Лабораторные. АТПб(до)з-20-1_лабораторные_Герасимов_В.О. Герасимов Виктор Олегович Проверил преподаватель Сватов В. Ф. Тюмень Тиу 2023 лабораторная работа 1 Синтез и исследование
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Задание 4. Открываем файл  Рис. 4.4 Задание 5. Открываем файл  Рис. 4.5 Рассмотренные двоичные счетчики с последовательным переносом относительно просты по схеме, но имеют низкое быстродействие, так как во время его работы требуется последовательное переключение всех n триггеров. Наибольшим быстродействием обладают счетчики с параллельным переносом. Для этого в каждом разряде синхронного счетчика появляется схема совпадения, с помощью которой анализируются состояния всех предыдущих младших триггеров и производится функции переноса согласно таким логическими соотношениями:  При поступлении очередного счетного импульса U+ переключаются только те триггеры, для которых все предыдущие (младшие) разряды находятся в этот момент в единичном состоянии. Задание 6. Откройте файл  Рис. 4.6 Задание 7. Построить и исследовать схему трехразрядного двоичного реверсивного счетчика с последовательным переносом на D – триггерах. Реверсивные счетчики выполняют подсчет сигналов, как в режиме прямого счета (сложения), так и в обратном режиме (вычитания). Режим работы меняется с помощью схемы управления. В зависимости от требований к схеме управления можно построить реверсивные счетчики двух типов:  с одним счетным и одним управляющим входом; с двумя счетными входами.Для реверсирования счета в таких схемах необходимы дополнительные логические элементы 2-2И-ИЛИ ("схемы реверса"), которые выполняют коммутацию выходов триггеров счетчика. Для счетчиков первого типа, эта коммутация выполняется с помощью сигнала управления V, который принимает значения 1 или 0 в зависимости от заданного направления счета. С учетом этого можно записать функции возбуждения триггеров для счетчиков с последовательным переносом в виде:  Откройте файл  Рис. 4.7 Если, сигнал V = 1, то счетчик реализует режим суммирования, в противном случае (V = 0) - обеспечивает режим вычитания. При построении реверсивных счетчиков с двумя счетными входами необходимо учесть, что в режиме суммирования входные импульсы поступают на счетный вход Х, а в режиме вычитания - на Y, причем для нормального функционирования счетчика эти сигналы не должны поступать одновременно. Функции возбуждения триггеров для счетчиков с последовательным переносом будут иметь следующее выражение:  Примером счетчика с двумя счетными входами есть цифровая ИМС К555ИЕ6 или К555ИЕ7. Задание 8. Построить и исследовать двоичный счетчик с произвольным модулем счета. Счетчики с произвольным модулем счета, реализуются на основе нескольких методов. Принцип их построения состоит в исключении некоторых устойчивых состояний обычного двоичного счетчика. Эти состояния исключаются с помощью обратных связей внутри счетчика, образующиеся введением дополнительных логических цепей, соединяющих входы и выходы соответствующих триггеров. Задача синтеза таких счетчиков сводится к определению необходимых обратных связей и минимизации их числа. Число лишних состояний L определяется соотношением:  где: n - разрядность счетчика; М - заданный модуль счета. В общем случае выбор состояний, которые исключаются, определяется назначением счетчика. В зависимости от того, какие состояния исключаются, различают: счетчики с нулевым начальным состоянием и естественным порядком счета; счетчики с начальной установкой кода и естественным порядком счета; счетчики с произвольным порядком счета. Примеры графов функционирования всех трех типов счетчиков для случая n = 3 и М = 5 показаны на рис. 4.8.  Рис. 4.8 Из рис. 4.8,а очевидно, что счетчик считает до кодового состояния  и после его достижения сбрасывается до нуля. Факт попадания счетчика в нерабочее состояние  описывается логическим выражением: Факт появления нерабочего состояния (F=1) счетчика должен фиксироваться логической схемой.