←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА
Ю. К. Тлостанов
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
"ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ"
НАЛЬЧИК 2002
УДК 681.335.5 (075)
ББК 73 я75
Т 49
Рецензент:
заместитель директора по научной работе
Института информатики и проблем регионального управления
Кабардино-Балкарского научного центра
Т.Х.Иванов
Тлостанов Ю.К.
Лабораторный практикум по дисциплине "Основы цифровой техники". – Каб.-Балк. ун-т, 2002. – 110 с.
Рассмотрены вопросы, связанные с проектированием и применением наиболее распространенных цифровых узлов и устройств с жесткой логикой работы, являющихся основой для реализации различных средств обработки информации и управления.
Предназначен для студентов специальности 220200 "Автоматизированные системы обработки информации и управления".
Рекомендовано РИСом университета
УДК 681.335.5 (075)
ББК 73 я75
Кабардино-Балкарский государственный
университет им. Х.М. Бербекова, 2002
Содержание
Предисловие……………………………………………………….……… 4
Лабораторная работа 1. Логические элементы ………………………….. 5
Лабораторная работа 2. Проектирование комбинационных цифровых устройств в заданном базисе логических элементов…..…………………
19
Лабораторная работа 3. Проектирование и исследование дешифраторов……………………………………………………………………………
37
Лабораторная работа 4. Двоичные сумматоры…………………………… 47
Лабораторная работа 5. Цифровые компараторы………..……………… 56
Лабораторная работа 6. Устройства контроля работоспособности ЦУ… 61
Лабораторная работа 7. Мультиплексоры и демультиплексоры...…….. 69
Лабораторная работа 8. Синтез и исследование триггеров……………… 77
Лабораторная работа 9. Регистры…………………….…………………… 92
Лабораторная работа 10. Цифровые счетчики импульсов.…………….. 100
Принятые сокращения……………………………………………………... 110
Литература………………………………………………………………….. 111
Предисловие
При изучении наук примеры
не менее поучительны, чем правила
И. Ньютон
Цель настоящего лабораторного практикума - углубление и закрепление теоретических знаний по проектированию и применению наиболее распространенных цифровых элементов, узлов и устройств, а также приобретение навыков работы с цифровыми интегральными схемами и устройствами, построенными на их основе.
Все работы лабораторного практикума проводятся фронтальным методом бригадами, состоящими, как правило, из двух студентов, по различным для каждой бригады заданиям, указанным в соответствующих описаниях работ.
Приступая к лабораторному практикуму, необходимо внимательно ознакомиться с излагаемыми ниже правилами, регламентирующими порядок выполнения работ.
При подготовке к лабораторной работе необходимо повторить соответствующий теоретический материал, внимательно ознакомиться с описанием работы, выполнить домашнее задание. Результаты подготовки фиксируются письменно в форме заготовки отчетов, которые выполняются каждым студентом в выделенной для этих целей тетради (желательно в клетку) и сохраняемой до конца лабораторного практикума. Заготовки отчетов должны содержать цель работы, далее по каждому пункту задания:
─ функции, реализуемые цифровым устройством, представленные в аналитической или (и) табличной форме, их преобразования, поясняющие процесс проектирования;
─ схему спроектированного узла или устройства;
─ в случаях, оговоренных в описании, - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового устройства;
─ таблицы для записи результатов экспериментов;
Исследуемые цифровые узлы и устройства собираются на одном и том же закрепленном за бригадой универсальном лабораторном стенде из элементов и интегральных схем, установленных на лицевой панели стенда.
В начале каждого занятия преподаватель проводит сплошной или выборочный опрос студентов, в результате которого им дается разрешение на выполнение работы. Для получения разрешения на выполнение работы студент должен иметь заготовку отчета на выполнение работы, знать теоретический материал, относящийся к данной работе, иметь четкое представление о содержании и порядке выполнения экспериментальной части.
Зачет по работе выставляется после оформления отчета и обсуждения (защиты) с преподавателем полученных результатов.
