4788

2

УДК 004.3 М91

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 3 от 23 декабря 2011 г.)

Рецензенты: кафедра технологии машиностроения ВГТУ, первый заместитель ген. директора ОАО ХК

«Мебель Черноземья» д-р техн. наук, проф. А.Д. Данилов

Научный редактор д-р техн. наук, проф. B.C. Петровский

Мурзинов, П. В.

М91 Микропроцессорная техника [Текст] : лабораторный практикум / П. В. Мурзинов, Ю. В. Мурзинов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 40 с.

ISBN 978-5-7994-0481-9 (в обл.)

В лабораторном практикуме представлены описание и порядок исследования типовых логических элементов и узлов микроЭВМ, а также комбинационных и последовательных устройств.

Лабораторный практикум предназначен для бакалавров по направлениям подготовки 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств, 190700 – Технология транспортных процессов.

УДК 004.3

© Мурзинов П.В., Мурзинов Ю.В., 2012

ISBN 978-5-7994-0481-9 © ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», 2012

3

Введение

В настоящее время микропроцессорная техника получила широкое применение в системах управления технологическим и контрольноиспытательным оборудованием, транспортными средствами, космическими аппаратами, бытовыми приборами и т.д. Малые размеры, масса и энергоѐмкость микропроцессоров позволяют встраивать их непосредственно в объект управления. На базе микропроцессоров создаются различные типы микроЭВМ, контроллеров, программаторов и других устройств автоматики и вычислительной техники.

Для того чтобы наиболее точно разобраться в процессе функционирования микропроцессорных устройств, необходимо знать принципы работы их составных частей: логических элементов, триггеров, регистров, счетчиков, сумматоров, мультиплексоров, дешифраторов, демультиплексоров и т.д.

В данном лабораторном практикуме представлены описание и порядок исследования типовых логических элементов и узлов микроЭВМ, а также комбинационных и последовательностных устройств. Исследования проводятся в рамках лабораторных занятий по курсу «Микропроцессорная техника» при использовании универсального стенда ОАВТ.

4

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Универсальный стенд ОАВТ предназначен для выполнения нескольких лабораторных работ. Он содержит блок питания, блок управления и ввода информации, блок индикации. Стенд имеет разъѐм X1, в который вставляются сменные платы, зависящие от содержания выполняемой работы. Принципиальная схема блоков индикации, управления и ввода информации представлена на рис. 1.

На передней (наклонной) панели стенда установлены тумблеры (SA1 – SA5) и кнопки (SB1 – SB3) ввода информации и задания режимов работы исследуемых устройств. Выводы всех тумблеров и кнопок, кроме SB1, подключены непосредственно к контактам разъѐма X1.

Переключатели SA1 – SA4, SB2 и SB3 предназначены для подачи логических сигналов с уровнями 0 (соответствующий вывод замкнут на общий провод) или 1 (вывод – на + 5 В). Тумблер SA5 подключается всеми своими выводами к разъѐму и поэтому может использоваться в качестве переключателя «двух сигналов в одну линию» или наоборот, «одного сигнала на два направления». Кнопка SB1 подключена к схеме зашиты от «дребезга» на триггере (микросхема D1.1). С помощью этой кнопки на выходе триггера (27 контакт разъѐма X1) формируется одиночный импульс с крутыми фронтами, необходимый для нормальной работы исследуемых триггеров, регистров и счѐтчиков. При нажатии SB1 на 27 контакте появляется логический 0, а при отпускании – логическая 1. Этот блок в дальнейшем на схемах обозначается как формирователь одиночного импульса (F).

На передней панели блока установлен светодиодный дисплей для индикации режимов работы, а также входной и выходной информации исследуемого устройства. Дисплей состоит из девяти светодиодов HL1 – HL9, позволяющих индицировать в 9 разрядах уровни логической 1 (светодиоды светятся) и логического 0 (не светятся), и семисегментного индикатора HG1 для индикации числа в десятичном или шестнадцатеричном кодах.

Индикатор HG1 подключается к исследуемой схеме через дешифратор на интегральной микросхеме D5, преобразующий четырѐхразрядный двоичный код (на контактах 11 – 14 разъѐма X1) в семисегментный код индикатора HG1. При низком уровне напряжения на входе 5 микросхемы D5

5

(контакт 15 разъѐма X1) на индикаторе HG1 индицируется число в десятичном коде, при высоком уровне – в шестнадцатеричном. Светодиоды HL1 – HL9 подключаются к элементам схемы через инверторы D3.1 – D3.4, D3.6, D4.1 – D4.4. В дальнейшем устройство, содержащее дешифратор D5, индикатор HG1, инверторы с подключенными к ним светодиодами HL1 – HL9, обозначается как блок индикации (БИ).

