 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Лабораторная работа № 1. Міністерство освіти, науки молоді та спорту УкраїниСтр 1 из 6Следующая ⇒
Міністерство освіти, науки молоді та спорту України Одеський технічний коледж ОНАХТ Комісія ЕОТ Затверджую Зам директора з учбової роботи ________ В.І Уманьська
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт
по курсу «Комп’ютерна електроніка»
Спеціальність 5.05010201 «Обслуговування комп’ютерних систем і мереж»
Склав: к.т.н. Гаджиєв М.М. РОЗГЛЯНУТО Предметною комісією ЕОТ Протокол №________ Від «__»______ __2011 р. Голова комісії ЕОТ_______/Суліма Ю.Ю/
Зміст
Введення………………………………………………………..………………….3 Опис лабораторного стенду і учбових карт……………..……………………....4 Лабораторна робота № 1………….……………………………………...….…22 Лабораторна робота № 2…………………….…………………………...….…23 Лабораторна робота № 3……………………….……………………………....24 Лабораторна робота № 4…………………………………………………….…26 Лабораторна робота № 5……………………………………………...……..…28 Лабораторна робота № 6…………………………….……………….….....…..30 Лабораторна робота № 7………………………….……………………...…….32 Лабораторна робота № 8…………………………….………..………………..34 Лабораторна робота № 9……………………….……….……………….……..35 Лабораторна робота № 10……………………………………………………..37 Лабораторна робота № 11…………………………………………………......39 Лабораторна робота № 12…………………………..……….………………...41 Лабораторна робота № 13…………………………..……….………………...43 Лабораторна робота № 14…………………………..……….………………...46 Висновок ……………………………………………………………………...…47 Список літератури………………………………………………………….……48
ВВЕДЕНИЕ.
Предлагаемое методическое пособие рассчитано для студентов 3 и 4 курсов Одесского технического колледжа по специальности 5.091504 и других технических учебных заведений по курсам "Микросхемотехники", "Основы автоматики", "Цифровая техника и микропроцессоры", "Промышленная электроника", "Компьютерная электроника" "Цифровые ЭВМ". Целью пособия является закрепление теоретических знаний, полученных на лекционных занятиях по указанным выше предметам, за счет выполнения практических и лабораторных работ, определяющих объем данного методического руководства. Методическое пособие включает в себя двенадцать лабораторных работ, охватывающих в основном работы по изучению цифровых ИМС и схемотехнику, рассчитанных на 2 или 4 часа. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА И УЧЕБНЫХ КАРТ.
Назначение. Стенд предназначен для проведения лабораторных занятий по курсам "Компьютерная электроника и схемотехника", "Основы автоматики и вычислительной техники", "Основы промышленной электроники", "Основы информатики и ЭВТ" в высших учебных заведениях, техникумах, и технических колледжах. Стенд позволяет проводить лабораторные работы по изучению и исследованию следующих элементов, узлов и устройств цифровой вычислительной техники: 1. Логических элементов НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ; 2. Комбинационных узлов, собранных на базовых логических элементах - трехразрядного устройства проверки на четность, устройства сравнения двух двухразрядных чисел, двоичного одноразрядного сумматора (два варианта); 3. Комбинационных узлов, выполненных в виде самостоятельных ИМС - дешифратора, демультиплексора, мультиплексора, преобразователя двоичного кода в код семисегментного индикатора, четырехразрядного двоичного сумматора, четырехразрядного арифметического устройства; 4. Последовательностных элементов, собранных на базовых логических элементах - RS - триггера на элементах И-НЕ, RS - триггера на элементах ИЛИ-НЕ; 5. Последовательностнных элементов и узлов, выполненных в виде самостоятельных ИМС: RS-триггера, D-триггера, двухразрядного параллельного регистра, двухразрядного последовательного регистра, четырехразрядного универсального регистра, кольцевого счетчика, суммирующего и вычитающего двоичных счетчиков, счетчика с коэффициентом счета, некратным степени 2, реверсивного счетчика с предустановкой, оперативного запоминающего устройства с организацией 16x4 бит. 6. Модели микроЭВМ в составе: АЛУ, ОЗУ, регистров операндов Стенд состоит из общего блока ввода-вывода информации и шести сменных плат, на которых установлены все исследуемые элементы, узлы и устройства. Стенд укомплектован набором сменных технологических карт (28 штук) с функциональными схемами исследуемых устройств.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ: 1. Элементная база - ИМС серий К155 и К555; 2. Напряжение питания, 220 ± 20 В, 50 Гц; 3. Максимальный ток, потребляемый от источника переменного тока 0,3 А; 4. Ввод данных и выбор режимов - ручной, при помощи тумблеров и кнопок. 5. Вывод данных - на светодиодный дисплей в двоичном, десятичном и шестнадцатеричном кодах.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.
