Цифровые устройства и микропроцессоры (microprocessor)

Посмотреть архив целиком

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

    1. получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;

    2. построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

    3. провести анализ работы полученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.

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

  1. Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 1010, начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров, показывающую запись отдельных цифр - 7

  2. 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

  3. Построить схему суммирующего счётчика Т-триггеров ёмкостью 28 - 8

  4. 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

  5. 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.

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

  2. Назначение и основные функции микропроцессора? - 13

  3. 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.

  1. 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


        1. Выполнить арифметические операции над двоичными числами, используя обратный код:

а) 10111012-1101112; b) 10101112-11100112


  1. 10111012-1101112=1001102 _ 1011101

110111

+01011101

11001001

00100110

100110


  1. 10101112-11100112=-11011 _ 1010111

1110011

+ 01010111

10001101

11100100

- 11011



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

а) , b)






        1. По таблице работы логического устройства записать СКНФ:

    1. получить минимальную нормальную форму (мкнф) с помощью метода Квайна;

    2. построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

    3. провести анализ работы полученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.


Для данной функции СКНФ будет иметь вид:


  1. 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:


  1. построить логическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;


Л
огическая схема данного устройства в базисе ИЛИ-НЕ:

  1. 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.


        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).

        1. Построить схему регистра D-триггеров для записи числа 1010, 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



        1. 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.


        1. 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:


        1. 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:





        1. 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):

  • шаг выводов 2,5 мм (изображение корпуса приведено на рисунке ниже);

  • напряжение питания 55% 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.




        1. 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: , 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).



        1. 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.



        1. 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








  1. Использованная литература


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


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


    1. «Цифровые устройства и микропроцессоры», учебно-методическое пособие, Болгов В.В. – Воронеж 1998 г.

15




Случайные файлы

Файл
MED_AI.DOC
dip2.doc
4143.rtf
169308.rtf
3029-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.