Сушкин И.Н. Вычислительная техника и информационные технологии. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ЦИКЛУ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Вычислительная техника и информационные технологии»

Красноярск 2007

УДК 621.382.049.77(07)

Учебное пособие по циклу лабораторных работ по дисциплине ВТиИТ для

студентов специальности 210300.62 – «Инфокоммуникационные технологии

и системы связи» / Сост. И.Н. Сушкин, С. В. Сергиенко. Красноярск: СФУ,

2007. 72 с.

Введение

Данное методическое пособие посвящено изучению основ цифровой

техники, разработке программ на языке ассемблера для микропроцессоров и

микроконтроллера.

Изучив приведённый материал и выполнив лабораторные работы, ос-

воите, способы проектирования цифровых улов, способы обработки аналого-

вых сигналов с помощью цифровых систем, как начать работать с ассембле-

ром и как писать программы на языке ассемблера. Поскольку программиро-

вание на языке ассемблера является низкоуровневым и позволяет обращаться

непосредственно к отдельным устройствам, то знание основных принципов

работы микропроцессора совершенно необходимо.

1. Аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом

«Схемотехника цифровых электронных устройств»

Аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом «Схемотех-

ника цифровых электронных устройств» (АПК УД СЦЭУ) создан на основе

частного технического задания, выданным деканом РТФ СФУ .

1.1 Состав АПК УД СЦЭУ

АПК УД СЦЭУ предназначен для экспериментального исследования

цифровых электронных устройств (ЦЭУ), изучаемых в дисциплинах: «Схе-

мотехника цифровых электронных устройств», «Цифровые устройства и

микропроцессоры», «Вычислительная техника и информационные техноло-

гии».

Состав комплекса определяется его аппаратным и программным обес-

печением. В соответствии с его размещением оно разделяется на клиентское

и серверное. Клиентская часть включает ПК клиента с установленным кли-

ентским программным обеспечением (ПО). Взаимодействие пользователя с

клиентским ПО осуществляется через виртуальные стенды выполняемых ла-

бораторных работ. С их помощью подготавливаются задания на конфигури-

рование лабораторного макета, задания на измерения, инициируется процесс

измерения, обрабатываются и отображаются получаемые результаты.

Аппаратная часть серверного обеспечения АПК УД СЦЭУ содержит

сетевой сервер и измерительный ПК, который сопрягается с автоматизиро-

ванным лабораторным макетом (АЛМ) через встроенную в ПК плату сбора

данных. Разработанный в рамках проекта АЛМ представляет набор иссле-

дуемых объектных модулей (ОМ) и средств коммутации, управления и со-

пряжения (интерфейса).

Программная часть серверного обеспечения включает сетевое и изме-

рительное ПО. С помощью измерительного ПО реализуются алгоритмы из-

мерения параметров и характеристик исследуемых объектов, соответствую-

щие выбранным способам их измерения. Пользователь должен быть озна-

комлен с этими способами для правильной интерпретации получаемых ре-

зультатов измерения.

Взаимодействие измерительного ПК с платой сбора данных осуществ-

ляется с помощью программных драйверов используемой платы. Связь меж-

ду серверной и клиентской частями АПК поддерживается с помощью рас-

пределенного сетевого ПО.

Программное обеспечение АПК УД СЦЭУ разработано в среде графи-

ческого программирования LabVIEW.

1.2 Состав АЛМ АПК УД СЦЭУ

Автоматизированный лабораторный макет по «Схемотехнике цифро-

вых электронных устройств» состоит из лабораторного модуля позволяюще-

го выполнять две лабораторные работы.

Лабораторная работа №1 «Исследования работы триггеров» состоит из

следующих заданий:

- задание №1 «Исследование работы RS - триггера»;

- задание №2 «Исследование работы JK - триггера»;

- задание №3 «Исследование работы D - триггера»;

- задние №4 «Исследование работы Т - триггера»;

- задание №5 «Построение D – триггера на базе JK - триггера»;

- задание №6 «Построение Т – триггера на базе D - триггера».

Лабораторная работа №2 «Построение комбинационных схем» состоит

из следующих заданий:

- задание №1 «Делитель частоты с переменным коэффициентом деле-

ния»;

- задание №2 «Исследования принципа работы дешифратора».

1.3 Виртуальные стенды лабораторных работ,

выполняемых на основе АПК УД СЦЭУ

1.3.1 Общее описание виртуальных стендов лабораторных работ

Для исследования характеристик аналоговых электронных устройств,

входящих в состав ОМ, используется комплекс виртуальных стендов, разра-

ботанных в графической среде LabView.

Виртуальные стенды представляют собой развернутые изображения

лицевых панелей измерительных приборов, функциональных схем исследуе-

мых устройств (лабораторного макета), панели управления стенда и панели

конфигурации стенда. Через виртуальные стенды осуществляется взаимодей-

ствие пользователя с АПК УД СЦЭУ при выполнении конкретных лабора-

торных работ.

Внешний вид виртуального аппаратно-программного комплекса «Схе-

мотехника цифровых электронных устройств» представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид виртуального аппаратно-программного комплекса

СЦЭУ

После регистрации студента, в случае если доступ разрешен, произ-

водится вывод на экран персонального компьютера пользователя виртуаль-

ного стенда с выбором выполняемой лабораторной работы. При этом студент

может выбрать одну из лабораторных работ для выполнения или продолжить

выполнение ране не законченной работы. Виртуальный стенд АПК выбора

лабораторной работы представлен на рис. 2.