Блок ввода - вывода информации.
Принципиальная схема блока приведена на рис.1. На передней (наклонной) панели блока установлены тумблеры (SA1 - SA5) и кнопки (SB1 - SB3) ввода информации и задания режимов работы исследуемых устройств. Выводы всех тумблеров и кнопок, кроме SB1, подключены непосредственно к контактам разъема XI. Переключатели SB1 - SB4, SB2 и SB3 предназначены для подачи логических сигналов с уровнями "0" (соответствующий вывод замкнут на общий провод) или "1" (вывод - на +5В). Тумблер SA5 подключается всеми своими выводами к разъему и поэтому может использоваться в качестве переключателя "двух сигналов в одну линию" или, наоборот, "одного сигнала на два направления". Кнопка SB1 подключена к схеме защиты от "дребезга" на триггере. С помощью этой кнопки на выходе триггера формируется одиночный импульс с крутыми фронтами, необходимый для нормальной работы исследуемых триггеров, регистров и счетчиков. При нажатии SB1 на 27 контакте появляется логический 0, а при отпускании - логическая 1. Этот блок в дальнейшем на схемах обозначается как формирователь одиночного импульса. На передней панели блока установлен светодиодный дисплей для индикации режимов работы, а также входной и выходной информации исследуемого устройства. Дисплей состоит из девяти светодиодов HL1-HL9, позволяющих индицировать в 9 разрядах уровни логической "1" (светодиоды светятся) и логического "0" (не светятся), и семисегментного индикатора HL1 для индикации числа в десятичном или шестнадцатеричном кодах. Индикатор HL1 подключается к исследуемой схеме через дешифратор на ИМС D5, преобразующий четырехразрядный двоичный код (на контактах II-14 разъема XI) в семисегментный код индикатора HL1. При низком уровне напряжения на входе 14 ИМС D3 (контакт 15 разъема XI) на индикаторе HL1 индицируется число в десятичном коде, при высоком уровне - в шестнадцатеричном. Светодиоды HL1 –HL9 подключаются к элементам схемы через инверторы D3.1 - D3.4, D3.6, D4.1 - D4.4. В дальнейшем устройство, содержащее дешифратор D5, индикатор HL1, инверторы с подключенными к ним светодиодами HL1 - HL9, обозначается как блок индикации (БИ). Помимо описанных устройств ввода и вывода информации основной блок содержит следующие вспомогательные устройства: - инвертор на элементе 4.5 используемый при работе с платами ПЗ и П4; - генератор прямоугольных импульсов на элементах D2.1 - D2.3 с выходами на XI/30. Частота колебаний генератора в пределах 2...10кГц; - инвертор на элементе D2.6, используемый при работе с платой П6. Тумблеры и кнопки, формирователь F, инверторы D2.6 и D4.5 образуют блок управления.
1. Плата П1.
