mikroprotses1
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет им. К. Сатпаева
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Жирнова О.В.
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к лабораторным работам
(для студентов специальности 050702)
Алматы 2007
УДК СОСТАВИТЕЛИ: Жирнова О. Микропроцессорные средства в системах управ-
ления. Методические указания к лабораторным работам (для студентов специ-
альности 3603). – Алматы: КазНТУ, 2007, с.1-56.
Методические указания к лабораторным работам составлены в соответ-
ствии с программой курса “Микропроцессорные средства и программно-
технические комплексы”, требованиями Государственного стандарта основного высшего образования специальности 3603 “Автоматизация технологических процессов и производств” и содержат сведения по организации, содержанию и проведению лабораторных работ.
Методические указания к лабораторным работам предназначены для сту-
дентов специальности 3603 “Автоматизация технологических процессов и про-
изводств”, выполняющих лабораторные работы в лаборатории автоматизации.
Ил. 10. Табл. 3. Список лит. – 7 назв.
Рецензент Д.Н. Шукаев, д.т.н., зав. кафедры «Техническая кибернетика»
Печатается по плану издания Казахского национального технического университета на 2000г.
Казахский национальный технический
университет им. К. Сатпаева, 2000г.
2
ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие науки и техники, в частности средств вычислительной техники создали условия для эффективного развития микропроцессорной тех-
ники и программно-технических средств.
Методические указания к лабораторным работам по микропроцессорным средствам является составной частью курса «Микропроцессорные средства и программно-технические комплексы» и способствуют закреплению знаний по основным элементам микропроцессорных систем, структуре построения мик-
ропроцессорных контроллеров. Также даются основы программирования и принципы построения программно-технических комплексов микропроцессор-
ных систем современной микропроцессорной и компьютерной техники и про-
граммных средств, способствует приобретению практических навыков исполь-
зования микропроцессорной и компьютерной техники.
Данные лабораторные работы проводятся на базе учебной лаборатории
«Автоматизации технологических процессов и производств» кафедры АТПиП и способствуют углубленному пониманию выбранной специальности, а также взаимосвязи изучаемых дисциплин.
Настоящий практикум по лабораторным работам определяет задачи и по-
рядок выполнения лабораторных работ.
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
1.1 Цель работы Освоение основ Булевой алгебры и логических операций на микропро-
цессорных элементах. Приобрести навыки разработки и проверки работоспо-
собности логических схем.
1.2Задание
Ознакомиться с описанием лабораторной работы;
Для функции заданной соответствующим вариантом, составить таблицу истинности;
Составить логическую схему из элементов, реализующую заданную дво-
ичную функцию;
Ответить на контрольные вопросы.
1.3Описание теоретических основ
Логические основы микропроцессорных систем (МС) строятся на прин-
ципах раздела математической логики – алгебре логике. Алгебра логики опери-
рует с двоичными переменными, т.е. с такими, которые могут принимать толь-
ко одно из двух возможных значений: верно или неверно; истинно или ложно.
Объектом алгебры логики являются утвердительные высказывания. Если в вы-
сказываниях говорится только об одном факте, то такое высказывание – про-
стое. Если же связываются два или более простых высказывания, то получают-
ся сложные высказывания. Но как определить истинность сложного высказы-
вания? Для этого используют три основных действия алгебры логики: отрица-
ние, сложения, и умножение.
4
Отрицание (НЕ). Действие логического отрицания представлено ниже:
А |
|
|
|
|
A |
||
I |
|
0 |
|
0 |
|
I |
|
Умножения или конъюнкция (И). Действие логического умножения пред- |
|||
ставлено ниже: |
|
|
|
А |
В |
|
АВ |
I |
I |
|
I |
I |
0 |
0 |
|
0 |
I |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
|
Сложения или дизъюнкция (ИЛИ). Результат сложения называют логиче-
ской суммой. Действие логического сложения представлено ниже:
А |
В |
А + В |
I |
I |
I |
I |
0 |
I |
0 |
I |
I |
0 |
0 |
0 |
Ниже приведены основные правила Булевой алгебры
Постулаты:
0 * 0 = 0 |
0 + 0 = 0 |
0 = 1 |
|
|
|
|
|
0 * 1 = 0 |
0 + 1 = 1 |
1 = 0 |
|
1 * 0 = 0 |
1 + 0 = 1 |
|
|
1 * 1 = 1 |
1 + 1 = 1 |
|
|
5
Теоремы: |
|
|
А * 0 = 0 |
А + А = А |
А + А = А |
0 * А = 0 |
А + 0 = 1 |
А + А = 1 |
А * 1 = 0 |
0 + А = 1 |
А = А |
1 * А = А |
А + 1 = 1 |
|
А * А = 1 |
1 + А = 1 |
|
Законы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закон идентичности |
А=А; A A ; |
||||||||||||||||||||||||||
Закон коммутативности |
АВ=ВА; А+В=В+А; |
||||||||||||||||||||||||||
Закон ассоциативности |
А(ВС)=АВС; А+(В+С)=А+В+С; |
||||||||||||||||||||||||||
Закон идемпотентности |
А * А=А; А+А=А; |
||||||||||||||||||||||||||
Закон дистрибутивности |
А(В+С)=АВ+АС; А+ВС=(А+В)(А+С); |
||||||||||||||||||||||||||
Закон поглощения |
|
|
|
|
A+AB=A; A(A+B)=A; |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Закон слияния |
|
AB AB A ; (A B)(A B) A; |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Закон де Моргана |
AB A B ; A B AB ; |
||||||||||||||||||||||||||
Некоторые тождества: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А( A +В)=АВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
А+ AB=А+В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
(АВ) (А+В)= АВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
( AB) (А+В)= AB AB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
AB AB AB AB
(А+В)(В+С)(А+С)= АВ+ВС+АС АС+АВ+ BC =АС+ BC
(А+В) (В+С) ( A +С) = (А+В) ( A +С)
6
Операции И и ИЛИ по существу являются двоичными функциями, в ко-
торых число переменных как минимум равно двум. Можно доказать, что из двоичных переменных можно составить 22n функций. Если примем n=2, то по-
лучим, что существуют 22n = 24 = 16 функции двух двоичных переменных.
