3369
.pdf11
Принцип построения. Отличие от счетчиков. Построение схем делителей с различными коэффициентами деления. Построение временных диаграмм.
Тема 2.9. Распределители Распределители. Назначение. Принцип функционирования. Распредели-
тели на регистрах и счетчиках Тема 2.10. Программируемые логические матрицы
Структура ПЛМ. Принцип программирования. Типовые узлы цифровых устройств на ПЛМ
Тема 2.11. Полупроводниковые запоминающие устройства Назначение и классификация запоминающих устройств. Основные харак-
теристики. Построение ЗУ заданной емкости и разрядности. Средства и методы перепрограммирования ППЗУ
Тема 2.12. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи информации
Назначение ЦАП и АЦП. Принцип аналогово-цифрового преобразования информации. Схемотехника аналого-цифровых преобразователей. Методы цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Схемотехнические принципы ЦАП.
Тема 2.13. Контроль цифровых устройств Причины возникновения ошибок при работе цифровых устройств. Мето-
ды обнаружения одиночных ошибок и их исправление. Контроль арифметических операций. Средства и методы выявления неисправностей узлов и элементов цифровых схем
Раздел 3. Процессоры Тема 3.1. Структура процессорного устройства
Определение процессора, назначение. Структура процессора. Два подхода к построению процессоров: принцип схемной логики и программируемой логики
Тема 3.2. Цифровые микропрограммные автоматы (МПА)
Процессор – как микропрограммный автомат (МПА) алгоритм функционирования МПА, таблицы переходов и выходов или граф состояния; Формы задания МПА; автоматы Мили и Мура
Тема 3.3. Синтез процессора с использованием схемной логики Методика построения процессора на примере устройства умножения дво-
ичных чисел. Синтез операционного устройства; синтез управляющего устройства, построение графа функционирования, построение таблицы функционирования комбинационного узла, построение логической схемы.
12
Синтез управляющего устройства.
Тема 3.4. Синтез процессора с использованием принципа программируемой логики
Принцип микропрограммного управления. Структурная схема процессора с управляющим устройством, построенным по принципу программируемой логики; составление микропрограммы для операции умножения, определение времени выполнения операции, способы повышения быстродействия
Раздел 4 Микропроцессоры и микропроцессорные системы Тема 4.1. Микропроцессоры (МП) и микропроцессорные комплекты
(МПК)
Общие сведения о микропроцессорных. Классификация МП. Место микропроцессоров в вычислительной технике, многофункциональность МП. Структура микропроцессорной системы. Построение МП с использованием различных МПК
Тема 4.2. Архитектура микропроцессора (МП) на МПК конкретной серии Структура. Функционирование МП. Основные устройства, их взаимодей-
ствие
Тема 4.3. Система микрокоманд и реализация типовых функций МП Классификация команд МП. Формат команд и данных. Типы команд. Ме-
тоды адресации Тема 4.4. Программирование микропроцессорных систем
Приемы программирования микропроцессора на языке кодовых комбинаций: программирование последовательных вычислительных процессов; разветвлений; циклических вычислительных процессов. Составление программ.
Программирование МП на языке ассемблера. Особенности программирования. Примеры программирования. Сравнение программирования на языке ассемблера и кодовых комбинаций
Тема 4.5. Интерфейсные БИС Интерфейс и его функции. Логические основы организации интерфейса.
Способы обмена данными между микропроцессорными и периферийными устройствами.
Аппаратные средства интерфейса: буферные регистры, блоки прерывания, шинные формирователи, универсальный синхронный приемопередатчик, таймер, устройство сопряжения вычислительных машин.
Тема 4.6. Применение МП для цифровой обработки информации и моделирования узлов аппаратуры.
13
Структура микро ЭВМ КМ1813ВЕ1. Назначение и состав узлов: аналогового; устройства цифровой обработки, памяти команд; управление режимом работы; Система команд и программирование.
