Цифровые устройства и микропроцессоры

  • Вид работы:
    Тип работы
  • Предмет:
    Электротехника
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    100,96 kb
  • Опубликовано:
    2008-12-09
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

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)   16 - 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.


Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!