Цифровые устройства и микропроцессоры

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

По предмету “Цифровые устройства и микропроцессоры”

Вариант 8

Выполнил: слушатель ­­31 учебной группы

радиотехнического факультета з/о

Оларь Андрей Геннадьевич

шифр 00/72

347800 Ростовская область г. Каменск

ул. Героев-Пионеров д. 71 кв. 72

Проверил:

“_____” _______________ 200__ г.

ВОРОНЕЖ 2002 г.

Задания

стр.

1. Расставить числа в порядке возрастания и объяснить свой выбор (8910 , 2Е16 , 578 , 1110112 ) ………………………………………………………………. – 4

2. Выполнить арифметические операции над двоичными числами, используя обратный код: а) 10111012 -1101112 ; b )10101112 -11100112 ………. – 4

3. Упростить выражение, применив правила де Моргана и основные тождества алгебры логики: а) , b ) …………………………………………………………. – 4

4. По таблице работы логического устройства записать СКНФ:….. – 5

A) получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;

B) построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

C) провести анализ работы полученной схемы при х1 =1, х2 =0, х3 =0.

5. Нарисовать символическое изображение и таблицу работы синхронного RS-триггера. В какое состояние перейдет триггер, если на его входы последовательно подавать сигналы:…………………… – 6

6. Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 1010 , начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр…………… – 7

7. Частота следования импульсов на выходе второго триггера счетчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счетчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц………. – 7

8. Построить схему суммирующего счетчика Т-триггеров емкостью 28………………………………………………………………………………………… – 8

9. Разработать логическую схему таймера с прямым отсчетом времени и выдачей звукового сигнала. Частота генератора – 1700 герц. Предусмотреть кнопки пуска, остановки и сброса. Указание : для сравнения заданного времени, следует использовать микросхему сравнения (типа К531СП1) ……………………………………………………………………….. – 8

10. Найти по справочнику микросхему К555ИР9 . Нарисовать ее условное изображение и выписать параметры (с учетом обозначения):…………………………………………………………………………………….. – 11

А) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подается; в) напряжения логических нуля и единицы; г) ток потребления (потребляемая мощность); д)диапазон рабочих частот; е) интервал рабочих температур; ж)время задержки включения (выключения); з) коэффициент объединения по входу; и) коэффициент разветвления по входу.

11. Что означают сокращения: ТТЛ, ДТЛ, n-МОП? Указать их основные отличительные характеристики……………………………………….. – 12

12. Назначение и основные функции микропроцессора?……………….. – 13

13. Используя команды типового МП К1804, составить программу в машинных кодах:…………………………………………………………………. – 14

– выполнить загрузку числа 12 в ячейку Q, а 9 в РОН с адресом 3;

– из первого числа вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа;

– третье число сдвинуть на один разряд вправо и сложить с суммой первых двух чисел. Результат разместить в РОН с адресом 9.

14. Использованная литература………………………………………………….. – 14

1. Расставить числа в порядке возрастания и объяснить свой выбор:

(8910 , 2Е16 , 578 , 1110112 )

Переведем данные числа в десятичную систему исчисления, кроме 8910 , так как это число уже является десятичным.

1) 2Е16 – так как 2Е16 =2*16+14=4610 ;

2) 578 – так как 578 =5*8+7=4710 ;

3) 1110112 – так как 1110112 =32+16+8+2=5910 ;

4) 8910

46<47<59<89

2. Выполнить арифметические операции над двоичными числами, используя обратный код:

А) 10111012 -1101112 ; b ) 10101112 -11100112

A) 10111012 -1101112 =1001102 _ 1011101

110111

+ 01011101

11001001

00100110

100110

B) 10101112 -11100112 =-11011 _ 1010111

1110011

+ 01010111

10001101

11100100

– 11011

3. Упростить выражение, применив правила де Моргана и основные тождества алгебры логики:

А) , b )

A)

B)

4. По таблице работы логического устройства записать СКНФ:

A) получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;

B) построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

C) провести анализ работы полученной схемы при х1 =1, х2 =0, х3 =0.

Для данной функции СКНФ будет иметь вид:

A) получим МКНФ данной функции с помощью метода Квайна:

Сравним попарно все члены функции: 1 и 2 члены не имеют общих импликант; 1 и 3 члены ; 3 и 5 члены ; 4 и 5 члены .

Составим таблицу:

*

*

*

*

*

*

Из таблицы видно, что МКНФ данной функции будет иметь вид:

B) построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

Логическая схема данного устройства в базисе ИЛИ-НЕ:

C) провести анализ работы полученной схемы при х1 =1, х2 =0, х3 =0.

Данное устройство состоит из элементов ИЛИ-НЕ, а на его входе присутствует лог “1” (х1 =1), то на его выходе тоже будет лог “1”, так как для данных логических элементов активным логическим сигналом является “1”, следовательно, у(1,0,0) = 1.