В таблице 1 приведены значения истинности этих функций Fi .
|
|
Таблица 1 - Значения истинности этих функций Fi . |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
Y |
F0 |
F1 |
F2 |
F3 |
F4 |
F5 |
F6 |
F7 |
F8 |
F9 |
F10 |
F1 |
|
F1 |
F1 |
F1 |
F1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F0=0 |
|
Функция эквивалентности |
||||||||||||||
F1=X*Y |
И(А N Д) |
X и Y |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F2=X* Y |
Запрет |
Х, но не У |
||||||||||||||
F3=X |
|
Функция эквивалентности |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F4= X *Y |
Запрет |
У, но не Х |
||||||||||||||
F5=Y |
|
Функция эквивалентности |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
F6= XY XY ; X+Y |
Исключающие ИЛИ Х или У, но не оба |
|||||||||||||||
F7=X+Y |
ИЛИ (ОРР) |
Х и У |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
F8= (X Y) X Y |
ИЛИ –НЕ (NOP) |
Инвертирование ИЛИ |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
F9= XY +XY=X*Y |
Эквивалентность |
Х эквивалентно У |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F10= Y |
Инверсия |
НЕ У |
||||||||||||||
F11= X+ |
|
=X Y |
Импликация |
Если У, то Х |
||||||||||||
Y |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
F12= X |
Инверсия |
НЕ Х |
||||||||||||||
F13= |
|
+У=Х У |
Импликация |
Если Х, У |
||||||||||||
X |
||||||||||||||||
7
|
|
|
|
|
F14=( XY )= X Y |
И - НЕ (NА NД) |
Инвертированное И |
||
F15=I |
|
Функция эквивалентности |
||
В скобках приведены английские названия самых распространенных функций.
Реализация логических операций в УВМ может быть осуществлена с по-
мощью дискретных интегральных микросхем (дискретный элемент), условные оба значения которых приведены на рисунке 1.
Х1 |
|
|
|
|
|
Х1 |
|
|
|
|
|
|
|
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
У=Х1+Х2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
У=Х1*Х2 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Y X |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Х2 |
|
|
|
|
|
Х2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ИЛИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
НЕ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Х1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y X1 X2 |
|
|
|
|
& |
|
Y X1 * X2 |
|
|
|
|
||||||
|
Х2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЛИ-НЕ |
|
|
|
|
|
|
|
И-НЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рисунок 1 - Обозначение логических элементов
С помощью приведенных дискретных элементов можно составить логи-
ческие схемы для реализации различных функций. Например: для функции Х=(АВ+С)*Д таблица истинности будет иметь вид, смотри таблицу 2.
8
Таблица 2 - Таблица истинности для функции Х=(АВ+С)*Д
№ |
А |
В |
|
С |
|
Д |
А * В |
[ АВ+С ] |
|
* Д = Х |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2 - Логическая схема функции X=(AB+C)*D
9
Известно что при помощи элемента И-НЕ можно реализовать все функции двух переменных. Например смотри рисунок 3.
&A
A 
& X AB A B A B
&B
В
Рисунок 3 - Логическая схема, состоящая из элементов И-НЕ
1.4Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться сосновами Булевой алгебры;
2.Ознакомиться с примерами приведенными в данной лабораторной работе;
3.В соответствии с заданным вариантом составить таблицу истинности функции;
4.Составить логическую схему из элементов, реализующую заданную двоичную функцию;
5.Ответить на контрольные вопросы.
1.5Варианты исходных данных
Таблица 3 – Варианты исходных данных
№ варианта |
Функция |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
X=(A+В)*С |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X (A * B) * C |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X A B* C |
|||||||||
|
|
|
|
||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X A * B C |
|||||||||
|
|
|
|
||||||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X A * B C |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10