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 перейдёт 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 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 Ø выполнить загрузку числа 12 в ячейку Q , а 9 в РОН с адресом 3; Ø из первого числа вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа; Ø 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) 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 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 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
SRCQРежим работы ВходыВыходы
НН/Инверсия CSRQ
LН/НЗапись Н 000Q
НL/LЗапись L 010Q
LL/Q*Предшествующее состояние 001Q
011Q
100Q
11010
10101
111**
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 запись10521
Двоичная запись1010101101
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 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 счётчика1024
Выход 1-го триггера512
Выход 2-го триггера256
Выход 3-го триггера128
Выход 4-го триггера64
Выход 5-го триггера32
Выход 6-го триггера16
Выход 7-го триггера8
Выход 8-го триггера4
Выход 9-го триггера2
Выход 10-го триггера1
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. 8. 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: 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) 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 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): Ø шаг выводов 2,5 мм (изображение корпуса приведено на рисунке ниже); Ø напряжение питания 5±5% В на 16 вывод, 0 В на 8 вывод; Ø L – не более 0,4 В; Н – не менее 2,5 В, не более 5,5 В; Ø ток потребления не более 3 мА; Ø диапазон рабочих частот не более 25 МГц; Ø интервал рабочих температур от 100С до 700С; Ø время задержки включения/выключения 20 нс (Сн=15 пФ); Ø коэффициент объединения по входу – 1; Ø 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: Ä 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%; Ä 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; Ä 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; Ä 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; Ä 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; Ä 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; Ä 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). 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: Ø выбор из программной памяти ЭВМ команд, дешифрация и выполнение их; Ø организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода; Ø выполнение запросов на прерывание; Ø подача сигналов ожидания для синхронизации работы с медленно действующими устройствами памяти и ввода-вывода информации; Ø подача сигналов прямого доступа к памяти и другие сигналы; Ø 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: Ø выполнить загрузку числа 12 в ячейку Q , а 9 в РОН с адресом 3; Ø из первого числа вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа; Ø 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
М2Т8Т7Т6М1Т2Т1Т0СТ5Т4Т3А3А2А1А0В3В2В1В0D3D2D1D0
а 000 111 000 1100
011 111 000 00111001
б 100 1101001000111001000
в0001 100 0011100
000 00000001100
011 000000000111001
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.
|
