III методические указания по выполнению задания
ЗАДАНИЕ А I. Постановка задачи Разработайте принципиальную электрическую схему цифрового устройства умножителя положительных чисел в соответствии с заданной структурной схемой рис. 1. Предусмотрите ввод четырехразрядного множимого (А) и двухразрядного множителя В (У1 и У2)
Рисунок 1 – Структурная схема умножителя чисел в прямом коде Формирование левого сдвига при получении частичного произведения следует обеспечить с помощью регистра У5. Сложение частичных произведений выполнит сумматор У6. Обеспечьте последовательный вывод информации в линию связи, предварительно осуществив преобразование параллельной формы представления информации с выхода сумматора в последовательную для выхода в линию. Для такого преобразования используйте регистр У7. При выборе микросхем используйте материал Приложения. II Содержание задания I. Выполните умножение чисел А и В, заданных в двоичной системе счисления, см. табл. 1. Обозначьте разряды сомножителей как А4, A3, A2, A1 и В4,B3, B2, В1; частичные произведения и полученный результат S4, S3, S2 ,S1, S0. Выполните проверку в десятичной системе счисления.
Таблица 1 – Исходные данные
2. Выполните синтез шифратора У1. 2.1. Составьте таблицу истинности полного десятичного шифратора У1. 2.2. Запишите логические функции выходов шифратора. 2.3. Постройте логическую схему шифратора на интегральных логических элементах микросхемы серии KI55. 2.4. На логической схеме шифратора жирной линией обозначьте "возбужденные" шины, по которым передается сигнал "1" для множимого А (см. табл. 1). 3. Произведите выбор микросхемы двоично-десятичного счетчика У 2. 3.1. Обеспечьте путем соединения выходов со входами Rкоэффициент пересчета N=3. Параллельным кодом с выходов 1 и 2 будут поступать разряды множителя В. 4. Начертите две комбинационные логические схемы У3 и У4, формирующие частичные произведения, исходя из заданных на структурной схеме входных и выходных логических сигналов. Следуйте методическим указаниям п. Ш. 4.1. Выберите микросхему для данных схем У3 и У4. 4.2. Обозначьте жирной линией (шины) соединения в схеме, несущие сигнал лог. 1. 5. Произведите выбор микросхемы регистра У5, выполняющего функцию сдвига множимого А, подключите информационные входы и выходы микросхемы, организуйте режим записи и "Уст. О". 6. Произведите выбор микросхемы четырехразрядного параллельного сумматора, выполняющего сложение 1-го и 2-го частичных произведений У6. 6.1. Подключите, следуя выбранной логике построения схемы (см. рис. 1), входные выводы микросхемы сумматора. 6.2. Нанесите значения логических сигналов 0 и 1 на входах и выходах сумматора для заданного вам варианта. 7. Произведите выбор микросхемы регистра, выполняющего преобразование параллельной формы представления информации в последовательную (У7). 7.1. Начертите диаграмму работы регистра, преобразующего параллельную форму представления двоичного числа в последовательную, под действием шести тактовых (синхронизирующих) импульсов.
Исходные данные для построения - произведение, полученное в расчетах п.1; нанесите это двоичное число параллельным кодом на диаграммы D1 – D6. Затем осуществите построение для левого сдвига при подаче шести тактовых импульсов на вход С. 7.2. Обозначьте выход регистра У7 в линию связи. 8. Начертите полную принципиальную электрическую схему цифрового умножителя положительных чисел, соответствующую структурной схеме рис. 9, используя УГО интегральных микросхем всех устройств У1-У7, выбор которых произведен вами в п.п. 2-8. 8.1. Обозначьте все микросхемы в соответствии с требованиями ЕСКД как DD1, DD2 и т.д.,. логические элементы микросхемы обозначайте DD1.1, DD1.2 и т.д. Проставьте номера выводов микросхем. 8.2. Нанесите на принципиальную схему логические сигналы (1 и 0), обусловленные исходный данными вашего задания, см.п. I. 8.3. Составьте перечень элементов для данной принципиальной схемы. 9. Дайте краткое техническое описание работы схемы умножителя для заданного вам примера умножения двух чисел.
III МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ Для разработки принципиальной схемы цифрового устройства умножителя положительных двоичных чисел необходимо предварительно изучить [1. § 3.3, с. 158, 162-163]. П р и м е р. Разберем процесс умножения двоичных чисел на примере умножения чисел А=9 и В = 3, заданных в десятичной системе. Представим числа 9 и 3 в двоичной системе счисления и обозначим их разряды соответственно А4, Аз, А2, А1 и В4, B3, В2, B1: 9 (10) = 1 0 0 1 (2) А4 A3 А2 A1 четыре разряда 3 (10) = 0 0 I I (2) или I I (2) В4 Вз В2В1 В2 В1 два разряда Задано: сомножитель А имеет 4 разряда, В - 2 разряда. Выполним умножение: 11 1001 1001
Запишем в принятых обозначениях:
1 0 0 1 1 1
1 0 0 1 А4В1 А3В1 А2В1 А1В1 1 0 0 1
1 1 0 1 1 S4 S3 S2 S1 S0
Произведение образуется как сумма первого и второго частичных произведений, здесь разряды обозначены соответственно как разряды суммы S4 S3 S2 S1 S0
2. Синтез шифратора 2.1. Синтез шифратора У1 сомножителя А следует начать с составления таблицы истинности, см. [1, табл. 3.5, с. I83]. 2.2. Запишите логические функции выходов через логическую операцию ИЛИ [1, с. 183], а также через операцию И-НЕ [1, с. 184]. 2.3. Постройте логическую схему шифратора в базисе И-НЕ [1,с. 182, рис. 3.I8]. Произведите выбор микросхемы и все логические элементы обозначьте DD1.1, DD1.2,...DD2.1,DD2.2... см. рис. 2
1 0
Рисунок 2 - Логическая схема шифратора в базисе И-НЕ
2.4. Обозначьте возбужденные шины на логической схеме шифратора. Все входы подключите через инверторы. Полная принципиальная схема шифратора займет примерно одну страницу. Выполнение п. 2.4 задания (обозначить "возбужденные" шины) показано на рис.2 и, причем на выходе инвертора (У9) — "возбужденная" шина передает сигнал "0", который является активным для логических элементов И-НЕ. Приведите перечень используемых микросхем с указанием их типа, количества и выполняемой функции. 3. Выбор и включение микросхемы двоичного либо двоично-десятичного счетчика 3.1. Задано: второе число (множитель В) поступает параллельным кодом с выходов счетчика на входа У4 комбинационной логической схемы (КЛС) для получения первого частичного произведения. В качестве счетчика можете использовать микросхемы двоичного или двоично-десятичного счетчика. Если коэффициент пересчета счетчика (цикл) N задан, то счетчик должен сбрасываться в "0" после установления в счетчике числа, равного N. Например, N= 3, т.е. вдвоичной системе счисления 11 (2). Третий импульс в цикле произведет сброс счетчика в "0", поэтому выходы счетчика с весовыми коэффициентами 1 и 2 следует подключить ко входам сброса R. 4. Комбинационные логические схемы У 3 и У 4.
При выполнении умножения чисел А и В образуется первое частичное произведение, представленное разрядами A4 . B1, A3 .B1, A2 . В1, A1 ,B1 при умножении числа А на первый разряд B1 сомножителя В и второе частичное произведение, представленное разрядами А4.В2, А3 . В2, А2 , В2 и А1. В2 при умножении числа А на второй разряд В2 сомножителя В. Следует реализовать технически разряды перечисленных первого и второго частичных произведений с помощью конъюнкторов (логических элементов "И"), см. пояснение рис.3.
