Реферат: 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

                                                                                  радиотехническогофакультета з/о

                                                                                  Оларь Андрей Геннадьевич                     

                                                                                  шифр00/72                                                  

                                                                                  347800Ростовская 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 обратныйкод: а) 10111012-1101112;b)10101112-11100112… — 4

3.   Упростить выражение, применив правила де Моргана и основные тождестваалгебры логики: а) />, b)/>  — 4

4.   />/>Потаблице работы логического устройства записать СКНФ:… — 5

                /> 

a)   получить минимальнуюнормальную форму (мкнф) с помощьюметода Квайна;

b)   построить логическуюсхему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

c)   провести анализ работыполученной 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 еговходы последовательно подавать сигналы:… — 6

/>

6.   Построить схему регистра D-триггеров для записичисла 1010, начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состоянийего триггеров, показывающую запись отдельных цифр… — 7

7.   Частота следования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256кГц. Сколько триггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе получить импульсс 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 выдачейзвукового сигнала. Частота генератора – 1700 герц. Предусмотреть кнопки пуска,остановки и сброса. Указание: для сравнения заданного времени, следует использоватьмикросхему сравнения (типа К531СП1). — 8

10. Найти посправочнику микросхему К555ИР9. Нарисовать её условное изображение ивыписать параметры (с учётом обозначения):… — 11

а) типоразмер и изображение корпуса; б) напряжениепитания и выводы, на которые оно подаётся; в) напряжения логических нуля иединицы; 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 означаютсокращения: ТТЛ, ДТЛ, n-МОП? Указать их основные отличительныехарактеристики… — 12

12. Назначение иосновные функции микропроцессора?.. — 13

13. Используякоманды типового МП К1804, составить программу в машинных кодах:… — 14

Øвыполнить загрузку числа 12 вячейку Q, а 9 в РОН с адресом 3;

Øиз первого числа вычесть число8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресом первого числа;

Øтретье число сдвинуть на одинразряд вправо и сложить с суммой первых двух чисел. Результат разместить в РОНс адресом 9.

14. Использованнаялитература… — 14

1.   Расставить числа впорядке возрастания и объяснить свой выбор:

 (8910, 2Е16,578, 1110112)

Переведём данные числа вдесятичную систему исчисления, кроме 8910, так как это число ужеявляется 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.  Выполнитьарифметические 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.  Упроститьвыражение, применив правила де Моргана и основные тождества алгебры логики:

а) />,b) />

a)   />/>/>

b)   />

4.  />/>По таблице работы логическогоустройства записать СКНФ:

                /> 

a)   получитьминимальную нормальную форму (мкнф) спомощью метода Квайна;

b)   построитьлогическую схему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

c)   провестианализ работы полученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.

Для данной функции СКНФ будет иметь вид:

/>

a)   получимМКНФ данной функции с помощью метода Квайна:

Сравнимпопарно все члены функции: 1 и 2 члены не имеют общих импликант; 1 и 3 члены />;   3 и 5 члены />;   4 и 5 члены />.

Составимтаблицу:

/>

/>

/>

/>

/>

/>

* *

/>

* *

/>

* *

Из таблицы видно, что МКНФ данной функции будет иметь вид:

/>

b)  построить логическуюсхему устройства в базисе ИЛИ-НЕ;

/>
Логическая схема данного устройства в базисе ИЛИ-НЕ:

c)  провести анализ работыполученной схемы при х1=1, х2=0, х3=0.

Данноеустройство 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 элементовактивным логическим сигналом является «1»,  следовательно, у(1,0,0) =1.

5.  Нарисоватьсимволическое изображение и таблицу работы синхронного RS-триггера. В какоесостояние перейдёт триггер, если на его входы последовательно подавать сигналы:

                               />

Символическоеизображение RS-триггера с инверсными входами:

/>

Таблица работысинхронного 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 Q

/>

Н L / L Запись L 1 Q

/>

L L /

Q*

Предшествующее состояние 1 Q

/>

1 1 Q

/>

1 Q

/>

1 1 1 1 1 1 1 1 1 * *

Как видно изтаблицы № 2, состояние сигналов на входах S=R=C=1 недопустимо, что обозначено «*»(это является основным недостатком RS-триггеров).

