- •2.3. Лабораторный практикум
- •Распределение тем лабораторных занятий по времени
- •2.3.В.1. Ознакомление с системой моделирования matlab
- •2.3.В.2. Общие рекомендации по исследованию характеристик и параметров цепей и устройств в среде ewb
- •2.3.1. Лабораторная работа № 1 Моделирование логических функций
- •1.1. Краткие теоретические сведения
- •1.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.2. Лабораторная работа № 2 Моделирование цифровых триггеров
- •2.1. Краткие теоретические сведения
- •2.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.3. Лабораторная работа № 3 Моделирование регистров
- •3.1. Краткие теоретические сведения
- •3.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.4. Лабораторная работа № 4 Моделирование счетчиков
- •4.1. Краткие теоретические сведения
- •4.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.5. Лабораторная работа № 5 Моделирование комбинационных устройств
- •5.1. Краткие теоретические сведения
- •5.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.6. Лабораторная работа № 6 Моделирование работы арифметико-логического устройства при выполнении операций суммирования и умножения
- •6.1. Краткие теоретические сведения
- •6.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.7. Лабораторная работа № 7 Моделирование работы микропроцессора при выполнении операций умножения двоичных чисел
- •7.1. Краткие теоретические сведения
- •7.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.8. Лабораторная работа № 8 Проектирование и моделирование цифровых устройств
- •8.1. Задание на лабораторную работу
- •12. Расскажите о параметрах и работе цифровых мультиплексоров.
- •3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •3.1. Перечень основной и дополнительной литературы
- •3.1.1. Основная литература:
- •3.1.2. Дополнительная литература:
- •3.2. Методические рекомендации преподавателю
- •3.3. Методические указания студентам по изучению дисциплины
- •3.4. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы
- •3.4.1. Постановка задачи и цель курсовой работы
- •3.4.2. Задание 1. Расчет, анализ и синтез комбинационных схем
- •3.4.2.4. Пример выполнения задания.
- •3.4.3. Задание 2. Расчет, анализ и синтез комбинационных схем
- •3.4.2.3. Методические указания по выполнению задания 2.
- •3.4.4. Правила выполнения и оформления курсовой работы
- •Пример правильного оформления расчета
- •3.5. Учебно-методическая карта дисциплины
- •3.6. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- •3.7. Программное обеспечение использования современных информационно-коммуникативных технологий
- •3.8. Технологическая карта дисциплины Поволжский государственный университет сервиса
2.3.8. Лабораторная работа № 8 Проектирование и моделирование цифровых устройств
Цель работы: изучение и исследование последовательных двоичных счетчиков на основе D-триггеров, проектирование и моделирование устройства формирования импульсов; проектирование и моделирование цифровых устройств с применением счетчиков с произвольным коэффициента пересчета на базе JK-триггеров; проектирование и моделирование цифровых устройств на микросхемах средней интеграции.
8.1. Задание на лабораторную работу
1. Проектирование цифрового устройства (ЦУ) с трехразрядным двоичным счетчиком на база D-триггеров.
Схема ЦУ синхронизации на основе последовательного двоичного счетчик на D-триггерах имеет вид, представленный на рис. П8.1. Устройство содержит трехразрядный двоичный счетчик, дешифраторы импульсов, RS-триггер. В качестве устройств отображения параметров импульсов (временных диаграмм) использован логический анализатор на 8 входов и двулучевой осциллограф. Осциллограф необходим для проверки сигналов на наличие «паразитных» импульсов, так как логический анализатор не может их обнаружить.
Используя органы управления логического анализатора и осциллографа можно измерить параметры сигналов: амплитуду, длительность, период и задержки их относительно друг друга.
|
Рис. П8.1. ЦУ синхронизации на основе последовательного двоичного счетчик на D-триггерах |
Для каждого студента преподавателем выдается временная диаграмма для четырех импульсов Т1, Т2, Т3, Т4. Период для всех четырех импульсов одинаков и равен 8 периодам тактовой частоты генератора (16 временным интервалам). Задания представлены в табл. 8.1 по вариантам.