А1 . В2
А2 . В2
В2
Рисунок 3 – Реализация разрядов второго частичного произведения с помощью логических элементов И
4.1. Полученные комбинационные схемы (У3 и У4), формирующие разряды частичных произведений, вычертите с учетом норм ЕСКД, обозначьте каждый логический элемент как DDП.1, DDП.2 и т.д. (П - номер микросхемы с учетом ранее выбранных в п.п. 1-3 задания). 4.2. Это задание выполняется аналогично п.п. 2.4, см. рис. 2. 5. Регистр сдвига. При умножении А на В образование второго частичного произведения можно представить как множимое А, сдвинутое влево на один разряд, см. пример на с. 4. Такую функцию сдвига влево выполняет сдвиговый регистр. Произведите выбор ИМС четырехразрядного сдвигового регистра. Обеспечьте режим сдвига влево путем соответствующего включения управляющих входов С1, С2, V1, V2,см. (5, с. П1-П2]. В регистре обеспечивается два режима работы "Запись" и "Сдвиг". Выбор режима обеспечивается сигналом на входе V2. Если V2 = I, регистр работает в режиме записи и информация со входов D0 – D 8 записывается в регистр параллельно по срезу сигнала синхронизации (С2). Если V2 = 0, производится сдвиг информации по срезу сигнала синхронизации CI. Если последовательный вход информации V1 не используется, то и его вход CI подключается на корпус. Выходы КЛС второго частичного произведения подключите к информационным входам D 1 – D 4 регистра в соответствии со структурной схемой рис.1. 6. Сумматор четырехразрядный, выполняющий сложение частичных произведений. Сумматор предназначен для выполнения операции алгебраического сложения двоичных чисел. 6.1. Разряды первого и второго частичного произведений подключите ко входам В и А сумматора в соответствии со структурной схемой рис. 1. Первый разряд суммы S0 = A1х х B1 не поступает на вход сумматора, а передается как первый разряд, результата на вход регистра У7. Первый разряд A1. B2 второго частичного произведения суммируется со вторым разрядом А2 B1 первого частичного произведения (см. стр.4) с образованием суммы разряда S1; здесь следует заметить, что второе частичное произведение сдвинуто относительно первого влево на один разряд. Аналогично подключаются остальные разряды первого и второго частичных произведений, см. рис. 1. Вход сумматора А4 подключите на корпус, так как пятого разряда слагаемого в наших примерах нет.
6.2. Значения логических сигналов 1 и 0 нанесите на изображение выводов микросхемы сумматора с учетом заданных Вам чисел, см. табл. 1. Выполняйте так же, как в п.п. 2.4. 7. Регистр, преобразующий параллельную форму двоичного числа в последовательную. Результат - произведение А х В, полученное в виде суммы первого частичного произведения со "сдвинутым" на один разряд вторым частичным произведением, представлен в данной схеме шестиразрядным двоичным числом в параллельной форме Р5 S4 S3 S2 S1 S0, снимаемым с выходов сумматора. В разрабатываемой схеме выходная информация передается в линию в последовательной форме. Такая ситуация возможна в сетях ЭВМ при межмашинном обмене информацией по 1 линии согласно протоколу обмена. Протокол обмена - соглашение, в котором указано, что первым передается сигнал управления (стартовый сигнал), вторым - сигнал подтверждения с приемного конца, после второго сигнала передается информация (6 бит), таким образом, длина передаваемого слова информации - 8 бит (I Байт). Чтобы преобразовать параллельную форму представления двоичного числа в последовательную, применяется регистр параллельно-последовательного действия. Начертите УГО восьмиразрядного сдвигового регистра. Выводы, по которым передается результат Р5 - S0, подключите к информационным входам регистра D 0 – D 5, входы D 6 и D 7, не используются, подключите их на корпус. Выход Q5 подключите к линии. 7.1 Диаграмму работы регистра, преобразующего параллельную форму представления двоичного числа в последовательную под действием шести тактовых импульсов, рассмотрим для примера, когда результат равен 101011, см. рис. 4. Выполните построение диаграммы работы регистра для заданного вам примера с учетом исходных данных табл. 1 и расчетов в п. 1. 8. Для вычерчивания полной принципиальной схемы цифрового устройства используйте нормы ЕСКД и требования ГОСТ 2.743-82. 8.1. На отдельном листе, используя табл. 2, приведите спецификацию с указанием принятых обозначений микросхем DD1 и т.д. 8.2. Краткое техническое описание работы схемы приведите для заданного вам примера умножения двух конкретных чисел, см. п.п. I задания. Основой для технического описания является п.п. "Постановка задачи", см. с. 1, каждую позицию которого следует раскрыть, подробнее объясняя принцип работы каждого элемента схемы при решении вашего конкретного примера, при этом следует в тексте указывать номер элемента (например, УЗ) по структурной схеме и его обозначение по принципиальной схеме, например, DD5 с его полным техническим названием. Укажите технические особенности построения схемы, используйте методические указания по выполнению данной работы.
