0 (С=1) (арифметична |
|||||||||||||||||||||||||||||
функція) |
|
|
|
функція) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai |
|
|
|
|
|||
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Ai |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai |
+ Bi |
|
|
|
|
||||
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
Ai + Bi |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai |
+ |
Bi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai Bi |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
0 |
0 |
1 |
1 |
Логічний 0 |
|
|
|
Мінус 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai плюс ( Ai |
Bi |
) |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Ai Bi |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Bi |
|
( Ai + |
Bi |
)плюс ( Ai |
|
Bi |
|
) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
0 |
1 |
1 |
0 |
|
Ai Å Bi |
|
Ai мінусBi мінус 1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мінус 1 |
|
|
|
|
||||||||||||
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
Ai |
Bi |
|
|
|
|
Ai |
Bi |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai плюс ( Ai Bi |
) |
|
|
|||||||||||
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
Ai + Bi |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai плюсBi |
|
|
|
|
||||||||
1 |
0 |
0 |
1 |
|
Ai Å Bi |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Bi |
|
( Ai + |
Bi |
) плюс ( Ai |
|
Bi |
) |
|||||||||||||||||
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
Ai Bi |
|
Ai Bi мінус 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
1 |
1 |
0 |
0 |
Логічна 1 |
|
|
|
Ai плюс Ai |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
( Ai + Bi ) плюс Ai |
|
||||||||||||||||||||||||||
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
Ai + |
Bi |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продовження табл. 10 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значення вх. Si |
|
Значення входу М |
||||||
|
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
M=1 (логічна |
M=0 (С=1) (арифметична |
|||
|
функція) |
|
функція) |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ai + Bi |
|
( Ai + |
|
) плюс Ai |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
Bi |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
1 |
1 |
1 |
Ai |
|
Ai мінус 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примітка: + - логічна операція АБО, плюс – арифметичне додавання, Å - сума за модулем 2
Порядок збирання й ладнання ЦП
1.Встановити задані мікросхеми в панелі базового шасі.
2.Підключити виходи регістру до світлодіодів 3, розміщених на монтажному полі.
3.Підключити вхід тактування регістра до виходу генератора тактових імпульсів, який вмонтовано в базове шасі.
4.Подати напругу на базове шасі.
5.Подати на входи паралельного запису даних регістра довільну комбінацію сигналів і подавши імпульс тактування переконатися в правильному запису даних в регістр.
6.Після перевірки регістра приєднати його входи паралельного запису до виходів формування логічної функції АЛП.
7.Перевірити роботу АЛП згідно наведеної вище таблиці, подавши на входи вибору логічної функції задані викладачем комбінації сигналів і перевірити правильність формування вихідної функції для 3-4 наборів вхідних чисел.
8.Після перевірки роботи регістра і АЛП зібрати синтезовану схему арифметичного пристрою.
36
9. Подачею поодиноких імпульсів перевірити відповідність роботи арифметичного пристрою заданому алгоритму.
Контрольні питання
(4– с. 157-162, 243-244).
1.Побудова накопичувального суматора з використанням АЛП.
2.Реалізація схеми одночасного множення на кілька розрядів.
3.Використання виходів P і G АЛП.
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1.Точчи Р.Дж., Уидмер Н.С. Цифровые системы.Теория и практика: Пер. с англ. – М. : Издательский дом "Вильямс", 2004. – 1024 с.
2.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Учебное пособие для вузов.– 2-е изд. : БХВ-Петербург, 2004. – 800 с.
3.Уилкинсон Б. Основы проектирования цифровых схем. : Пер. с англ. – М.: Издательский дом "Вильямс", 2004. – 320 с.
4.Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационноизмерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986.–280 с.
5.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 2 томах. Пер. с англ.
– М.: Мир, 1983. – Т.1. 598 с.
6.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных мікросхемах:Справочник– М.:Радио и связь,1990.–304 с.
7.Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 2. - М.: РадиоСофт, 1998. – 640 с.
8.Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник. "НТЦ Микротех", 1998.- 376 с.
37
Додаток 1
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"
Радіотехнічний факультет.
Кафедра радіоприймання та оброблення сигналів.
ЗВ І Т
звиконання лабораторної роботи №_____
(н а з в а л а б о р а т о р н о ї р о б о т и)
по дисципліні ___________________________________________________
Роботу виконали студенти ____курсу, групи _______
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
Київ – 200___
38
Додаток 1
1.Назва лабораторної роботи
2.Мета лабораторної роботи
3.Завдання на лабораторну роботу
Навести дані завдання на лабораторну роботу, тип наданих мікросхем.
4.Синтез функціональної схеми цифрового пристрою
Навести (та пояснити) всі етапи синтезу цифрового пристрою.
5.Схема електрична принципова цифрового пристрою
Навести електричну принципову схему цифрового пристрою, побудовану на наданих мікросхемах.
6. Часові діаграми роботи цифрового пристрою
Навести часові діаграми роботи цифрового пристрою в лабораторній роботі № 3.
7. Результати ладнання та випробування зібраного макету. Висновки
Навести особливості виконання окремих етапів роботи (помилки, несправності, що виникли, та методи їх усунення; т.п.)
Навести таблицю перевірки працездатності цифрового пристрою, в якій відобразити відповідність сигналів на його входах і виходах.
39
НЕОБХІДНІ ДОВІДКОВІ ДАНІ З МІКРОСХЕМ
MX
MX
ТГ
}&
}&