Рис. 2. Виртуальный стенд АПК выбора лабораторной работы

1.3.2 Описание виртуального стенда лабораторной работы №1

Вызов виртуального стенда лабораторной работы №1 «Исследова-

ния работы триггеров» выполняется с титульного экрана АПК УД

СЦЭУ, представленного на рис. 3.

Рис. 3. Виртуальный стенд выполнения лабораторной работы №1

На экране отображается номер задания, которое предлагается

студенту для выполнения, статус этого задания «выполнено» или «не вы-

полнено», а также информация о студенте и время начала выполнения лабо-

раторной работы. При выборе задания №1 «Исследование работы RS - триг-

гера» на экране персонального компьютера появляется виртуальный стенд.

При этом исследование RS – триггера проводится как в статическом режиме

(рис. 4), так и в динамическом режиме (рис. 5).

Рис. 4. Виртуальный стенд исследования RS – триггера в статическом

режиме

Рис. 5. Виртуальный стенд исследования RS – триггера в динамиче-

ском режиме

При исследовании RS – триггера в статическом режиме студент управ-

ляет входами триггера, устанавливая логический «0» или логическую «1» и

инициирует измерение с помощью кнопки «Измерение» после чего с лабора-

торного макета возвращается результаты работы триггера в виде откликов

сигналов на выхода Q и

, при этом выводится сообщение «Результаты из-

мерения получены» и на графике появляется временные диаграммы выход-

ных сигналов. При правильном выполнения задания пользователь сохраняет

результаты и формирует отчет с помощью кнопок «Сохранить» и «Отчет».

После исследования RS – триггера в статическом режиме с помощью

кнопки «Динамический» пользователь инициирует исследование RS – триг-

гера в динамическом режиме. При этом в таблице задаются частоты (f) для

сигналов R, S и C, скважности (q) для сигналов R и S, а также разность фаз

между сигналами R и S. После выполнения ввода параметров входных сиг-

налов инициируется режим измерения с помощью кнопки «Измерение». С

лабораторного макета возвращается результаты работы триггера в виде от-

кликов сигналов на выходах Q и Q, при этом выводится сообщение «Резуль-

таты измерения получены» и на графике появляется временные диаграммы

выходных сигналов. При правильном выполнения задания пользователь со-

храняет результаты и формирует отчет с помощью кнопок «Сохранить» и

«Отчет».

По окончании выполнения задания №1 «нажимается» кнопка «Выход»,

при этом на экране компьютера пользователя появляется виртуальный стенд

представленный на рис. 3. При выборе задания №2 «Исследование работы

JK - триггера» на экране отображается виртуальный лабораторный стенд

(рис. 6 и рис. 7). По аналогии с заданием №1 исследования JK – триггера

проводится в статическом и динамическом режимах.

Рис. 6. Виртуальный стенд исследования JK – триггера в статическом

режиме

Порядок выполнения задания №2 исследование JK – триггера прово-

дится аналогично, как и при исследовании RS – триггера (задание №1).

По окончании выполнения задания №2 «нажимается» кнопка «Выход»,

при этом на экране компьютера пользователя появляется виртуальный стенд

представленный на рис. 3. При выборе задания №3 «Исследование работы D

- триггера» на экране отображается виртуальный лабораторный стенд (рис.

8).

Рис. 7. Виртуальный стенд исследования JK – триггера в динамическом

режиме

Рис.8. Виртуальный стенд исследования D – триггера

Исследование работы D – триггера проводится только в динамическом

режиме, при этом в таблице задаются параметры входных сигналов: частот

(f) для сигналов D и C, скважности (q) для сигнала D, а также разность фаз

между сигналами D и C. После выполнения ввода параметров входных сиг-

налов инициируется режим измерения с помощью кнопки «Измерение». С

лабораторного макета возвращается результаты работы триггера в виде от-

кликов сигналов на выходах Q и

, при этом выводится сообщение «Резуль-

таты измерения получены» и на графике появляется временные диаграммы

выходных сигналов. При правильном выполнения задания пользователь со-

храняет результаты и формирует отчет с помощью кнопок «Сохранить» и

«Отчет».

По окончании выполнения задания №3 «нажимается» кнопка «Выход»,

при этом на экране компьютера пользователя появляется виртуальный стенд

представленный на рис. 3. При выборе задания №4 «Исследование работы Т -

триггера» на экране отображается виртуальный лабораторный стенд (рис. 9).

Рис. 9. Виртуальный стенд исследования Т – триггера

Исследование работы Т – триггера проводится только в динамическом

режиме, при этом в таблице задаются параметры входного сигнала частоты

(f) для сигналов Т и скважности (q). После выполнения ввода параметров

входных сигналов инициируется режим измерения с помощью кнопки «Из-

мерение». С лабораторного макета возвращается результаты работы триггера

в виде откликов сигналов на выходах Q и

, при этом выводится сообщение

«Результаты измерения получены» и на графике появляется временные диа-

граммы выходных сигналов. При правильном выполнения задания пользова-

тель сохраняет результаты и формирует отчет с помощью кнопок «Сохра-

нить» и «Отчет».

По окончании выполнения задания №4 «нажимается» кнопка «Выход»,

при этом на экране компьютера пользователя появляется виртуальный стенд

представленный на рис. 3.

После изучения принципов работы триггеров пользователю предлага-

ется на практике провести эксперимент построения триггеров на базе взаи-

мозаменяемости тем самым закрепить усвоенный материал, этому мероприя-

тию посвящены задание №5 и задание №6.