Применение микросхемы КМ1813ВЕ1 для цифрового моделирования узлов аппаратуры
Содержание лабораторного практикума
Дисциплина «Схемотехника микроэлектронных приборов» предусматривает лабораторные занятия, темы которых приведены в табл. 1. Студенты после выполнения каждой работы составляют письменный отчет, который устно защищается.
|
Таблица 1 |
|
|
№ п/п |
Наименование лабораторных работ |
|
|
1 |
Преобразование логических выражений в соответствии с основными тождествами |
|
и законами алгебры логики; изучение системы условно-графического обозначения |
|
элементов цифровой техники |
|
|
2 |
Формирование логических структур |
|
|
3 |
Шифраторы и дешифраторы, их назначение. |
|
|
4 |
Многоразрядные двоичные сумматоры: последовательного и параллельного дейст- |
|
вия |
|
|
5 |
Назначение регистров. Типы. Принцип построения схем. |
|
|
6 |
Переход от графа состояния к таблице переходов и выходов (задающей функцио- |
|
нирование МПА) |
|
|
7 |
Синтез процессора с использованием схемной логики. |
|
|
8 |
Формат команд и данных. Типы команд. Методы адресации |
|
|
9 |
Составление и выполнение линейной программы и 13иклической программы |
|
|
Отчет лабораторных работ может включать выполнение индивидуальных практических заданий, выдаваемых преподавателем.
Задания для самостоятельного решения
1. Заполните таблицу, в каждой строке которой одно и тоже целое число должно быть записано в различных системах счисления.
Двоичная |
Восьмеричная |
Десятичная |
Шестнадцатеричная |
|
|
|
|
111010 |
|
|
|
|
|
|
|
|
273 |
|
|
|
|
|
|
2. Даны три числа в разных системах счисления: А(8) = 45; В(1б) = A6;
14
С(2) = 11011. Переведите их в какую либо одну систему счисления и выполните следующие действия: Р= А * (В + С). Результат переведите в 16-ой системе счисления?
3. Заполните таблицу, в каждой строке которой одно и тоже целое число должно быть записано в различных системах счисления.
Двоичная Восьмеричная |
Десятичная |
Шестнадцатеричная |
101110
567
4. Даны три числа в разных системах счисления: А(8) = 67; В(16) = 26;
С(2) = 10001.
Переведите их в какую либо одну систему счисления и выполните следующие действия: Р= А * (В + С). Результат переведите в 16-ой системе счисления?
5. Заполните таблицу, в каждой строке которой одно и тоже целое
|
Двоичная |
Восьмеричная |
Десятичная |
Шестнадцатеричная |
|
101011 |
|
|
|
|
|
724 |
|
|
Задачи |
|
|
|
|
1. Для импульсной последовательности определите период следования импульсов Т, длительность импульсов tn, средние значения напряжения Ucp и мощности Рср, величину коэффициента заполнения V , если известны: частота следования импульсов f, скважность Q, максимальное значение напряжения Umax, мощность импульса Рн. Исходные данные приведены в таблице
№ |
f, |
Q |
|
|
|
задачи |
кГц |
|
Um, В |
Рн, мВт |
Теоретический вопрос |
|
|
|
|
|
|
1 |
10 |
2 |
10 |
100 |
Поясните смысл логического сигнала. |
|
|
|
|
|
|
2 |
20 |
5 |
15 |
150 |
Дайте определение цифрового сигнала. При- |
|
|
|
|
|
ведите график и поясните представление сиг- |
|
|
|
|
|
нала в потенциальной и импульсной форме. |
|
|
|
|
|
|
3 |
25 |
4 |
5 |
200 |
Дайте определение электрического импульса. |
|
|
|
|
|
Перечислите параметры импульса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
30 |
3 |
12 |
250 |
Приведите график и укажите на нем парамет- |
|
|
|
|
|
ры импульсной последовательности: период |
|
|
|
|
|
Т, длительность импульса га и паузы tn. Свя- |
|
|
|
|
|
жите эти параметры формулой. |
|
|
|
|
|
|
5 |
35 |
2 |
20 |
300 |
Дайте определение скважности и коэффици- |
|
|
|
|
|
ента заполнения импульсной последователь- |
|
|
|
|
|
ности. Приведите графики импульсной после- |
|
|
|
|
|
довательности, когда Т=20мс, aQ,=4 и Q2=5. |
|
|
|
|
|
|
6 |
40 |
6 |
10 |
350 |
Поясните, как изменяется период колебаний Т |
|
|
|
|
|
и частота f импульсов, если: а) увеличить дли- |
|
|
|
|
|
тельность импульса (tn=const); б) увеличить |
|
|
|
|
|
длительность паузы |
|
|
|
|
|
|
7 |
45 |
7 |
8 |
400 |
Укажите преимущества и недостатки |
|
|
|
|
|
двоичной системы счисления. |
|
|
|
|
|
|
8 |
50 |
8 |
14 |
450 |
Поясните, как различают цифровые устройст- |
|
|
|
|
|
ва по вводу и выводу информации. |
|
|
|
|
|
|
9 |
55 |
5 |
20 |
500 |
Приведите графики ввода информации в по- |
|
|
|
|
|
следовательной и параллельной и форме при |
|
|
|
|
|
числе входов, равном 2. |
10 |
60 |
7 |
15 |
550 |
Приведите график потенциального цифрового |
|
|
|
|
|
сигнала 10101101, представленного в по- |
|
|
|
|
|
следова тельной и параллельной форме. |
|
|
|
|
|
|
2. По заданной таблице истинности представить функцию в виде логического выражения. Форма представления функции – СДНФ.