Реализуем логическую функцию на элементах И-НЕ. Для этого выражение функции запишем в виде:  Откройте  Рис. 4.9 Запускаем моделирование и убеждаемся, что схема работает правильно и обеспечивает коэффициент счета (деления) равным 5. Вывод: по правилу двоичного вычитания заем из старшего разряда с единичным значением возникает при условии, если все младшие триггеры находятся в нулевом состоянии. Наибольшим быстродействием обладают счетчики с параллельным переносом. Для этого в каждом разряде синхронного счетчика появляется схема совпадения, с помощью которой анализируются состояния всех предыдущих младших триггеров и производится функции переноса согласно таким логическими соотношениями. Лабораторная работа № 5 Исследование регистров памяти 1. Цель работы Ознакомиться с принципами построения и работы регистров памяти, провести исследование схем регистров, приобрести навыки схемотехнического моделирования на персональных компьютерах. Задание_1.'>2. Порядок выполнения работы Задание 1. Построить и исследовать последовательный регистр сдвига на D-триггерах. Последовательный регистр сдвига имеет один информационный вход D, вход синхронизации С, вход сброса R и один информационный выход Q. В таких схемах регистров: целесообразно использовать синхронные двухступенчатые D -триггеры с однофазным приемом информации, имеющие динамические С -входы и независимые установочные входы R и S; входы С всех триггеров объединяют и подключают к общей шине, на которую подаются импульсы сдвига; прямой выход предыдущего триггера соединяется с D - входом следующего. Схема представляет собой четырехразрядный регистр из последовательно включенных D - триггеров. На выходе каждого триггера установлен индикатор логического уровня.  Рис. 5.1 В этом регистре ввод информации производится с входа Х с последующим смещением вправо на один разряд по каждому синхроимпульсу С. По положительному фронту синхроимпульса С = 1 осуществляется запись информации со входов D в триггеры первых ступеней. Выходные уровни триггеров при этом остаются неизменными. По отрицательному фронту синхроимпульса С = 1 входы D-триггеров первой ступени блокируются и записанная в них информация передается в триггеры второй ступени. Возникает переключение выходных уровней D-триггеров. Каждый разряд регистра одновременно принимает информацию из предыдущего разряда и передает информации в последующий. Таким образом, схема на рис. 5.1 представляет собой чисто последовательный регистр со сдвигом числа вправо (вход - Х, выход - Q). Задание 2. Построить и исследовать параллельно-последовательный регистр сдвига на D-триггерах. Параллельно-последовательный регистр сдвига имеет n входов для параллельной записи информации (D1, D2, D3, ...), вход синхронизации С, специальный вход управления V и один выход Q. Регистр имеет 2 режима работы: 1. Режим параллельной записи - когда сигнал V = 1. В этом режиме по синхроимпульсу на входе С, информация из n входов Х1, Х2, ... Хn записывается в триггеры D1, D2, D3, .... 2. Режим сдвига - когда сигнал V = 0. Это позволяет по каждому синхроимпульсов на входе С, информации, которая была ранее установлена в регистре с записью в D1, D2, D3, ... поочередно поступает на выход Q. Модернизируем схему рис. 5.1. Для ввода информации в регистр сигналом V = 1 из n входов Х1, Х2, ... Хn необходимо дополнить схему двухвходовыми логическими элементами И на входе, которые формируют входные сигналы согласно выражению:  . Если на некотором i-м входе Хi = 1, то Di = 1 и i-й триггер переключается в состояние "1" и наоборот - когда на входе Хi = 0, то и i-й триггер переключается в состояние "0".Откройте файл  Рис. 5.2 Включаем моделирование. Очищаем регистр нажатием клавиши R. Управляющим сигналом V = 1 вводим произвольное двоичное число Хi в регистр (нажатием на клавиши А, В, К, D). Сигналом V = 0 и двойным нажатием на клавишу С можно продвигаем введенную информации по регистру. При замыкании выхода последнего разряда через логический элемент ИЛИ со входом D младшего разряда можно реализовать кольцевой регистр сдвига. Открываем файл  Рис.5.3 При синтезе регистра со сдвигом в сторону младших разрядов, выполняем объединение (через логический элемент ИЛИ) прямых выходов каждого последующего разряда регистра с входом параллельной записи предыдущего разряда, то есть реализовать выражение:  . Открываем файл  Рис. 5.4 Для построения кольцевых регистров сдвига удобно и использовать JK - триггеры. Открываем файл  Рис. 5.5 Включите моделирование и проанализируйте работу схему. Задание_3.'