Принципиальная схема платы П1 приведена на рис.2 внутри прямоугольника, обведенного пунктирной линией. Цифры, поставленные на гранях прямоугольника, означают номера контактов на разъеме XI. Блоки управления и индикации расположены в блоке ввода-вывода и используются при работе с одной платой. Логические элементы и устройства, расположенные на плате П1, исследуется при подаче на их входы логических сигналов (0 или 1) от тумблеров SA1 - SA5. Уровень сигнала, подаваемого от соответствующего тумблера, определяется по положению подвижного контакта (вверху - 1, внизу - 0), уровень выходного - по свечению индикаторов HL1 - HL9. Все исследуемые элементы и устройства собраны на печатной плате П1. Используя технологические карты (шаблоны) 1.1 - 1.9, можно провести исследование девяти устройств. Карта 1.1. Разрешает использование тумблеров SA1, SA2 и индикатора HL3.В этом случае устройством реализуется функция Карта 1.2. Разрешается использование SA1, SA2 и HL5. Реализуется логическая функция И-НЕ (элемент D2.1) и далее НЕ (элемент D2.2). Следовательно, по отношению к входным сигналам SA1(X1) и SA2(X2) выходной сигнал Y(HL5) определяется логической функцией у= XI Карта 1.3. Разрешается использование SA1, SA2 и HL2. Функция ИЛИ - НЕ. Карта 1.4. SA1, SA2 и HL4. Функция ИЛИ. Карта 1.5. SA1, SA2 и HL6. Функция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (сумматор по модулю 2). Карта 1.6. SA1, SA2 и HL7. Функция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ -НЕ (НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ). Карта 1.7. SA1, SA2, SA3 и HL9. Трехразрядное устройство проверки на четность. Карта 1.8. SA1, SA2, SA4, SA5 и HL1. Устройство сравнения двух двухразрядных чисел. Xl(SAl) X2(SA4) и Z1(SA2) Z2( SA5). При выполнении условия XI Х2 = Zl Z2 на выходе появляется 1 (светится HL1). Карта 1.9. SA1, SA2 и HL8, HL5. Одноразрядный сумматор по модулю два. Выход суммы - HL8; выход переноса в следующий разряд HL5.
Рис. 2. Схема платы П1 и её подключение к основному блоку.
2. Плата П2.
Принципиальная схема платы П2 приведена на рис.3. Цифры на границах пунктирного прямоугольника означают номера контактов на разъеме XI. Блоки управления и индикации расположены в основном блоке ввода-вывода и используются при работе с данной платой. Карта 2.1. Позволяет провести исследование RS - триггера на элементах ИЛИ - НЕ. Для этого триггера активным входным уровнем является логическая 1. Поэтому управляющие сигналы снимаются непосредственно с кнопок SB2 и SB3, а с выходов подключенных с ним инверторов, на элементах D2.1 и D2.3. Уровни входных (для триггера) управляющих сигналов индицируют светодиодами HL1 и HL2, а уровни выходных сигналов триггера - HL3 и HL4. Карта 2.2. Исследуется триггер на элементах И-НЕ. Активные входные уровни - логический 0. Поэтому возможно непосредственное подключение кнопок SB2 и SB3 к входам триггера (пока на кнопки не нажимают - режим хранения информации). Уровень входных сигналов индицируется в инверсном коде (через инверторы D2.1 и D2.3) светодиодами HL1 и HL2, т.е. при входных сигналах XI и Х2, равных 0, све-тодиоды горят. Выходные сигналы индицируются светодиодами HL5 и HL6. Карта 2.3. Схема аналогично предыдущей, только исследуется триггер в интегральном исполнении на ИМС типа К155ТМ2 (D3.1). Карта 2.4. Предназначена для исследования тактируемого D- тригера. Уровень сигнала на D входе определяеться по положению тумблера SA-1. Выходная информация выводится на индикаторы HL9 (прямой выход) и HL8 (инверсный выход). Карта 2.5. Позволяет исследовать параллельный двухразрядный регистр. Входная информация подается от тумблера SA1, непосредственно на - вход первого триггера и SA3 (через SA5, находящиеся в "нижнем" по схеме положении) на D-вход второго регистра (D3.2). Поэтому при выполнении данной работы тумблер SA5 должен находится только в том положении, которое указано на технологической карте. Индикация записанной информации осуществляется светодиодами HL9 и HL7. Карта 2.6. Исследует последовательный двухразрядный регистр. Длясоздания такого регистра D-вход второго триггера (D3.2) подключается к прямому выходу первого триггера (D3.1). Такое подключение осуществляется с помощью тумблера SA5, который при работе с этой картой должен находиться только в верхнем положении. Карта 2.7 Позволяет исследовать счетный Т-тригер. Для этого необходимо инверсный выход УІ тригера D 3.2 соеденить с D – входом (Х2). Индикация выхода осущевствляется светодиодом HL7.
