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) , 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)
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
|
S
|
R
|
C
|
Q
|
Режим
работы
|
|
Входы
|
Выходы
|
Н
|
Н
|
/
|
|
Инверсия
|
|
C
|
S
|
R
|
Q
|
|
L
|
Н
|
/
|
Н
|
Запись Н
|
|
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).
6.
Построить
схему регистра D-триггеров для
записи числа 1010, начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу
состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр
Десятичная запись
|
10
|
5
|
2
|
1
|
Двоичная запись
|
1010
|
101
|
10
|
1
|
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 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.
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).
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
|
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
|
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
|
|
|
|
|
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.