Помимо описанных устройств ввода и вывода информации стенд содержит следующие вспомогательные устройства:

– инвертор на элементе D4.5, используемый при работе с платами П3,

П4;

–генератор прямоугольных импульсов на элементах D2.1 – D2.3 с выходом 30 на Х1. Частота колебаний генератора в пределах 2...10 кГц;

–инвертор на элементе D2.6, используемый при работе с платой П6. Тумблеры и кнопки, формирователь F, генератор прямоугольных

импульсов, инверторы D2.6 и D4.5 образуют блок управления (БУ).

7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Исследование логических элементов

Цель работы – исследование поведения основных логических элементов при подаче на них двоичных потенциальных сигналов.

Краткие теоретические сведения Логический элемент – это устройство, к входу которого подводятся

конкретные значения логических переменных, а на выходе получается решение определенной элементарной (логической) функции. Основными логическими функциями являются: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция, неравнозначность.

Инверсия (логическое отрицание, «НЕ») переменной X есть логическая функция Y, которая истинна только тогда, когда ложна X, и наоборот.

Логическое уравнение для инверсии имеет следующий вид:

Y X .

Графическое обозначение логического элемента реализующего функцию логического отрицания представлено на рис. 2.

есть логическая функция Y, которая истинна, когда истинна хотя бы одна из входных переменных.

Логическое уравнение для дизъюнкции имеет следующий вид:

Y X1 X 2 X1 X 2 .

8

Неравнозначность (сложение по модулю 2, «исключающее ИЛИ») двух переменных Х1 и Х2 есть логическая функция Y, которая истинна, когда значения входных переменных различны.

Логическое уравнение для неравнозначности имеет следующий вид:

Y X1 X 2 .

Графическое обозначение логических элементов реализующих функции логического умножения, логического сложения и сложения по модулю 2 представлено на рис. 2.

Если объединить инверсию с одной из трѐх других функций, то получатся следующие логические функции: отрицание конъюнкции, отрицание дизъюнкции, равнозначность.

значения входных переменных одинаковы.

Логическое уравнение для равнозначности имеет следующий вид:

Y X1 X 2 X1 X 2 .

Графическое обозначение логических элементов, реализующих функции Шеффера, Пирса и эквивалентности, представлено на рис. 3.

а) б) в)

Рис. 3. Логические элементы: а) «И-НЕ»; б) «ИЛИ-НЕ»; в) «исключающее ИЛИ-НЕ»

9

Описание сменной платы П1 Схема платы П1 приведена на рис. 4. Плата выделена пунктиром, ключи

и индикаторы находятся на стенде. В качестве D1 используется интегральная микросхема К155ЛЕ1, в качестве элемента D2 – К155ЛА3, в качестве элемента

D3 – К155ЛП5.

Рис. 4. Схема платы П1 и ее подключения к основному блоку

10

Порядок выполнения работы

1. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X 2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции (карта I-1).

2. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X 2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции (карта I-2).

3. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X 2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции (карта I-3).

4. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции (карта I-4).

5. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X 2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции. Синтезировать функцию на элементах «И-НЕ» и изобразить полученную схему (карта I-5).

6. Выделить из рис. 4 и изобразить отдельно схему реализации логической функции Y X1 X 2 . Экспериментально получить таблицу истинности функции (карта I-6).

7.Исследовать трѐхразрядное устройство проверки на нечетность. Источниками сигнала являются тумблеры SA1, SA2, SA3. Индикатором нечетного количества истинных бит в слове является светодиод HL1. Выделить из рис. 4 и изобразить схему трѐхразрядного устройства. Получить экспериментально таблицу истинности, по которой составить уравнение в СДНФ. Составить уравнение в СДНФ непосредственно по виду схемы. Сравнить оба полученных уравнения (карта I-7).

8.Исследовать устройство побитового сравнения двух двухразрядных чисел Х1Х0 и Z1Z0. Число X1Х0 задаѐтся тумблерами SA1, SA4, a число Z1Z0

–SA2, SA5. Результат сравнения наблюдать на светодиоде HL1. Два числа равны, если X1 = Z1 и X0 = Z0. Получить экспериментально таблицу истинности, по которой составить логическое уравнение условия равенства