Рис. 3. Схема платы П2 и её подключение к основному блоку.
3. Плата ПЗ.
Принципиальная схема платы приведена на рис.4. Цифры по пунктирному контуру означают номера контактов на разъеме XI (рис.1). Блоки индикации и управления относятся к блоку ввода-вывода информации. Карта 3.1. Предназначена для исследования последовательного четырехразрядного регистра и кольцевого четырехразрядного счетчика. Универсальный регистр К155ИР1 (D1) переводится в последовательный режим при сигнале управления V=0, поэтому при работе с этой картой тумблер SA5 должен находиться в положении "О". Входная информация подается кнопкой SB2 (без индикации). Кнопка "отпущена" - D=l, кнопка "нажата" - D=0. Выходная информация выводится на четырехразрядный светодиод HL6 - HL9. Для перевода регистра в режим кольцевого счетчика записывают в него число 0001, а затем соединяют внешней перемычкой штырьки У и X (на плате ПЗ). После этого с подачей каждого следующего тактового импульса (SB1) единица будет последовательно смещаться по разрядам счетчика. Карта 3.2. Позволяет исследовать работу ИМС К155ИР1 в режиме параллельного регистра, для чего на вход управления подают сигнал логической 1 (V = 1). Поэтому при работе с этой картой тумблер SA3 должен находиться в положении "1". Входная информация индицируется светодиодами HL2 - HL5, выходная - HL6 - HL9. Карта 3.3. Предназначена для исследования работы сумматора двух четырехразрядных двоичных чисел на ИМС типа К155ИМЗ (D2). Для задания двух четырехразрядных слагаемых используются тумблера SA1 - SA4 (слагаемое А) и регистра D1 (слагаемое В). Ввод слагаемого В в регистр может осуществляться как в параллельном (с тумблеров SA1 - SA4) так и в последовательном (с кнопки SB2) режимах. Сигнал начального переноса Р светодиодами HL1 - HL9, обозначается как блок индикации (БИ).
4.Плата П4 Принципиальная схема платы приведена на рис.5 Карта 4.1. Позволяет исследовать дешифратор - демультиплек-сор на ИМС К155ИД4, которая включена по схеме трехразрядного дешифратора на восемь выходов. Дешифратор инвертирует выходные сигналы. Поэтому при нажатии кнопки SB2 (запрет) все светодиоды (HL2 - HL9), подключенные к выходам дешифратора, светятся. При нажатии кнопки SB2 светодиод, номер которого соответствует установленному тумблерами SA1 - SA3 адресу, погаснет. Работа ИМС в режиме демультиплексора исследуется при подаче входной информации на входе V от кнопки SB2. Карта 4.2. Позволяет исследовать преобразователь двоичного кода в код семисегментного индикатора. Этот узел находится в основном блоке ввода - вывода информации, а на плате 4-2 имеются только проводники, соединяющие тумблеры SA1 - SA5 с ИМС типа К155РЕЗ. ИМС преобразователя кода представляют собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором "зашита" информация, представленная в таблице прошивок ПЗУ (табл.2). Каждому "О" в выходном слове ПЗУ будет соответствовать светящийся сегмент индикатора HL1 (см. рис.1). При сигнале с SA5, равном логическому 0, на индикаторе HL1 индицируются десятичные числа. При этом для индикации чисел, больших 9, на индикаторе загорается "десятичная точка" (светодиод h). При сигнале с SA5, равном логической 1, индикатор высвечивает шестнадцатеричные цифры от 0 до F. Карта 4.3. Исследование мультиплексора. Адрес, управляющий мультиплексором, заносится в регистр с тумблеров SA1 - SA3 по нажатию кнопки SB3. После этого на один из входов MX подается информационный сигнал с того выхода дешифратора, адрес которого вновь набирается на тумблерах SA1 - SA3. При совпадении адресов DC и MX загорится светодиод HL1.
