Цифровые устройства и микропроцессоры (работа 3)

Òåìà: Öèôðîâûå óñòðîéñòâà è ìèêðîïðîöåññîðû Âîðîíåíæñêèé èíñòèòóò ÌÂÄ ÐÔ Ms Word XP

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.

Расставить числа в порядке возрастания и объяснить свой выбор (89_>10>, 2Е_>16>, 57_>8>, 111011_>2>) - 4

Выполнить арифметические операции над двоичными числами, используя обратный код: а) 1011101_>2>-110111_>2>; b)1010111_>2>-1110011_>2> - 4

Упростить выражение, применив правила де Моргана и основные тождества алгебры логики: а) , b) - 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 х_>1>=1, х_>2>=0, х_>3>=0.

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

Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 10_>10>, начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр - 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

Построить схему суммирующего счётчика Т-триггеров ёмкостью 28 - 8

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

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.

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

Назначение и основные функции микропроцессора? - 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.

Использованная литература - 14

Расставить числа в порядке возрастания и объяснить свой выбор:

(89_>10>, 2Е_>16>, 57_>8>, 111011_>2>)

Переведём данные числа в десятичную систему исчисления, кроме 89_>10>, так как это число уже является десятичным.

2Е_>16> - так как 2Е_>16>=2*16+14=46_>10>;

57_>8> - так как 57_>8>=5*8+7=47_>10>;

111011_>2> - так как 111011_>2>=32+16+8+2=59_>10>;

89_>10>

46<47<59<89

Выполнить арифметические операции над двоичными числами, используя обратный код:

а) 1011101_>2>-110111_>2>; b) 1010111_>2>-1110011_>2>

1011101_>2>-110111_>2>=100110_>2> _ 1011101

110111

_>+>01011101

11001001

00100110

100110

1010111_>2>-1110011_>2>=-11011 _ 1010111

1110011

_>+> 01010111

10001101

11100100

- 11011

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

а) , b)

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 х_>1>=1, х_>2>=0, х_>3>=0.

Для данной функции СКНФ будет иметь вид:

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:

построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

Л
огическая схема данного устройства в базисе ИЛИ-НЕ:

провести анализ работы полученной схемы при х_>1>=1, х_>2>=0, х_>3>=0.

Данное устройство состоит из элементов ИЛИ-НЕ, а на его входе присутствует лог «1» (х_>1>=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:

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).

Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 10_>10>, 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

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.

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 7_>10>=111_>2>.

Ниже приведена схема счётчика:

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:

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

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 (С_>н>=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 (U⁰_>пор>) и логической единицы (U¹_>пор>). Напряжение низкого и высокого уровня на выходе микросхем ТТЛ U⁰_>пор><2,4 В; U¹_>пор>>0,4 В. Для микросхем на КНОП структурах U⁰_>пор><0,3*U_>пит>; U¹_>пор>>0,7*U_>пит>. 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).

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;

Программа в машинных кодах

	М_>2>	Т_>8>	Т_>7>	Т_>6>	М_>1>	Т_>2>	Т_>1>	Т_>0>	С	Т_>5>	Т_>4>	Т_>3>	А_>3>	А_>2>	А_>1>	А_>0>	В_>3>	В_>2>	В_>1>	В_>0>	D_>3>	D_>2>	D_>1>	D_>0>
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

«Цифровые интегральные микросхемы устройств охранно-пожарной сигнализации», В. Болгов - Воронеж 1997 г.

«Основы микропроцессорной техники», В. Болгов, С. Скрыль, С Алексеенко – Воронеж 1997 г.