Каждый из вариантов содержит временные диаграммы четырех выходных импульсов устройства. Временные диаграммы закодированы двоичным 16-разрядным кодом. Наличие единицы в разряде кода соответствует уровню лог. 1 в соответствующем временном интервале, наличие нуля соответствует уровню лог. 0 в соответствующем временном интервале. На рис. П8.2 представлены временные диаграммы для кода 1101100100110000.
|
Рис. П8.2. Временные диаграммы импульсов генератора и выходного импульса с кодом 1101100100110000 |
Для моделирования необходимо использовать схему последовательного трехразрядного двоичного счетчика на базе D-триггеров, а также генератор тактовых импульсов. В качестве устройств отображения использовать логический анализатор и двулучевой осциллограф.
Схему формирования импульсов, состоящую из дешифраторов на ЛЭ и RS-триггеров, а также других ЦУ разрабатывается каждым студентом самостоятельно по заданным временным диаграммам.
Таблица П8.1
№ варианта |
Параметры выходных импульсов |
№ варианта |
Параметры выходных импульсов |
1 |
Т1 – 1000000000000000 Т2 – 0110000000000000 Т3 – 0101000000000000 Т4 – 0111100000000000 |
19 |
Т1 – 0000000011111111 Т2 – 0000000110000000 Т3 – 0000011000000000 Т4 – 0000100001000000 |
2 |
Т1 – 0110000000000000 Т2 – 0001000000000000 Т3 – 1110011111111111 Т4 – 0000000011100000 |
20 |
Т1 – 0011100000000000 Т2 – 0001110000000000 Т3 – 0000111000000000 Т4 – 0000011100000000 |
3 |
Т1 – 0001111000000000 Т2 – 0010000100000000 Т3 – 0000110000000000 Т4 – 0111001110000000 |
21 |
Т1 – 1000000000000001 Т2 – 1100000000000011 Т3 – 1110000000000111 Т4 – 1111000000001111 |
4 |
Т1 – 0000000001100000 Т2 – 0001100000000000 Т3 – 0000011000000000 Т4 – 0000000111000000 |
22 |
Т1 – 0101000000000000 Т2 – 0010100000000000 Т3 – 0001100110000000 Т4 – 0000011111100000 |
5 |
Т1 – 0011000000000000 Т2 – 0000111000000000 Т3 – 0010000010000000 Т4 – 0001000100000000 |
23 |
Т1 – 0000000000011000 Т2 – 0000000000100100 Т3 – 0000000001000010 Т4 – 0000000010000001 |
6 |
Т1 – 0000000000000010 Т2 – 0000000000000100 Т3 – 0000000000001000 Т4 – 0000000000010000 |
24 |
Т1 – 1011111111111111 Т2 – 0111000000000000 Т3 – 1111100011111111 Т4 – 0000001000000000 |
7 |
Т1 – 0000000000000011 Т2 – 0000000000001100 Т3 – 0000000000110000 Т4 – 0000000011000000 |
25 |
Т1 – 0000011100000000 Т2 – 0000001000000000 Т3 – 0000100010000000 Т4 – 0001000001000000 |
8 |
Т1 – 0000000100000000 Т2 – 0000001110000000 Т3 – 0000010001000000 Т4 – 0000110001100000 |
26 |
Т1 – 1000000000000001 Т2 – 0000000000000010 Т3 – 0000000000000100 Т4 – 0000000000001000 |
9 |
Т1 – 0010000000000000 Т2 – 0001000000000000 Т3 – 0000100000000000 Т4 – 0000011000000000 |
27 |
Т1 – 0000000000000111 Т2 – 1100000000000000 Т3 – 0011000000000000 Т4 – 0000110000000000 |
10 |
Т1 – 1110000000000000 Т2 – 0001110000000000 Т3 – 0000001110000000 Т4 – 0000000001110000 |
28 |