5. Нарисовать символическое изображение и таблицу работы синхронного RS – триггера. В какое состояние перейдет триггер, если на его входы последовательно подавать сигналы:

Символическое изображение RS-триггера с инверсными входами:

Таблица работы синхронного RS-триггера:

Таблица-1

Таблица-2

S

R

C

Q

Режим работы

Входы

Выходы

Н

Н

/

Инверсия

C

S

R

Q

L

Н

/

Н

Запись Н

0

0

0

Q

Н

L

/

L

Запись L

0

1

0

Q

L

L

/

Q*

Предшествующее состояние

0

0

1

Q

0

1

1

Q

1

0

0

Q

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

*

*

Как видно из таблицы № 2, состояние сигналов на входах S=R=C=1 недопустимо, что обозначено “*” (это является основным недостатком RS-триггеров).

6. Построить схему регистра D – триггеров для записи числа 1010 , начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр

Для записи 4-х разрядного числа, начиная с цифры младшего разряда, целесообразно применить не отдельные D-триггеры (К555ТМ2, ТМ7, ТМ8, ТМ9), а сдвигающий регистр К555ИР11А (смотреть рисунок). Биты 4-х разрядного числа надо подавать на вход D и сдвигать импульсами с входа L.

Десятичная запись

10

5

2

1

Двоичная запись

1010

101

10

1

7. Частота следования импульсов на выходе второго триггера счетчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счетчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц

Каждый триггер счетчика уменьшает частоту в два раза, следовательно, частота на входе счетчика – 210 =1024 кГц.

Составим таблицу падения частоты на триггерах счетчика:

Частота, кГц

Вход счетчика

1024

Выход 1-го триггера

512

Выход 2-го триггера

256

Выход 3-го триггера

128

Выход 4-го триггера

64

Выход 5-го триггера

32

Выход 6-го триггера

16

Выход 7-го триггера

8

Выход 8-го триггера

4

Выход 9-го триггера

2

Выход 10-го триггера

1

Из чего следует, что для получения на выходе счетчика импульса с частотой 32 кГц, счетчик должен состоять из 5-ти триггеров. А для получения, на выходе счетчика, импульса с частотой 4 кГц, счетчик должен состоять из 8-ми триггеров.

8. Частота следования импульсов на выходе второго триггера счетчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счетчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц

Т – триггеры, в отличие от D и JK – триггеров, выпускаются в интегральной форме не в виде отдельных микросхем, а виде двоичных счетчиков, например: К555ИЕ19 – два 4-х разрядных двоичных счетчика. Емкость счетчика 28=4*7. При этом 710 =1112 .

Ниже приведена схема счетчика:

9. Разработать логическую схему таймера с прямым отсчетом времени и выдачей звукового сигнала. Частота генератора – 1700 герц. Предусмотреть кнопки пуска, остановки и сброса.

Указание : для сравнения заданного времени, следует использовать микросхему сравнения (типа К531СП1)

Частота 1,7 кГц является не стандартной частотой (в большинстве случаев применяются генераторы с кварцевым резонатором частоты, например: 100 кГц, либо с синхронизацией от сети 50 Гц). Если таймер должен отсчитывать время в секундах (в задании это не оговорено), то входную последовательность импульсов необходимо разделить на 1700=17*10*10, что легко может быть реализовано с применением микросхем К555ИЕ19 и К555ИЕ20.

Микросхема К555СП1 позволяет сравнивать без приращения разрядности 4-х разрядные двоичные коды. Так как в задании не оговорен предел измерений таймера, то мы можем ограничиться пределом 16 секунд.

Функциональная и принципиальная схемы таймера представлены ниже :

10. Найти по справочнику микросхему К555ИР9 . Нарисовать ее условное изображение и выписать параметры (с учетом обозначения):

А) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подается; в) напряжения логических нуля и единицы; г) ток потребления (потребляемая мощность); д)диапазон рабочих частот; е) интервал рабочих температур; ж)время задержки включения (выключения); з) коэффициент объединения по входу; и) коэффициент разветвления по входу.

Условное изображение ИМС К555ИР9:

Корпус 2103-16.2 (старое обозначение 238.16-1):

– шаг выводов 2,5 мм (изображение корпуса приведено на рисунке ниже);

– напряжение питания 5±5% В на 16 вывод, 0 В на 8 вывод;

– L – не более 0,4 В; Н – не менее 2,5 В, не более 5,5 В;

– ток потребления не более 3 мА;

– диапазон рабочих частот не более 25 МГц;

– интервал рабочих температур от 100 С до 700 С;

– время задержки включения/выключения 20 нс (Сн =15 пФ);

– коэффициент объединения по входу – 1;

– коэффициент разветвления по входу – 10.

11. Что означают сокращения: ТТЛ, ДТЛ, n – МОП? Указать их основные отличительные характеристики.

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика, ДТЛ – диодно-транзисторная логика, n-МОП – логика на униполярных транзисторах с n-каналом. Все эти сокращения обозначают тип схемотехники и конструкции цифровых микросхем.