>Задание 3. Построить и исследовать реверсивный регистр сдвига на D-триггерах. В реверсивных сдвиговых регистрах, для обеспечения возможности смещения информации в обоих направлениях, выход каждого разряда должен быть связан через логические элементы переключения направления сдвига с входами предварительного и последующего разрядов. Исходя из этого, получим логическое уравнение, описывающее работу схемы управления при использовании D-триггеров:  .Откройте файл  Рис. 5.6 Схема трехразрядного регистра имеет тактовый вход С, вход установки в нулевое состояние R, два входа для последовательного приема информации X при сдвиге в сторону старших разрядов и Y - при сдвиге в сторону младших разрядов, управляющей вход Е для выбора направления сдвига. Включаем моделирование и анализируем работу схемы. Задание 4. Модернизируйте схему реверсивного регистра сдвига на D-триггерах для параллельного приема информации. Открываем файл Включаем моделирование. Вывод: С приходом очередного тактового импульса происходит перезапись (сдвиг) содержимого триггера каждого разряда в соседний разряд (от разряда А к разряду D) без изменения порядка следования единиц и нулей. Лабораторная работа № 6 Исследование шифраторов и дешифраторов 1. Цель работы Ознакомиться с принципами построения и функционирования шифраторов и дешифраторов, провести исследование этих схем, приобрести навыки схемотехнического моделирования на персональных компьютерах. 2. Порядок выполнения работы Задание 1. Построить и исследовать полный шифратор, преобразующий трехразрядный распределительный код в двоичный позиционный. Последовательность синтеза схемы шифратора такова: составить таблицу истинности, которая отражают логику функционирования шифратора; из таблицы истинности получить логические выражения выходных функций шифратора в дизъюнктивной или конъюнктивной форме; с помощью логических элементов реализовать логические функции и построить схему полного шифратора.Открываем один из файлов от Включаем моделирование. Поочередно нажимая (каждую отдельно) клавиши 1-7, следим за состоянием светодиодов на входе и выходе схемы и за показаниями цифрового индикатора. Составляем таблицу истинности (табл. 1).  Рис. 6.3 Анализируя схему, можно обобщить принципы построения шифраторов для многоразрядных распределительных кодов. на входы каждого элемента ИЛИ подключаются разряды распределительного кода с номерами, запись которых в двоичном позиционном коде требует выработки на выходе элемента ИЛИ единичного значения двоичного разряда. К особенности построения схемы шифраторов на элементах И-НЕ необходимо отнести то, что на их вход необходимо подавать инверсный распределительный код. Задание 2. Построить и исследовать приоритетный шифратор 4 2.Шифраторы, которые при одновременном нажатии нескольких клавиш производят код только старшей цифры, называют приоритетными. В таблице истинности приоритетного шифратора 4 2 (табл.. 3) все старшие нули и старшая единица входных переменных определяют исходный код, а значения входных переменных справа от диагонали, образованной цифрами 1, не определяют исходный код - обозначены крестиком.Таблица 3
Из табл. 3 получаем выражения для логических функций Y0, Y1 в виде совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), как суммы минтермов (произведений входных переменных) единичных наборов. При этом будем игнорировать входные переменные, которые не определяют исходный код, а для упрощения выражений используем тождество  и законы де Моргана: ;  .Согласно полученным выражениям построим схемы приоритетного шифратора 4 2 в базисах И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ.Открываем один из файлов от <cd-01-vl.ewb> до <cd-01-v7.ewb>. Проводим анализ схемы шифратора и исправьте ошибки. Включаем моделирование. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||