слово
С S0 Q0
S1 Q1
S2 Q2 0
S3 Q3
S4 Q4 0
P5 Q5 Выход в
0 0
В ы х о д н о е с л о в о
Рисунок 4 – Диаграмма работы регистра
Таблица 2 – Перечень элементов схемы
ЗАДАНИЕ B
I. Постановка задачи Разработайте принципиальную электрическую схему устройства динамической цифровой индикации в соответствии с заданной структурной схемой рис. 1. Обеспечьте индикацию n - десятичных цифр на семисегментных полупроводниковых индикаторах. Ввод информации производится параллельно в двоично-десятичном коде (тетрадами: единицы, десятки, согни, тысячи), см. рис. 1. Коммутатор обеспечивает поочередное подключение входной информации (цифру единиц, цифру десятков и т.д. в двоично-десятичном коде). Преобразователь У2 двоично-десятичный (2-10) код преобразует в код семисегментного цифрового индикатора. Счетчик УЗ непрерывно подсчитывает входные импульсы, подаваемые от генератора Gт, коэффициент пересчета счетчика N = n, т.е. числу индикаторов. Каждое состояние счетчика У3 дешифрирует дешифратор У4, подключая соответствующий индикатор. Конкретные типы микросхем выберите в Приложении. П. Содержание задания I. Разработайте принципиальную схему коммутатора У1 на микросхемах мультиплексоров серии KI55. Следуйте методическим указаниям с. I.I. Выполните синтез мультиплексора, коммутирующего nинформационных входов, данные по вариантам приведены в табл. 1. 1.1(а). Приведите таблицу истинности мультиплексора и его условное графическое изображение. 1.1(6). Запишите логическую функцию выхода Qв СДНФ. 1.1(в). Постройте логическую схему данного мультиплексора.
Таблица 1 – Исходные данные
1.2. Произведите выбор микросхемы мультиплексора для вашего варианта, см. Приложение. 1.3. Начертите полную схему коммутатора на выбранных вами в п. 1.2 микросхемах мультиплексора. 2. Произведите выбор микросхемы преобразователя У2 двоично-десятичного кода в код цифрового индикатора. Тип индикатора задан в табл. 1. 2.1. Начертите УГО выбранного преобразователя и его таблицу истинности со всеми обозначениями, принятыми по данной микросхеме. Следуйте методическим указаниям с.. 3. Подключите к выходам преобразователя параллельно п- цифровых индикаторов, см. структурную схему рис. 1. 4. Выберите микросхему двоичного счетчика (У3) и начертите его условно-графическое обозначение. 4.1. Начертите таблицу состояний счетчика с учетом того, что коэффициент пересчета N = n ., см. табл.1 (где n - число индикаторов). 4.2. Начертите диаграмму состояний заданного счетчика n-ым входным импульсом все триггеры счетчика сбросятся в "0", проверьте соответствие. 4.3. Обеспечьте "Уст. 0" в счетчике путем определенного соединения выходов счетчика со входами R.