5.Плата П5.
Принципиальная схема платы приведена на рис.6. На плате установлена ИМС четырехразрядного двоичного реверсивного счетчика (СТ) с предустановкой типа К155ИЕ7 (D1) и ИМС типа К155ЛА4, содержащая три трехходовых элемента И-НЕ. Счетчик находится в режиме сброса (нули на выходах всех разрядов) и запрещение приема всех остальных сигналов при сигнале на входе R = 1. Поэтому ко входу XI элемента D2.2 подключен резисторы R1, обеспечивающий формирование низкого уровня на R - входе счетчика. Тумблеры SA1 - SA4 задают сигналы, которые можно записать в счетчик по нажатию кнопки SB2 (режим предустановки). Тумблер SA5 обеспечивает подачу тактовых импульсов на входы суммирования (+1) или вычитание (-1). Сброс СТ производится кнопкой SB3. Карта 5.1. Исследуется суммирующий счетчик с переменным коэффициентом деления, при этом тумблер SA5 находится в положении "1". Счетные импульсы формируемые по нажатию кнопки SB1, подаются на вход суммирования (+1) счетчика, коэффициент пересчета равен 2 = 16. Если какие-либо выходы VI - V4 соединить перемычкой со входами XI - ХЗ, то коэффициент пересчета уменьшится. Возможные коэффициенты пересчета К и необходимые соединения выходов VI -V4 счетчика со входами XI-ХЗ элемента D2.2 приведены в таблице 3.
Прочерк в табл.3 означает "свободный" вход X. При любых коэффициентах пересчета (кроме 16) с одним из выходов счетчика обязательно соединяется вход XI. В противном случае коэффициент пересчета не изменяется и будет равен 16. Карта 5.2. При положении тумблера SA5 = 0 на плате организуется вычитающий счетчик с К = 16. Карта 5.3. Исследуется универсальный реверсивный счетчик с предустановкой. Информация, записанная в СТ индицируется как в двоичном (HL2 - HL5), так и в шестнадцатеричном (HG1) кодах. Индикатор HL1, подключенный к выходу элемента D2.1. (схема ИЛИ для входных сигналов низкого уровня), индицирует сигнал переноса в старшие разряды счетчика как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.
Плата П6. Принципиальная схема платы приведена на рис. 7. В состав платы входят: - блок ввода данных (операндов К и В); кода S операций, выполняемых АЛУ; адресов А ячейки памяти ОЗУ. Блок состоит из кнопки SB1, формирователя F и счетчика D10. Для ввода данных (любого четырехразрядного числа) нажимают необходимое число раз на кнопку SB1. Набранное число с выходов D10 через мультиплексор D2 может поступать в общую шину, которая подключена к информационным входам всех оперативных регистров, а также к блоку индикации БИ. Для контроля по БИ за набираемым числом необходимо мультиплексор (D2) переключить для приема чисел с входов X. Это осуществляет ся подачей на адресный вход А микросхемы D2 логического сигнала О (кнопка SB2 не нажата); - арифметическо - логическое устройство (D9). Значение операндов К и В, а также кодов выполняемых операций S подаются от соответствующих регистров (D5, D6, D7), управляющий сигнал М (логические или арифметическо - логические операции) - от тумблера SA5. На индикацию (светодиод HL9) выводится сигнал переноса РО старший разряд (переполнение разрядной сетки). Результат операции, выполненной АЛУ, записывается в регистр - аккумулятор (D10), совмещенный со счетчиком блока ввода данных. Для перевода D10 режим регистра - аккумулятора на вход V микросхемы D10 подают логический 0. Этому режиму соответствует свечение светодиода; - блок оперативных регистров RG-S, RG-K, RG-B, RG-A (D7, D5, D6, D8), в которые может быть записана необходимая информация с общей шины. Для записи этой информации на вход С соответствующего