Гудилин А.Е. Архитектура ЭВМ, узлы и подсистемы

Подождите немного. Документ загружается.

двухфазную систему синхронизации. Эти условия для построения блоков памяти

цифровых автоматов всегда выполняются при использовании в составе блоков па-

мяти двухступенчатых триггеров соответствующих структуре О–В или M–S.

Рис. 10.1. Схема исследования четырёхразрядного регистра на D-триггерах

ФГ

– 0 +

ЛА

D TT

Таким образом, регистры, как объединения нескольких триггеров, служащих

для запоминания многоразрядных двоичных слов, могут использовать в своём со-

ставе как одноступенчатые, так и двухступенчатые триггеры.

Интегральные микросхемы триггеров обычно содержат в одном корпусе по не-

сколько триггеров (от 2 до 8) и могут рассматриваться как регистры. Такие наборы

следует считать регистрами ещё и потому, что входы синхронизации нескольких

триггеров (иногда и всех в одном корпусе) объединяются.

Описание схемы исследования

На рис. 10.1 изображена схема исследования четырёхразрядного регистра на

двухступенчатых (непрозрачных) триггерах типа D (без установочных входов) из

библиотеки элементов программы. Входные слова получаются от генератора кодов

GK, который помещён в пользовательскую библиотеку во время выполнения лабо-

раторной работы № 1.

Рис. 10.2. Схема исследования ИМС К155ТМ7 (7475) и К155ТМ8 (74175)

На рис. 10.2 приведена схема исследования регистров – интегральных микро-

схем К155ТМ7 (7475) и К155ТМ8 (74175).

ФГ

– 0 +

D0 T

D TT

К155ТМ7 (7475)

D0 TТ

К155ТМ8 (74175)

ЛА

Интегральная микросхема (ИМС) К155ТМ7 (7475) содержит четыре односту-

пенчатых или прозрачных триггера защёлки (latch), ИМС К155ТМ8 (74175) содер-

жит четыре двухступенчатых или непрозрачных триггера (flip-flop).

Триггеры защёлки и двухступенчатые триггеры имеют различные реакции на

подаваемые на D – входы сигналы.

Содержание работы

1. Набрать схему исследования четырёхразрядного регистра по рис. 10.1.

2. Установить параметры выходного сигнала функционального генератора.

3. Запустить процесс моделирования работы схемы.

4. На экране логического анализатора получить устойчивое изображение вре-

менной диаграммы работы схемы. Зарисовать временную диаграмму.

5. Набрать схему исследования четырёхразрядных регистров К155ТМ7 (7475)

и К155ТМ8 (74175) по рис. 10.2.

6. Установить параметры выходного сигнала функционального генератора

(частота – 1 Гц, форма – прямоугольная, амплитуда – 2 В, смещение – 2 В).

7. Запустить процесс моделирования работы схемы.

8. На экране логического анализатора установить устойчивое изображение

временной диаграммы работы одного из разрядов регистров. Зарисовать временные

диаграммы.

9. Сравнить временные диаграммы работы регистров К155ТМ7 (7475) и

К155ТМ8 (74175).

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать результаты исследования двух схем по следующим

пунктам.

1. Схему исследования работы четырёхразрядного регистра на D-триггерах.

2. Временную диаграмму работы четырёхразрядного регистра на D-триггерах.

3. Схему исследования двух ИМС регистров (К155ТМ7 и К155ТМ8).

4. Изображение временных диаграмм работы этих ИМС (7475 и 74175).

5. Выводы по результатам исследований, выполненных в настоящей работе.

Лабораторная работа № 11

РЕГИСТРЫ СДВИГА

Цель работы

: изучение принципов построения и функционирования регистров

сдвига как устройств памяти в составе цифровых автоматов.

Определение: регистром сдвига называется схема, служащая для запоминания

многоразрядных двоичных слов (кодов) и при подаче соответствующих управляю-

щих сигналов обеспечивающая сдвиг хранимого слова в сторону младших или

старших разрядов. По этому описанию работы цифрового автомата (ЦА) для сдвига

хранимого слова, очевидно, что кроме блока памяти в состав этого ЦА входит и

комбинационная схема, формирующая соответствующие алгоритму работы сигна-

лы возбуждения блока памяти.