Рисунок 1 – Структурная схема устройства цифровой динамической индикации
5. Выполните синтез дешифратора У4, который расшифровывает состояние счетчика и формирует номер (адрес) подключаемого индикатора. По структурной схеме (см. рис.1) проследите подключение выходов счетчика У3 ко входам дешифратора У4. 5.1. Составьте таблицу истинности дешифратора У4 с учетом заданного вам значения n (табл.1). 5.2. Запишите логические функции выходов через операцию И, а также через операцию И-НЕ. 5.3. Постройте логическую схему дешифратора в базисах И, ИЛИ, НЕ, а также в базисе И-НЕ. 5.4. Произведите выбор микросхемы дешифратора, начертите УГО этой микросхемы. Выходы подключите соответственно к каждому индикатору. 6. Начертите полную принципиальную электрическую схему устройства динамической цифровой индикации, соответствующую структурной схеме рис.1, используя УГО интегральных микросхем всех устройств У1 - У п, выбор которых произведен вами в п.п. 2-5. 6.1. Обозначьте все микросхемы в соответствии с требованиями ЕСКД как DD1, DD2 и т.д., логические элементы микросхемы обозначайте DD1.1, DD1.2 и т.д. Проставьте номера выводов микросхем. 6.2. Нанесите на принципиальную схему логические сигналы (I и 0), соответствующие фиксированному состоянию схемы в момент высвечивания заданной цифры i- ым индикатором. Данные приведены в табл. 2.
Таблица 2 – Исходные данные
Обозначьте шины, передающие сигнал логической единицы, жирной линией. 7. Приведите перечень элементов для данной принципиальной схемы. 8. Дайте краткое техническое описание работы схемы устройства динамической цифровой индикации в целом и конкретно для фиксированного состояния, определенного данными табл. 2.
III МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ
Назначение схемы динамической цифровой индикации
Динамическая цифровая индикация широко применяется в радиоизмерительной аппаратуре. В отличие от статической индикации, когда осуществляется постоянное подсвечивание индикатора, при динамической индикации осуществляется поочередное включение индикаторов через общую цепь преобразования кода. Достоинство - экономия преобразователей кодов и соединительных проводов, что весьма существенно, если схема динамической цифровой индикации удалена от источника информации. Сущность работы схемы цифровой динамической индикации представлена в постановке задачи, см. с., о роли счетчика в схеме. На вход счетчика У3 подаются тактовые импульсы от генератора Gт, период тактовой частоты которых выбирают выше разрешающей частоты человеческого глаза, т.е. от 10 до 15 мс, чтобы не было заметно "мигания" индикаторов. Число индицируемых цифр представлено количеством индикаторов в схеме и определяет коэффициент пересчета счетчика У3, кроме того, число выходов (разрядов) счетчика равно числу адресных входов мультиплексора. Принцип работы схемы динамической цифровой индикации
Например, если необходимо высветить" (индицировать) первую цифру измеряемого параметра (единицы), то разряд "I" подключается ко входу D0 первого мультиплексора, разряд "2" - ко входу D0 второго мультиплексора и т.д., разряд "8" подключается ко вxодy D0 четвертого мультиплексора при поступлении комбинации 00 (либо 000) на адресные входы А мультиплексоров. Адрес 00 (000), 01 (001) и т.д. задается на входах мультиплексоров сигналами с выходов счетчика У3, см. рис. 1. Двоичные комбинации 00, 01 и т.д. отражают состояние счетчика при поступлении входных импульсов от генератора Gт.В рассматриваемом примере при комбинации 00 (000) на адресных входах А информация со входов Д0 передается на выходы Q мультиплексоров. Например, если индицируется цифра "9" (единицы), то на входах D0 и, соответственно, на выходах Q мультиплексоров присутствует двоичный код 1001, см. рис. 2. Этот двоично-десятичный код поступает на вход преобразователя У2 (2-10) в 7-S (двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора).Выходы данного преобразователя передают сигналы на входы первого полупроводникового цифрового индикатора и высвечивают соответствующую цифру, в нашем примере 9. С приходом следующего входного импульса от генератора Gтсчетчик У3 фиксирует состояние 01 (либо 001), этот двоичный код поступает на адресные входы мультиплексоров и подключает разряды цифры десятков со входов D1 мультиплексоров к выходам Q. Цифра десятков в двоично-десятичном коде поступает на входы преобразователя У2, выходные сигналы которого поступают на входы индикаторов, но в данный момент подключается только один, номер которого соответствует коду 01 (01(2) = 1 (10)). Номер подключаемого индикатора задается в двоичном коде с выходов счетчика УЗ, который затем дешифрируется дешифратором У4. Выходы дешифраторов подключены ко входам Sиндикаторов У5, У6,... Уn, см. рис. 1. Таким образом, в данный момент времени первый индикатор "высветит" цифру 9 ("единицы" в нашем примере). С приходом следующего тактового импульса состояние счетчика УЗ станет 01 (001), подключается второй индикатор и высветит следующую цифру ("десятки" в нашем примере) и т.д.