Произвести минимизацию функции с помощью карт Вейча. Записать упрощенное, сокращенное выражение в форме ДНФ и составить логическую схему функции в базисе И, ИЛИ, НЕ.
|
Х1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аргументы |
Х2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х3 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
F(Х) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17
3. Произвести преобразование чисел из одной системы счисления в другую: десятичное число перевести в двоичную и шестнадцатеричную системы; двоичную систему счисления – в десятичную и шестнадцатеричную; шестнадцатеричную – в десятичную и двоичную.
№ |
Заданное число в системе счисления |
||
|
|
|
|
задачи |
десятичной |
двоичной |
шестнадцатеричной |
|
|
|
|
7 |
5 |
0010011 |
7 |
|
|
|
|
8 |
15 |
1000001 |
9 |
|
|
|
|
9 |
85 |
0101000 |
8 |
|
|
|
|
0 |
50 |
1100011 |
7 |
|
|
|
|
1 |
00 |
0100110 |
8 |
|
|
|
|
2 |
29 |
1101100 |
3 |
|
|
|
|
4. Перечислите и поясните основные параметры логических элементов (ЛЭ). Поясните, как можно повысить нагрузочную способность элемента ТТЛ. Приведите номера серий ИС, изготовленных по данной технологии.
5. Приведите схему эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) и укажите на ней состояние всех транзисторов при поступлении на вход уровней: вход 1 – U0, вход 2 и вход 3 - U1. Кратко поясните действие схемы.
6.Приведите схему эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) и укажите на ней состояние всех транзисторов при подаче на все входы напряжения U0. Кратко поясните действие схемы.
7.Приведите схемы логических элементов (ЛЭ) на МДП -транзисторах. Поясните их действие. Укажите достоинства подобных ЛЭ.
8.Дайте сравнительный анализ (укажите достоинства и недостатки) интегральных схем, имеющих следующие технологии изготовления: ТТЛ, ЭСЛ, И2Л, МДП, КМОП. Сведите данные в таблицу.
18
9. Укажите достоинства, приведите схему ЛЭ инжекционной логики (И2Л), поясните ее действие.
10. Поясните, как следует поступать с неиспользуемыми входами ИС, чтобы не нарушать их работоспособность.
11. Приведите формулы, по которым можно определить при числе n аргументов число наборов их значений и число значений функций. Подсчитайте эти значения при n = 1, n = 2, n = 3. Приведите таблицу истинности логической операции Ии, пользуясь таблицей, докажите справедливость свойств конъюнкции:
12. Приведите таблицу истинности логической операции ИЛИ 13. Укажите назначение и применение шифраторов. Приведите схему
шифратора на элементах ИЛИ - НЕ, составьте таблицу истинности устройства. Кратко поясните работу схемы.
14.Укажите назначение и область применения дешифратора.
15.Поясните возможность расширения разрядности дешифратора до №=255, используя ИМС. Укажите назначение входа V.
16.Поясните назначение коммутатора, выполняющего роль мультиплексора. Приведите его условное графическое обозначение, поясните назначение всех выводов схемы. Составьте схему мультиплексора, подключающего один из входов До - Дз к выходу У. Поясните, как выбирается чис¬ло адресных входов и укажите значения переменных на входах, для подключения входов Д0 - Дз к выходу.
17.Поясните, какое устройство обеспечивает подключение одного из входов к одному выходу. Приведите схему, позволяющую подключить 16 входов к выходу и укажите на ней значения логических уровней на соответствующих адресных входах, если требуется подключить вход Д9 к выходу устройства.