Рис. 11.1. Схема исследования четырёхразрядного регистра сдвига

ФГ

– 0 +

D TT

+5 В

1 К

Блок памяти ЦА может быть построен, как на одноступенчатых (прозрачных)

триггерах с двухфазной системой синхронизации двух узлов памяти, так и на двух-

ступенчатых триггерах. Внешне при использовании двухступенчатых триггеров в

составе цифрового автомата его схема выглядит проще. В лабораторной работе ис-

следуется регистр сдвига, построенный с использованием двухступенчатых тригге-

ров в блоке памяти.

Описание схемы исследования

На рис. 11.1 изображена схема исследования четырёхразрядного регистра

сдвига на двухступенчатых (непрозрачных) триггерах типа D (без установочных

входов) из библиотеки элементов программы.

Рис. 11.2. Схема исследования ИМС регистра сдвига К155ИР13 (74198)

Входные слова, предназначенные для параллельной записи в регистр для по-

следующего хранения и сдвига, задаются с выхода генератора кодов GK, построен-

+5 В

1 К

ФГ

– 0 +

S0 RG Q0

D1 Q4

D3 Q5

D5 Q6

D7 Q7

R +U

C GND

DD1 К155ИР13

+5 В

ного в лабораторной работе № 1 и помещённого в пользовательскую библиотеку

файла лабораторной работы.

Переключателем X задаётся режим работы регистра:

– записи параллельного кода;

– сдвиг хранимого слова.

Переключателем Z задаётся значение бит входного последовательного кода.

На рис. 11.2 приведена схема исследования ИМС К155ИР13 (74198). Таблица

истинности этого регистра помещена в базе данных и выдаётся на экран програм-

мы, когда после помещения и выделения ИМС на рабочем поле программы, нажи-

мается клавиша F1.

Согласно таблице истинности задание на входах S1S0 кода 11 переводит ре-

гистр в режим записи параллельного кода, который в схеме рис. 11.2 задан равным

01010101. При управляющем коде S1S0 = 01 регистр работает в режиме сдвига в

сторону старших разрядов, при задании управляющего кода S1S0 = 10 регистр ра-

ботает в режиме сдвига в сторону младших разрядов. Управляющий код S1S0 = 00

переводит регистр в режим хранения. Работа регистра К155ИР13 изучается с помо-

щью логического анализатора ЛА, который восемью входами подключается к вось-

ми выходам регистра.

Содержание работы

1. По рис. 11.1 набрать схему исследования четырёхразрядного регистра сдвига

на двухтактных D-триггерах из библиотеки элементов программы. Элементы ком-

бинационной схемы регистра 2-2И-2ИЛИ набрать в базисе И-НЕ.

2. Установить параметры выходного сигнала функционального генератора.

3. Запустить процесс моделирования работы схемы.

4. На экране логического анализатора получить устойчивое изображение вре-

менной диаграммы работы схемы. Зарисовать временную диаграмму.

5. Набрать схему исследования восьмиразрядного регистра сдвига К155ИР13

(74198) по рис. 11.2.

6. Установить параметры выходного сигнала функционального генератора

(частота – 1 Гц, форма – прямоугольная, амплитуда – 2 В, смещение – 2 В).

7. Запустить процесс моделирования работы схемы.

8. На экране логического анализатора установить устойчивое изображение

временной диаграммы работы регистра во всех режимах. Для режимов сдвига за-

дать одноразрядный код SR и SL. Зарисовать временные диаграммы.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать результаты исследования двух схем по следующим

пунктам.

1. Схему исследования работы четырёхразрядного регистра сдвига на D-

триггерах.

2. Временные диаграммы работы для двух режимов четырёхразрядного регист-

ра сдвига в на D-триггерах.

3. Схему исследования ИМС регистра сдвига К155ИР13 (74198).

4. Изображение временных диаграмм работы ИМС К155ИР13 для трёх режи-

мов работы.

5. Выводы по результатам исследований, выполненных в настоящей работе.

Лабораторная работа № 12

ДВОИЧНЫЕ СЧЁТЧИКИ

Цель работы

: изучение принципов построения и функционирования счётчи-

ков как цифровых автоматов специального назначения для подсчёта количества

входных импульсов.