6.  Построитьсхему регистра D-триггеров для записи числа 1010,начиная с цифры младшего разряда. Составить таблицу состояний его триггеров,показывающую запись отдельных цифр

Для записи 4-хразрядного числа, начиная с цифры младшего разряда, целесообразно применить неотдельные D-триггеры (К555ТМ2, ТМ7, ТМ8, ТМ9), асдвигающий регистр К555ИР11А (смотреть рисунок). Биты 4-х разрядного числа надоподавать на вход D и сдвигать импульсами с входа L.

Десятичная запись 10 5 2 1 Двоичная запись 1010 101 10 1

/>

7.  Частотаследования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256 кГц. Сколькотриггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой32 кГц, 4 кГц

Каждый триггерсчётчика уменьшает частоту в два раза, следовательно, частота на входе счётчика– 210=1024 кГц.

Составимтаблицу 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 чегоследует, что для получения на выходе счётчика импульса с частотой 32 кГц, счётчикдолжен состоять из 5-ти триггеров. А для получения, на выходе счётчика, импульсас частотой 4 кГц, счётчик должен состоять из 8-ми триггеров.

8.  Частотаследования импульсов на выходе второго триггера счётчика – 256 кГц. Сколькотриггеров должен иметь счётчик, чтобы на его выходе получить импульс с частотой32 кГц, 4 кГц

Т – триггеры,в отличие от D и JK –триггеров, выпускаются в интегральной форме не в виде отдельных микросхем, авиде двоичных счётчиков, например: К555ИЕ19 – два 4-х разрядных двоичныхсчётчика. Ёмкость счётчика 28=4*7. При этом 710=1112.

Нижеприведена схема счётчика:

/>

9.  Разработатьлогическую схему таймера с прямым отсчётом времени и выдачей звукового сигнала.Частота генератора – 1700 герц. Предусмотреть кнопки пуска, остановки и сброса.

Указание: для сравнения заданноговремени, следует использовать микросхему сравнения (типа К531СП1)

Частота 1,7 кГц является не стандартной частотой (вбольшинстве случаев применяются генераторы с кварцевым резонатором частоты,например: 100 кГц, либо с синхронизацией от сети 50 Гц). Если таймер долженотсчитывать время в секундах (в задании это не оговорено), то входнуюпоследовательность импульсов необходимо разделить на 1700=17*10*10, что легкоможет быть реализовано с применением микросхем К555ИЕ19 и К555ИЕ20.

МикросхемаК555СП1 позволяет сравнивать без приращения разрядности 4-х разрядные двоичныекоды. Так как в задании не оговорен предел измерений таймера, то мы можем ограничитьсяпределом 16 секунд.

Функциональнаяи принципиальная схемы таймера представлены ниже:

 

/>

/>

10.     Найтипо справочнику микросхему К555ИР9. Нарисовать её условное изображение ивыписать параметры (с учётом обозначения):

а) типоразмер иизображение корпуса; б) напряжение питания и выводы, на которые оно подаётся;в) напряжения логических нуля и единицы; г) ток потребления (потребляемаямощность); д)диапазон рабочих частот; е) интервал рабочих температур; ж)время задержкивключения (выключения); з) коэффициент объединения по входу; и) коэффициентразветвления 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% Вна 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.     Чтоозначают сокращения: ТТЛ, ДТЛ, n-МОП? Указать ихосновные отличительные характеристики.

ТТЛ – транзисторно-транзисторнаялогика, ДТЛ – диодно-транзисторная логика, n-МОП– логика на униполярных транзисторах с n-каналом.Все эти сокращения обозначают тип схемотехники и конструкции цифровыхмикросхем.

