Радиоэлектроника

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) [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.


смотреть на рефераты похожие на "Цифровые устройства и микропроцессоры "