18.Приведите условное графическое обозначение демультиплексора, поясните назначение всех его выводов. Укажите возможность наращивания разрядности демультиплексора до 16 выходов. Кратко поясните построение подобной схемы.
19.Поясните назначение компаратора. Кратко поясните действие схемы.
20.Укажите назначение и область использования триггеров. Перечислите типы интегральных триггеров, поясните назначение входов всех типов триггеров.
19
21. Приведите схему асинхронного RS - триггера, построенного на элементах И - НЕ, поясните его действие. Приведите его условное графическое изображение и таблицу истинности.
22. Приведите схему тактируемого RS – триггера, поясните его действие, используя временные диаграммы. Приведите его условное графическое обозначение.
23. Приведите схему тактируемого RS-триггера, поясните его действие, используя временные диаграммы. Приведите его условное графическое обозначение.
24. Приведите схему двухступенчатого синхронного RS -триггера, поясните его действие. Приведите его условное графическое обозначение.
Укажите различие в действии одноступенчатого и двухступенчатого (с динамическим С - входом) триггеров.
25. Приведите схему триггера со счетным запуском (Т-триггера). Поясните его построение, действие. Приведите таблицу истинности и условное графическое обозначение.
26. Приведите схему триггера задержки (D - триггера). Поясните его действие, используя временные диаграммы. Приведите таблицу истинности и его условное графическое обозначение.
27. Приведите схему двухступенчатого Д - триггера, поясните его функционирование. Приведите условное графическое обозначение триггера.
28. Приведите логическую структуру и таблицу переходов для j к - триггера. Поясните работу схемы при следующих условиях:
а) лог. 1 подается на входы J и С, на вход К подается лог. 0. Исходное состояние триггера Q0 = 0;
б) лог. 1 подается на входы К и С, на вход J подается лог. 0. Исходное состояние триггера Q0 = 0.
Приведите условное графическое обозначение триггера.
Условия задач и тексты вопросов переписываются полностью, задачи должны снабжаться текстами пояснений к их решению. В расчетной части задачи следует вначале приводить формулы в общем виде, подставить цифровые значения, записать результат с единицами измерения.
Схемы следует вычерчивать карандашом, с применением чертежных инструментов. Элементы схем должны приводиться с соблюдением требований ГОСТ.
20
В конце работы следует указать перечень использованной литературы, поставить дату выполнения работы и подпись.
Формы записи логических функций:
1.совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ);
2.совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ). СДНФ представляет собой логическую сумму простых конъюнкций
(произведений) аргументов, на которых функция принимает значение, равное 1. Для записи функции в виде логического выражения с использованием за-
данной таблицы истинности необходимо:
1.записать простые конъюнкции аргументов. При этом аргумент записывается без инверсии, если в таблице он имеет значение 1, и с инверсией, если в таблице он имеет значение 0;
2.составляется логическая сумма (дизъюнкция) простых конъюнкций. Форму записи называют совершенной, если каждый член логического
3.выражения содержит все аргументы или их инверсии. Минимизация состоит в получении самой короткой формы записи логи-
ческой функции, реализация которой приведет к логической схеме с наименьшим числом логических элементов, что экономит элементную базу, снижает стоимость устройства при обеспечении заданного уровня надежности.
Все методы минимизации основаны на законах алгебры логики. Чаще других используют два метода: метод Квайна; метод Вейча, которым следует воспользоваться для выполнения задания.
Задания №1-37
1.Укажите назначение сумматоров, их условное графическое обозначение (УГО). Приведите структурную схему сумматора последовательного действия, поясните ее. Укажите назначение D - триггера. Дайте оценку схемы рассмотренного сумматора. Поясните, как можно ускорить процесс сложения чисел. Приведите необходимую схему.
2.Приведите схему рис. 8.44 [2], укажите ее назначение, перечислите использованные в схеме логические элементы. Обозначьте во всех точках схемы значения логических переменных для случая: А=1, В=1. Дайте краткие пояснения. Укажите, с помощью какой схемы можно производить сложение не только вида А+В, но и учитывать перенос из предыдущего разряда. Приведите подобную структурную схему.
3-4 Составьте таблицу истинности полного одноразрядного сумматора. Составьте уравнения в форме СДНФ и схему в базисе И, ИЛИ, НЕ. Укажите