регистра подается управляющий сигнал с уровнем логической 1. Контроль этих сигналов осуществляется светодиодами HL4, HL2, HL3, HL5; - оперативное запоминающее устройство ОЗУ, выполненное на ИМС К155РУ2 (D4) и четырех инверторов Dll.l - D11.4. ОЗУ емкостью 16 четырехразрядных слов. Выбор необходимого слова - адресный с помощью сигнала А4 - А1. Информация по выбранному адресу записывается с общей шины (входы D4 - D1) по сигналу записи W = 0. Этот режим сопровождается свечением светодиода HL8. При W = 1 (HL8 не светится) ОЗУ находится в режиме считывания информации. Так как ИМС ОЗУ имеет только инверсные выходы, то для работы с информацией в прямом коде поставлены дополнительные инверторы Dl 1.1 -Dl 1.4. Для передачи информации с выхода ОЗУ в общую шину необходимо на адресный вход А мультиплексора общей шины (ИМС D2) нажатием кнопки SB2 подать сигнал с логическим уровнем 1. Этому режиму соответствует светящийся светодиод HL1; - дешифратор кода команд на ИМС D1 и D3, переключателях SA1, SA2, SA3 и SB3. В зависимости от набранного переключателями SA1 - SA3 кода, при нажатии кнопки SB3 на одном из семи используемых выходов дешифраторов D1 появится сигнал с уровнем логического 0. Сигналы с выходов "0" - "4",
проинвентированные в ИМС D3, поступают на входы С регистров D5 - D8 и вход R счетчика D10 (высоким уровнем).
Карта 6.1. Позволяет исследовать АЛУ. При нажатии кнопки SB2 общая шина подключается к выходу счетчика D10. Набирая любую необходимую информацию (кнопка SB1), контролируемую по индикатору HL1, переписывает ее в регистр кода операций или операндов. Вывод информации на АЛУ на индикатор HL1 осуществляют сигналом, подаваемым на вход V микросхемы D10. Карта 6.2. Предназначена для исследования модуля микропроцессора с встроенным ОЗУ и мультиплексированием общей шины. Возможные режимы работы описаны в таблице 4. Индикация содержимого ячейки ОЗУ обеспечивается при нажатой кнопке SB2, (в этом случае светится светодиод HL1). Карта 6.3. Предназначена для исследования ОЗУ и мультиплексного способа организации общей шины. Является упрощенным вариантом карты 6.2, в которой исключено АЛУ и сопровождающие его регистры.
Лабораторная работа № 1. Выполнение арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой. Цель работы: Приобретение теоретических навыков по представлении целых десятичных чисел в двоичной системе счисления и форм их представления.
Контрольные вопросы: 1.Системы счисления. Основные положения. 2. Позиционные и непозиционные системы счисления. 3. Понятие обратного и дополнительного кода. 4. Правила перевода правильных дробей. 5. Двоичное округление (усечение). 6. Переполнение разрядной сетки, машинные нули. 7. Формула представления не целых (дробных) двоичных чисел. 8. Формы представления двоичных чисел с фиксированной и пла- вающей запятой.
Лабораторное задание: Даны десятичные числа (по усмотрению преподавателя): Dl = ... D2= ... D3 = ... при чем Dl < D2 Необходимо: 1. Dl и D2 перевести в двоичную систему счисления В1 = ... В2 = ... 2. Выполнить арифметическое вычитание с представлением В2 в дополнительном коде. В1 - В2 = ... 3. Перевести D3 в двоичную систему счисления с заданным числом m (m = ..) и произвести двоичное округление. В3 = ... 4. Представить ВЗ в форме с фиксированной запятой если длина разрядной сетки равна 8. ВЗ = ... 5. Представить ВЗ в форме с плавающей запятой (мантиссу нормализовать в пределах 0.1 = <М <1, длина Рс произвольная)
ВЫВОДЫ:
Поиск по сайту: |
или в общепринятом виде у = 
, т. е. логическая функция И-НЕ.
Х2, т.е. И.