Т1 – 1010000000000000 Т2 – 0101000000000000 Т3 – 0010100000000000 Т4 – 0001010000000000 |
11 |
Т1 – 0000000000001000 Т2 – 0000000000000100 Т3 – 0000000000010000 Т4 – 0000001110000000 |
29 |
Т1 – 1110000000000000 Т2 – 0001110000000000 Т3 – 0000001110000000 Т4 – 0000000001110000 |
12 |
Т1 – 0000011100000000 Т2 – 0110000000000000 Т3 – 0011100000000000 Т4 – 0000000011100000 |
30 |
Т1 – 0000000000001110 Т2 – 1100000000000001 Т3 – 0011100000000000 Т4 – 0000011100000000 |
13 |
Т1 – 0000000010000000 Т2 – 0000000101000000 Т3 – 0000001000100000 Т4 – 0000011111110000 |
31 |
Т1 – 0000000010000000 Т2 – 0000000101000000 Т3 – 0000001000100000 Т4 – 0000010000010000 |
14 |
Т1 – 1100000000000000 Т2 – 0011100000000000 Т3 – 0000010000000000 Т4 – 0000001000000000 |
32 |
Т1 – 0000000011000000 Т2 – 0000001101100000 Т3 – 0000011000110000 Т4 – 0000110000011000 |
15 |
Т1 – 0000000110000000 Т2 – 0000000001100000 Т3 – 0000000000011000 Т4 – 0000000000000110 |
33 |
Т1 – 0000001000000000 Т2 – 0000010100000000 Т3 – 0000111110000000 Т4 – 0001000001000000 |
16 |
Т1 – 0000000000000001 Т2 – 0000000000000011 Т3 – 0000000000000111 Т4 – 0000000000001111 |
34 |
Т1 – 0110000000000000 Т2 – 1001000000000000 Т3 – 0000111000000000 Т4 – 0000000111000000 |
17 |
Т1 – 0000100000000000 Т2 – 0000011000000000 Т3 – 0011000000000000 Т4 – 0001110000000000 |
35 |
Т1 – 0000000000111000 Т2 – 0000000000000111 Т3 – 1100000000000000 Т4 – 0011000000000000 |
18 |
Т1 – 1000000000000000 Т2 – 1100000000000000 Т3 – 1110000000000000 Т4 – 1111000000000000 |
36 |
Т1 – 0000100010000000 Т2 – 0000010100000000 Т3 – 0000001000000000 Т4 – 0000011100000000 |
2. Проектирование цифрового устройства (ЦУ) с произвольным коэффициентом пересчета счетчика на базе JK-триггеров.
Задания к лабораторной работе представлены в табл. П8.2. Для каждого варианта указаны параметры выходных импульсов Т1, Т2, Т3, Т4 ЦУ – период Тп, длительность Т и задержка Тs относительно первого импульса Т1 и активный уровень (полярность импульса). Параметры импульсов указаны в периодах частоты генератора.
Таблица П8.2
№ вар. |
Тs |
Т |
Тп |
Акт. уровень |
№ вар. |
Тs |
Т |
Тп |
Акт. уровень |
1 |
0 1 2 3 |
2 3 4 5 |
17 |
1 1 1 0 |
16 |
0 2 3 5 |
1 2 3 4 |
34 |
1 1 1 0 |
2 |
0 2 4 5 |
6 7 8 9 |
18 |
1 0 0 1 |
17 |
0 6 5 6 |
5 6 7 8 |
35 |
0 0 1 1 |
3 |
0 3 5 1 |
4 3 2 1 |
19 |
0 1 0 1 |
18 |
0 6 6 7 |
9 8 7 6 |
36 |
1 1 1 0 |
4 |
0 2 3 5 |
3 2 4 5 |
20 |
1 1 0 0 |
19 |
0 8 9 9 |
5 4 3 2 |
37 |
0 1 0 1 |
5 |
0 1 4 5 |
5 6 4 7 |
22 |
0 0 1 1 |
20 |
0 9 8 7
|
1 3 5 7 |
38 |
1 1 1 0 |
6 |
0 1 3 4 |
4 5 6 7 |
23 |
1 1 1 0 |
21 |
0 9 5 4 |
9 7 5 3 |
39 |
1 1 0 0 |
7 |
0 4 3 2 |
8 9 5 4 |
24 |
1 0 0 1 |
22 |
0 2 3 4 |
1 2 4 6 |
40 |
0 1 1 0 |
8 |
0 1 3 2 |
7 2 1 4 |
25 |
0 1 0 1 |
23 |
0 5 6 7 |
8 7 5 4 |
41 |
1 1 0 0 |
9 |
0 6 5 4 |
5 8 9 5 |
26 |
1 1 0 0 |
24 |
0 9 6 5 |
2 3 4 6 |
42 |
0 0 1 1 |
10 |
0 6 4 3 |
9 8 4 3 |
27 |
0 0 1 1 |
25 |
0 9 8 7 |
