Скачать

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

  • получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;
  • построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;
  • провести анализ работы полученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.
  • Нарисовать символическое изображение и таблицу работы синхронного RS-триггера. В какое состояние перейдёт триггер, если на его входы последовательно подавать сигналы: - 6
    1. Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 1010, начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр - 7
    2. Частота следования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц - 7
    3. Построить схему суммирующего счётчика Т-триггеров ёмкостью 28 - 8
    4. Разработать логическую схему таймера с прямым отсчётом 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
    5. Найти по справочнику микросхему К555ИР9. Нарисовать её условное изображение и выписать параметры (с учётом обозначения): - 11

    а) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подаётся; 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.

    1. Что означают сокращения: ТТЛ, ДТЛ, n-МОП? Указать их основные отличительные характеристики - 12
    2. Назначение и основные функции микропроцессора? - 13
    3. 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.
    1. Использованная литература - 14
      1. Расставить числа в порядке возрастания и объяснить свой выбор:

    (8910, 2Е16, 578, 1110112)

    Переведём 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

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

    а) 10111012-1101112; b) 10101112-11100112

    1. 10111012-1101112=1001102 _ 1011101

    110111

    +01011101

    11001001

    00100110

    100110

    1. 10101112-11100112=-11011 _ 1010111

    1110011

    + 01010111

    10001101

    11100100

    - 11011

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

    а) , b)

      1. По таблице работы логического устройства записать СКНФ:

  • получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;
  • построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;
  • провести анализ работы полученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.
  • Для данной функции СКНФ будет иметь вид:

    1. 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:

    1. построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

    Логическая схема данного устройства в базисе ИЛИ-НЕ:

    1. 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.

      1. Нарисовать символическое изображение и таблицу работы синхронного RS-триггера. В какое состояние перейдёт 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).

      1. 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

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

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

    Составим таблицу падения частоты на триггерах счётчика:

    Частота, кГц

    Вход счётчика

    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 счётчика импульса с частотой 32 кГц, счётчик должен состоять из 5-ти триггеров. А для получения, на выходе счётчика, импульса с частотой 4 кГц, счётчик должен состоять из 8-ми триггеров.

      1. Частота следования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256 кГц. Сколько триггеров должен иметь счётчик, 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 счётчиков, например: К555ИЕ19 – два 4-х разрядных двоичных счётчика. Ёмкость счётчика 28=4*7. При этом 710=1112.

    Ниже приведена схема счётчика:

      1. Разработать логическую схему таймера с прямым отсчётом 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:

      1. Найти по справочнику микросхему К555ИР9. Нарисовать её условное изображение и выписать параметры (с учётом обозначения):

    а) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подаётся; 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 100С до 700С;
    • время задержки включения/выключения 20 нс (Сн=15 пФ);
    • коэффициент объединения по входу – 1;
    • коэффициент разветвления по входу – 10.
      1. 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;
    • надёжность – 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).

      1. 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.

      1. 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

    1. Использованная литература
  • «Цифровые интегральные микросхемы устройств охранно-пожарной сигнализации», В. Болгов - Воронеж 1997 г.
  • «Основы микропроцессорной техники», В. Болгов, С. Скрыль, С Алексеенко – Воронеж 1997 г.
  • «Цифровые устройства и микропроцессоры», учебно-методическое пособие, Болгов В.В. – Воронеж 1998 г.
  •