В настоящеевремя ДТЛ не применяется, ТТЛ вытеснены совместимыми с ними по уровням питанияи 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 позволяютпроизводить сравнение базовых ЛЭ различных серий, являются:

Äнапряжение источника питания – определяется величинойнапряжения и величиной его изменения. ТТЛ – рассчитаны на напряжениеисточника питания равное 5 В ± 5%.Большая часть микросхем на КНОП структурах устойчиво работает принапряжении питания от 3 до 15 В, некоторые – при напряжении 9 В ± 10%;

Äуровень напряжения логического нуля и логической единицы –это уровни напряжения, при которых гарантируется устойчивое различение логическихсигналов, как нуля, так и единицы. Различают пороговое напряжение логическогонуля (U0пор) и логической единицы(U1пор). Напряжение низкого ивысокого уровня на выходе микросхем ТТЛ U0пор<2,4В; U1пор>0,4 В. Для микросхемна КНОП структурах U0пор<0,3*Uпит; U1пор>0,7*Uпит. В тоже время отклонение выходных напряженийот нулевого значения и напряжения питания, достигают всего несколькихмилливольт;

Äнагрузочная способность – характеризуется количествомэлементов той же серии, которые можно подключить к выходу элемента бездополнительных устройств согласования и называется коэффициентом разветвленияпо выходу. Для большинства логических элементов серии ТТЛ составляет 10,а для серии КМОП – до 100;

Äпомехоустойчивость – характеризуется уровнем логическогосигнала помехи, которая не вызывает изменения логических уровней сигнала на выходеэлемента. Для элементов ТТЛ статическая помехоустойчивость составляет неменее 0,4 В, а для серии КНОП – не менее 30% напряжения питания;

Äбыстродействие – определяется скорость переключениялогического элемента при поступлении на его вход прямоугольного управляющего сигналатребуемой величины. Предельная рабочая частота микросхем серии ТТЛсоставляет 10 МГц, а микросхем на КНОП структурах – лишь 1 МГц.Быстродействие определяется так же, как и среднее время задержки распространениясигнала: />, где />и /> — времена задержкираспространения сигнала при включении и выключении. Для микросхем ТТЛ />составляет около 20 нс, адля микросхем на КНОП структурах – 200 нс;

Äпотребляемая микросхемой от источника питания мощность– зависит от режима работы (статистический и динамический). Статистическая средняямощность потребления базовых элементов ТТЛ составляет несколько десятковмилливатт, а у элементов на КНОП структурах она более чем в тысячу разменьше. Следует учитывать, что в динамическом режиме, мощность, потребляемаялогическими элементами, возрастает;

Äнадёжность – характеризуется интенсивностью частотыотказов. Средняя частота отказов микросхем со средним со средним уровнеминтеграции составляет: />1/час.

Длясогласования уровня сигналов ТТЛ и КНОП применяют специальные ИМС (например,К564ПУ4).

12.     Назначениеи основные функции микропроцессора?

Процессорпредназначен для выполнения арифметической и логической обработки информации.Арифметические и логические операции можно выполнять как на дискретных элементахи на основе микросхем малой и средней степени интеграции, что приводит к ростуразмеров процессора, так и на БИС. В последнем случае говорят о микропроцессоре(МП).

Кфункциям микропроцессора можно отнести:

Ø выбор из программной памяти ЭВМ команд, дешифрация и выполнениеих;

Ø организация обращения к памяти и устройствам ввода-вывода;

Ø выполнение запросов на прерывание;

Ø подача сигналов ожидания для синхронизации работы с медленно действующимиустройствами 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 МПорганизуется по командам, записанным в памяти и поступающим в МП в порядкевозрастания номеров ячеек, в которые они записаны.

13.     Используякоманды типового МП К1804, составить программу в машинных кодах:

Øвыполнитьзагрузку числа 12 в ячейку Q, а 9 в РОН с адресом 3;

Øиз первогочисла вычесть число 8 из шины данных, результат разместить в РОН с адресомпервого числа;

Øтретьечисло 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 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 б 1 1 1 1 1 1 1 1 1 в 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

14.     Использованнаялитература

 

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.