8 7 6 5 |
43 |
1 0 1 0 |
11 |
0 3 5 4 |
3 2 1 4 |
28 |
1 1 1 0 |
26 |
0 4 5 3 |
9 6 4 3 |
44 |
1 1 0 0 |
12 |
0 3 6 7 |
5 7 6 3 |
29 |
0 1 1 0 |
27 |
0 3 4 5 |
3 4 5 7 |
45 |
1 1 0 0 |
13 |
0 1 6 2 |
8 9 6 7 |
30 |
1 1 0 0 |
28 |
0 7 7 6 |
3 2 5 4 |
46 |
1 1 0 1 |
14 |
0 2 1 5 |
2 3 4 4 |
31 |
0 0 1 1 |
29 |
0 2 3 4 |
7 8 6 5 |
47 |
1 0 1 0 |
15 |
0 6 5 7 |
4 5 7 8 |
33 |
1 0 1 0 |
30 |
0 6 7 8 |
9 3 2 1 |
48 |
1 1 0 0 |
Необходимо разработать схему ЦУ синхронизации, состоящего из последовательного счетчика на JK-триггерах, логических схем, дешифраторов и других цифровых устройств, формирующих выходные импульсы. Провести моделирование и представить результаты в виде временных диаграмм выходных импульсов, полученные логическим анализатором и осциллографом. Пример моделирования представлен на рис. П8.4, а на рис. П8.3 представлена панель логического анализатора Logic Analyzer с характерными сигналами моделируемого устройства.
|
Рис. П8.3. Панель логического анализатора Logic Analyzer при исследовании ЦУ синхронизации на базе JK-триггеров |
|
Рис. П8.4. Моделируемое ЦУ синхронизации на базе JK-триггеров |
3. Проектирование ЦУ синхронизации на логических МС средней интеграции.
Необходимо разработать схему ЦУ, формирующего импульсы, параметры которых (период, длительность, задержка, активный уровень) представлены в табл. П8.2.
В соответствии с заданным вариантом произвести синтез ЦУ синхронизации. На рис. П8.6. представлен пример схемы аналогичного устройства и результаты его моделирования. Устройства содержит 8-ми разрядный двоичный счетчик на двух микросхемах 7493 (аналог К155ИЕ5), в качестве дешифратора использованы две микросхемы 74154 (дешифратор 4×16), а также применены логические микросхемы 2–ИЛИ–НЕ и RS-триггер. Коэффициент пересчета счетчика равен (12×16 + 2) = 194. На рисунке приведена одна из возможных реализаций ЦУ. На рис. П8.5 представлена панель логического анализатора Logic Analyzer с характерными сигналами моделируемого устройства.
|
Рис. П8.5. Панель логического анализатора Logic Analyzer при исследовании ЦУ синхронизации на базе логических МС средней интеграции |
Допускаются любые другие реализации, которые могут быть отмоделированы в EWB.
Контрольные вопросы
1. Расскажите о работе схемы сравнения.
2. Расскажите о работе цифровых компараторов.
3. Расскажите о работе шинных формирователей.
4. Расскажите о работе кольцевых сдвиговых регистров.
5. Расскажите о работе шифраторов и дешифраторов кодов.
6. Расскажите о функционировании JK-триггера в режиме D-триггера.
7. Расскажите о недостатках счетчиков с последовательным переносом.
8. Расскажите о функционировании и составе двоичных сумматоров.
9. Расскажите о работе счетчиков с произвольным коэффициентом пересчета.
10. Расскажите о функционирование D-триггера в счетном режиме.
11. Расскажите о работе схемы счетчика с параллельным переносом на JK-триггерах.