Лабораторная работа 1
ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Цель работы: а) ознакомление с универсальным лабораторным стендом и приобретение навыков работы на стенде;
б) исследование функционирования основных логических элементов.
1. Теоретические основы лабораторной работы
Элементной базой современных цифровых устройств и систем являются цифровые интегральные схемы. Цифровая интегральная схема (ИС) – это микроэлектронное изделие, изготовленное методами интегральной технологии (чаще полупроводниковой), заключенное в самостоятельный корпус и выполняющее определенную функцию преобразования дискретных (цифровых) сигналов. Номенклатура выпускаемых промышленностью цифровых ИС достаточно обширна и, следовательно, весьма разнообразны реализуемые ими функции преобразования. Простейшие преобразования над цифровыми сигналами осуществляют цифровые ИС, получившие названия логических элементов (ЛЭ).
Для описания работы цифровых ИС, а следовательно и устройств, построенных на их основе, используется математический аппарат алгебры логики или булевой алгебры. Возможность применения булевой алгебры для решения задач анализа и синтеза цифровых устройств обусловлена аналогией понятий и категорий этой алгебры и двоичной системы счисления, которая положена в основу представления преобразуемых устройством сигналов.
1.1 Основы булевой алгебры
Основными понятиями булевой алгебры являются понятия логической переменной и логической функции.
Логической переменной называется величина, которая может принимать одно из двух возможных состояний (значений), одно из которых обозначается символом “0”, другое – “1” (для обозначения состояний возможно применение и других символов, например, “Да” и “Нет” и др.). Сами двоичные переменные чаще обозначают символами х1, х2,… В силу определения логические переменные можно называть также двоичными переменными.
Логической (булевой) функцией (обычное обозначение – у) называется функция двоичных переменных (аргументов), которая также может принимать одно из двух возможных состояний (значений): “0” или “1”. Значение некоторой логической функции n переменных определяется или задается для каждого набора (сочетания) двоичных переменных. Количество возможных различных наборов, которые могут быть составлены из n аргументов, очевидно, равно . При этом, поскольку сама функция на каждом наборе может принимать значение “0” или “1”, то общее число возможных функций от n переменных равно .
Таким образом, множество состояний (значений), которые могут принимать как аргументы, так и функции, равно двум. Для этих состояний в булевой алгебре определяются отношение эквивалентности, обозначаемое символом равенства (=) и три операции: а) логического сложения (дизъюнкции), б) логического умножения (конъюнкции), в) логического отрицания (инверсии), обозначаемые соответственно символами:
+ или - операция дизъюнкции,
или или & - операция конъюнкции,
- операция инверсии (* - символ аргумента или функции).
Постулативно полагается, что при выполнении перечисленных операций отношения эквивалентности имеют вид:
а) 0 + 0 = 0, б) 0 0 = 0, в) = 1,
0 + 1 = 1, 0 1 = 0, = 0.
1 + 0 = 1, 1 0 = 0,
1 + 1 = 1; 1 1 = 1;
На основании постулатов (1) можно вывести следующие соотношения (законы) алгебры логики:
1. Законы одинарных элементов (универсального множества – а), нулевого множества – б), тавтологии – в)):
а) х + 1 = 1, б) х + 0 = х, в) х + х = х,
х 1 = х; х 0 = 0; х х = х.
2. Законы отрицания (двойного отрицания – а), дополнительности – б), двойственности – в)):
а) б) в)
; .
3. Законы абсорбции или поглощения – а) и склеивания – б):
а) б)
Законы двойственности (3, в), называемые также законами деМоргана, были обобщены К. Шенноном на случай произвольного (n) числа аргументов.
Кроме законов, перечисленных выше и не имеющих аналогов в обычной алгебре (алгебре чисел), для алгебры логики справедливы законы обычной алгебры: коммутативные или переместительные, дистрибутивные или распределительные, ассоциативные или сочетательные.
Любая логическая функция у n двоичных переменных
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9
|
|