Цифровые устройства и микропроцессоры

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) [pic], b)[pic] - 4

4. По таблице работы логического устройства записать СКНФ: - 5

[pic]

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

[pic]

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

> 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.

14. Использованная литература - 14

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

ниже);

[pic]

> напряжение питания 5(5% 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.

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 U0пор0,4 В. Для микросхем на КНОП структурах U0пор0,7*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: [pic], где [pic]и [pic]- времена задержки

распространения сигнала при включении и выключении. Для микросхем ТТЛ

[pic]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: [pic]1/час.

Для согласования уровня сигналов ТТЛ и КНОП применяют специальные ИМС

(например, К564ПУ4).

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.

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 | | | | | |

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.