В настоящее время ДТЛ не применяется, ТТЛ вытеснены совместимыми с ними по уровням питания и сигналов сериями ТТЛШ (ТТЛ с диодами и транзисторами Шоттки (К555, К1531 и т. д.)), а n-МОП логика вытеснена КМОП (К564, К1564, К1554).

Основными параметрами, которые позволяют производить сравнение базовых ЛЭ различных серий, являются:

– напряжение источника питания – определяется величиной напряжения и величиной его изменения. ТТЛ – рассчитаны на напряжение источника питания равное 5 В ± 5%. Большая часть микросхем на КНОП структурах устойчиво работает при напряжении питания от 3 до 15 В, некоторые – при напряжении 9 В ± 10%;

– уровень напряжения логического нуля и логической единицы – это уровни напряжения, при которых гарантируется устойчивое различение логических сигналов, как нуля, так и единицы. Различают пороговое напряжение логического нуля (U0пор ) и логической единицы (U1пор ). Напряжение низкого и высокого уровня на выходе микросхем ТТЛ U0пор <2,4 В; U1пор >0,4 В. Для микросхем на КНОП структурах U0пор <0,3*Uпит ; U1пор >0,7*Uпит. В тоже время отклонение выходных напряжений от нулевого значения и напряжения питания, достигают всего нескольких милливольт;

– нагрузочная способность – характеризуется количеством элементов той же серии, которые можно подключить к выходу элемента без дополнительных устройств согласования и называется коэффициентом разветвления по выходу. Для большинства логических элементов серии ТТЛ составляет 10, а для серии КМОП – до 100;

– помехоустойчивость – характеризуется уровнем логического сигнала помехи, которая не вызывает изменения логических уровней сигнала на выходе элемента. Для элементов ТТЛ статическая помехоустойчивость составляет не менее 0,4 В, а для серии КНОП – не менее 30% напряжения питания;

– быстродействие – определяется скорость переключения логического элемента при поступлении на его вход прямоугольного управляющего сигнала требуемой величины. Предельная рабочая частота микросхем серии ТТЛ составляет 10 МГц, а микросхем на КНОП структурах – лишь 1 МГц. Быстродействие определяется так же, как и среднее время задержки распространения сигнала: , где И – времена задержки распространения сигнала при включении и выключении. Для микросхем ТТЛ Составляет около 20 нс, а для микросхем на КНОП структурах – 200 нс;

– потребляемая микросхемой от источника питания мощность – зависит от режима работы (статистический и динамический). Статистическая средняя мощность потребления базовых элементов ТТЛ составляет несколько десятков милливатт, а у элементов на КНОП структурах она более чем в тысячу раз меньше. Следует учитывать, что в динамическом режиме, мощность, потребляемая логическими элементами, возрастает;

– надежность – характеризуется интенсивностью частоты отказов. Средняя частота отказов микросхем со средним со средним уровнем интеграции составляет: 1/час.

Для согласования уровня сигналов ТТЛ и КНОП применяют специальные ИМС (например, К564ПУ4).

12. Назначение и основные функции микропроцессора?

Процессор предназначен для выполнения арифметической и логической обработки информации. Арифметические и логические операции можно выполнять как на дискретных элементах и на основе микросхем малой и средней степени интеграции, что приводит к росту размеров процессора, так и на БИС. В последнем случае говорят о микропроцессоре (МП).

К функциям микропроцессора можно отнести :

– выбор из программной памяти ЭВМ команд, дешифрация и выполнение их;

– организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода;

– выполнение запросов на прерывание;

– подача сигналов ожидания для синхронизации работы с медленно действующими устройствами памяти и ввода-вывода информации;

– подача сигналов прямого доступа к памяти и другие сигналы;

– формирование сигналов управления для обращения к периферийным устройствам.

Работа МП организуется по командам, записанным в памяти и поступающим в МП в порядке возрастания номеров ячеек, в которые они записаны.

13. Используя команды типового МП К1804, составить программу в машинных кодах:

– выполнить загрузку числа 12 в ячейку Q, а 9 в РОН с адресом 3;

– из первого числа вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа;

– третье число сдвинуть на один разряд вправо и сложить с суммой первых двух чисел. Результат разместить в РОН с адресом 9.

Программа в машинных кодах

М2

Т8

Т7

Т6

М1

Т2

Т1

Т0

С

Т5

Т4

Т3

А3

А2

А1

А0

В3

В2

В1

В0

D3

D2

D1

D0

А

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

Б

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

0

0

В

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

14. Использованная литература

1. “Цифровые интегральные микросхемы устройств охранно-пожарной сигнализации”, В. Болгов – Воронеж 1997 г.

2. “Основы микропроцессорной техники”, В. Болгов, С. Скрыль, С Алексеенко – Воронеж 1997 г.

3. “Цифровые устройства и микропроцессоры”, учебно-методическое пособие, Болгов В. В. – Воронеж 1998 г.


Зараз ви читаєте: Цифровые устройства и микропроцессоры