Цифровые устройства и микропроцессоры
Работа из раздела: «
Радиоэлектроника»
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) [pic], b)[pic] - 4
4. По таблице работы логического устройства записать СКНФ: - 5
[pic]
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 перейдёт триггер, если на его входы
последовательно подавать сигналы: - 6
[pic]
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 счётчика – 256
кГц. Сколько триггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе
получить импульс с частотой 32 кГц, 4 кГц - 7
8. Построить схему суммирующего счётчика Т-триггеров ёмкостью 28 - 8
9. 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
10. 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.
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
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
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
Упростить выражение, применив правила де Моргана и основные тождества
алгебры логики:
а) [pic], b) [pic]
a) [pic][pic][pic]
b) [pic]
По таблице работы логического устройства записать СКНФ:
[pic]
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:
[pic]
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 [pic]; 3 и 5 члены [pic]; 4 и 5 члены [pic].
Составим таблицу:
| |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic] |* | |* | | |
|[pic] | | |* | |* |
|[pic] | | | |* |* |
Из таблицы видно, что МКНФ данной функции будет иметь вид:
[pic]
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.
Нарисовать символическое изображение и таблицу работы синхронного RS-
триггера. В какое состояние перейдёт триггер, если на его входы
последовательно подавать сигналы:
[pic]
Символическое изображение RS-триггера с инверсными входами:
[pic]
Таблица работы синхронного RS-триггера:
|Таблица-1 | |Таблица-2 |
|S |R |C |Q |Режим работы | |Входы |Выходы |
|Двоичная запись |1010 |101|10 |1 |
[pic]
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.
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:
[pic]
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:
[pic]
[pic]
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:
[pic]
Корпус 2103-16.2 (старое обозначение 238.16-1):
> шаг выводов 2,5 мм (изображение корпуса приведено на рисунке
ниже);
[pic]
> 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.
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: [pic], где [pic]и [pic]- времена задержки
распространения сигнала при включении и выключении. Для микросхем ТТЛ
[pic]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: [pic]1/час.
Для согласования уровня сигналов ТТЛ и КНОП применяют специальные ИМС
(например, К564ПУ4).
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.
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 | | | | | |
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.