Определение: счётчиком называется цифровой автомат, служащий для форми-

рования многоразрядных двоичных слов (кодов) соответствующих количеству

входных импульсов. По мере поступления входных импульсов счётчик последова-

тельно перебирает свои состояния в определённом для данной схемы порядке. Дли-

на списка используемых состояний называется модулем пересчёта М, основанием

пересчёта или ёмкостью счётчика. Одно из возможных состояний счётчика прини-

мается как начальное или нулевое. Если счётчик начал считать с начального со-

стояния и через каждые М входных сигналов в нём снова устанавливается началь-

ное состояние, а на выходе счётчика формируется сигнал М-ичного переноса P, то

такой счётчик называется счётчиком–делителем частоты. Частота следования М-

ичного переноса P в таком счётчике меньше частоты входных импульсов ровно в M

раз. Различные схемы счётчиков могут перебирать свои состояния в самом различ-

ном порядке. Порядок перебора кодов состояний счётчика определяется системой

кодирования состояний счётчика как цифрового автомата. Чаще всего применяются

двоичные счётчики, у которых порядок смены состояний триггеров соответствует

последовательности двоичных чисел. Счетчик может перебирать свои состояния в

возрастающем порядке чисел и тогда он называется суммирующим. Если счётчик

перебирает свои состояния в порядке убывания двоичных чисел, то он называется

вычитающим. Если под действием сигналов управления порядок перебора может

изменяться на противоположный, то счётчик называется реверсивным. Счётчики

строятся с использованием синхронизированных триггеров. Если несколько тригге-

ров блока памяти имеют общий синхросигнал, то они образуют синхронный счёт-

чик. Несколько синхронных счётчиков соединённых по схеме подачи синхросигна-

лов последовательно образуют асинхронный счётчик. В этом случае сигнал выход-

ного переноса предыдущего счётчика используется как сигнал синхронизации по-

следующего счётчика. Примером асинхронного суммирующего двоичного счётчика

по модулю 16 служит генератор кодов, построенный в лабораторной работе № 1.

По описанию работы цифрового автомата (ЦА) для счёта импульсов, очевидно,

что кроме блока памяти в состав этого ЦА входит и комбинационная схема, форми-

рующая соответствующие алгоритму работы сигналы возбуждения блока памяти.

Блок памяти ЦА может быть построен, как на одноступенчатых (прозрачных) триг-

герах с двухфазной системой синхронизации двух узлов памяти, так и на двухсту-

пенчатых триггерах. Внешне при использовании двухступенчатых триггеров в со-

ставе цифрового автомата его схема выглядит проще. В лабораторной работе иссле-

дуется счётчик, построенный с использованием двухступенчатых триггеров JK в

блоке памяти.

Описание схемы исследования

На рис. 12.1 изображена схема исследования синхронного суммирующего дво-

ичного счётчика–делителя частоты по модулю 10 на двухступенчатых (непрозрач-

ных) триггерах типа JK из библиотеки элементов программы. Кодированная табли-

ца переходов этого счётчика – табл.10.

Таблица 10

Сост. 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

Перех. 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0000

Запрещённые коды состояний – 1010, 1011, 1100, 1101,1110, 1111.

Кодированная таблица переходов – табл.11.

Таблица 11

Сост. 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

0001 001× 00×1 01×× 0×01 0×1× 0××1 1××× ×001 ×00×

×××× ×××1 ××0× ××11 ×0×× ×0×1 ×00× ×111 0××× 1××1

Минимизированные с использованием диаграмм Вейча функции возбуждения

JK триггеров счётчика имеют вид:

= K

= const 1. ;

031

QQJ = K

= Q

;

= K

= Q

; J

= Q

; K

= Q

;

Рис. 12.1. Схема исследования счётчика – делителя частоты по модулю 10

ФГ

– 0 +

+5 В

1 К

ЛА

S TT

По этим уравнениям и набирается комбинационная схема цифрового автомата

– счётчика по модулю 10. Для построения счётчика используются триггеры типа JK

c установочными входами RS, которые в схеме подключаются к нулевому выводу

источника питания. При включении источника питания двоичный счётчик по моду-

лю 10 попадает в нулевое состояние и начинает последовательно перебирать все

разрешённые состояния, никогда не переходя в какое либо из запрещённых состоя-

ний.

Кроме цветовых индикаторов, для визуального контроля правильности работы

счётчика на его выходы следует подключить семисегментный индикатор со встро-

енным дешифратором. Этот индикатор имеется в библиотеке индикаторных эле-

ментов программы. На рис. 12.2 изображена схема исследования счётчика по моду-

лю десять в интегральном исполнении – ИМС К155ИЕ9 (74160). Это счётчик с па-

раллельной загрузкой и формированием 10-ичного переноса.

Рис. 12.2. Схема исследования ИМС К155ИЕ9 (74160)

ФГ

– 0 +

+5 В

1 К

CT10

D0 Q0

D1 Q1

D2 Q2

D3 Q3

ENT

ENP

LOAD

RES RCO

DD1 К155ИЕ9

ЛА