4.3. Описание лабораторной установки

Работа выполняется на универсальном субблоке типового лабораторного стенда. Субблок позволяет исследовать 4-разрядный сумматор К155ИМ3 в статическом и динамическом режимах.

В статическом режиме оба слагаемых А и В можно установить вручную, по желанию исследователя на сколь угодно большой промежуток времени и любой из них изменить в любой момент времени.

В динамическом режиме значение слагаемого А формируется автоматически в пределах 0,,15 как последовательность 4-разрядных двоичных чисел. Слагаемое В задается фиксированно с помощью тумблеров. Частота смены значений слагаемого определяется вспомогательным генератором тактовых импульсов.

Упрощенная функциональная схема лабораторной работы приведена на рис. 4.6, а схема коммутации лабораторной установки для проведения работ – на рис. 4.7.

Рисунок 4.6. Упрощенная функциональная схема лабораторной работы

Рисунок 4.7. Схема коммутации лабораторной установки для проведения работ

Слагаемое А формируется тумблерами SA₁,,SA₄.

Слагаемое В формируется тумблерами SA₅,,SA₈.

Входной сигнал переноса имитируется прямой коммутацией. Положения тумблеров помечены значениями 1 и 0 в соответствии со значениями сигналов. Состояние сумматора, а следовательно и результат суммирования можно контролировать по загоранию светодиодов. Если светодиод горит, то соответствующий сигнал равен лог.1.

4.4. Задание на лабораторную работу

4.4.1.Уяснить состав субблока и лабораторной установки, выяснить назначение и расположение на лицевой панели тумблеров, кнопок, светодиодов.

4.4.2.Изучить принцип действия и функциональные возможности полных арифметических сумматоров и полусумматоров. Сделать выводы по функциональным свойствам сумматоров К155ИМ3.

4.4.3.Исследовать работу ИМС К155ИМ3 в статическом режиме при сложении и вычитании двоичных чисел, а также при реализации логических функций. Исследования выполнить по методическим указаниям п.4.6.3 (см. ниже).

4.4.4.Исследовать работу сумматора К155ИМ3 в динамическом режиме. Начертить временные диаграммы выходных сигналов. Сделать выводы о применении устройств на основе этого сумматора. Эксперименты выполнить согласно указаниям п.4.6.4. (см. ниже).

4.5. Содержание отчета

Отчет выполнить и оформить согласно требованиям, принятым на кафедре АиПУ. В отчете привести:

4.5.1.Цель лабораторной работы.

4.5.2.УГО микросхемы К155ИМ3, ее цоколевку и систему реализуемых ею логических функций. Выводы о функциональном назначении этой ИМС.

4.5.3. Примеры на сложение чисел А и В, на вычитание чисел (А‑В), на реализацию логических функций (по заданному варианту таблицы 1), эквивалентную функциональную схему включения сумматора К155ИМ3 при реализации заданной функции.

4.5.4.Функциональную схему и временные диаграммы работы устройства на основе сумматора К155ИМ3 в динамическом режиме работы.

4.6. Методические указания

4.6.1. Состав субблока можно уяснить по рис. 4.6.

4.6.2.По выражениям (6) и (7) составьте полную систему логических функций, описывающих сумматор ИМЗ. Составьте его эквивалентную функциональную схему из УГО одноразрядных полных сумматоров.

«Способность» сумматора ИМ3 к реализации некоторых логических функций (без дополнительных ИМС) выясните, пользуясь системой выходных функций этого сумматора: некоторым из переменных а_i b_i p₀ придать фиксированные 0 или 1 найти равносильные алгебраические формы функций S₀, S₁, S₂, S₃ и Р₄. Если переменная а_i = 0, то вход А_i следует подключить к шине лог.0(), если а_i = 1, то – к шине лог.1. А если а_i - b_j = c, либо а_j = a_i = c, либо в_i = b_j = c, то соответствующие входы А и В надо соединить вместе и образовать «новый» вход С. Рассмотрите несколько вариантов, сформулируйте выводы о возможностях ИМС К155ИМ3 и проверьте их в последующих экспериментах.

4.6.3.Эксперименты с сумматором в статическом режиме проведите в последовательности: «сложение – вычитание – реализация функций».

4.6.3.1.Сделайте несколько опытов на сложение чисел А и В, полагая их положительными. Проверьте действие сумматора, сопоставив результаты, отображенные на светодиодах с результатами сложения «вручную» в двоичной и десятичной системах счисления. Вначале примите Р₀ = 0, а затем Р₀ = 1 Уясните различия в действиях и сделайте выводы о влиянии сигнала по входу ПЕРЕНОС (Р₀).

4.6.3.2.Опыты на вычитание проще выполнить, когда вычитаемое – постоянное число. Поэтому число В следует принять за вычитаемое и установить его с помощью тумблеров.

Так как сумматор ИМЗ 4 – разрядный, а вычитание сводится к сложению чисел в дополнительных кодах, то под модули чисел А, В и результата «S» будет определено первых три разряда. Тогда четвертые разряды ( в₃, а₃, и S₃) следует считать знаковыми и их значение указывает знак числа (1 – отрицательное, 0 – положительное).

Поэтому, проводя эксперименты, особое внимание обращайте на положение SA4, SA8 и состояние светодиодов. Если знаковый светодиод горит, то результат S, S = <S₂, S₁, S₀> = «3Р, 2Р, 1Р» отрицательный и представлен в дополнительном коде, S доп.

Определите самостоятельно, в каком положении находится входной разряд (ПЕРЕНОС).

Проведите несколько экспериментов на вычитание и, руководствуясь правилами образования дополнительных кодов, проверьте получаемые результаты. Сделайте выводы по результатам проверок.

4.6.3.3. Эксперименты по реализации логических функций следует провести в подтверждение тех выводов, которые были сделаны при выполнении п.4.4.2 задания. Затем, по указанию преподавателя, выполните индивидуальное задание согласно таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Исходные данные к индивидуальному заданию

	Значения входных сигналов									Реализуемые функции
	Р0	А3	А2	А1	А0	В3	В2	В1	В0	P4	S4	S2	S1	S0
1	1	0	0	0	0	а	0	b	c
2	А	1	1	1	1	d	c	1	b
3	C	1	0	1	а	d	1	1	b
4	А	0	0	0	в	0	0	1	c
5	0	1	0	0	а	1	c	1	b
6	А	1	1	1	в	0	0	1	c
7	0	1	1	0	а	0	c	0	b

В таблице 4.1 приведены значения сигналов по входам сумматора К155ИМ3 (см. указания п.4.6.2). Логические переменные a, b, c, d соответствуют «новым» входам устройства, которое будет реализовано сумматором.

Необходимо найти алгебраические выражения выходных функций (правая графа табл.4.1) и по ним установить смысл и название логических элементов и операций, реализуемых микросхемой. Составьте схему включения ИМ3 по заданному варианту и эквивалентную его схему, используя УГО образующих его элементов.

Проведите эксперименты, изменяя значения аргументов  a, b, c, d, в доказательство полученных выражений. По результатам экспериментов постройте карты Карно для функций S₀,...,S₃ и P₄.