I. Выбор схемы коммутатора. Для выполнения задания п. I выясните роль коммутатора У1 в данной схеме, изучив назначение и принцип работы рассматриваемой схемы. Разберите принцип построения коммутатора У1 на мультиплексорах, см. рис. 2. Число мультиплексоров в схеме коммутатора равно п, т.е. равно числу десятичных разрядов индицируемого параметра, что соответствует числу индикаторов в схеме. Данные для своего варианта берите из табл. 1. 1.1 Синтез мультиплексора Число информативных входов мультиплексора Д0 – Д n-1 нам задано в табл. 1и равно п,. В соответствии с этим число адресных входов А легко определить из соотношения n ≤ 2А, где А - число разрядов адреса (или число адресных входов). Так, для n = 4 число адресных входов равно 2 (A1 и А2), см. рис. 14 Для n = 5, либо 6 число адресных входов равно 3 (A1, A2 и Аз). Методика синтеза мультиплексора представлена в [I, с. 194-195]. 1.1(a). В отчете приведите ответы к п.1.1(а) в виде рисунка, см. рис. 3.
DD1 DD3
DD2
От выходов счетчика
Рисунок 2 – Схема коммутатора
Рисунок 3 – Условное графическое обозначение и таблица истинности мультиплексора
1.1(6). Изучите [l, с. 195, выражение(3.24)], следуя методике, запишите Qдля своего варианта. 1.1(в) Логическую схему мультиплексора постройте в базисе И, ИЛИ, НЕ либо в базисе И-НЕ, при этом следует выполнить предварительно преобразования. 1.2 При выборе микросхемы мультиплексора обратите внимание на то, что число информационных входов D выбранной микросхемы должно быть не меньше заданного числа п,, больше может быть, но тогда лишние входы будут не задействованы (в схеме подключены на корпус). С малым числом информационных входов коммутируемых каналов (n ≤ 4) целесообразно выбирать микросхему сдвоенного мультиплексора. В таких мультиплексорах задание адреса осуществляется одновременно для обеих половинок схемы. Незадействованные стробирующие входы С (в обозначениях для микросхем S, S либо Х1, см. Приложение) подключайте на корпус. 1.3 Вычертите, используя УГО выбранной в п. 1.2 микросхемы мультиплексора, полную схему коммутатора аналогично рис. 2 с принятым для микросхемы обозначением и нумерацией выводов. 2 Преобразование двоично-десятичного кода в код цифрового индикатора Преобразование входного двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора (на схеме рис. 1 обозначено (2-10) → 7S) выполняет преобразователь У2, в данном случае в качестве которого вам следует применить микросхему дешифратора, двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора К514ИД1, см. Приложение, [4, с. 244-245]. По данной теме изучите [l, с. 190-193]. 2.1. УГО преобразователя, обозначения и названия выводов см. в Приложении. Таблицу истинности преобразователя см. в [1, с. 190, табл. 3.10].
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|