6 Синтез лічильників з довільним коєфіцієнтом рахунку
Один з методів проектування лічильників із заданим коефіцієнтом рахунку полягає в побудові таблиці переходів, в перших стовпцях якої будуть відображені поточні стани тригерів лічильника, а в інших - наступні за ними стани.
Аналіз таблиці дозволяє встановити ті переходи, які повинні бути “виконані” тригерами, що входять до складу лічильника. Потім за допомогою таблиці відповідного керуючого тригера, знаходяться значення логічних функцій на входах керуючих тригерів, що дозволяють здійснити ці переходи.
Розглянемо приклад синтезу синхронного двійково-десяткового лічильника на базі JK-тригерів. На рисунку 23 показаний граф, що пояснює послідовність переходів десяткового лічильника, в таблиці 3 – наведені переходи
Рисунок 23 – Граф переходів двійково-десяткового лічильника
В правій частині таблиці 3 наведені значення вхідних сигналів чотирьох тригерів.
Для пошуку цих значень повинні бути проаналізовані реалізовані переходи, а потім за допомогою керуючої таблиці визначені відповідні значення “J” і “K” входів тригерів.
На рисунку 24 приведені карти Карно для логічних функцій, яким повинні відповідати сигнали, присутні на керуючих входах тригерів (нульові значення функцій в комірках карти Карно не записані).
Після спрощення за допомогою карт Карно отримані логічні вирази, що використані для керування входами “J” і “К”, виглядають наступним чином:
J4 = Q1 Q2 Q3; K4 = Q1
J3 = Q1 Q2; K3 = Q1 Q2;
J2
=
;
K2
= Q1
Таблиця 3 –Таблиця переходів
Рисунок 24 – Карти Карно для функцій комбінаційної логіки двійково-десяткового лічильника.
Як видно зі стовбців J1 і К1 в табл. 3 всі значення або «~», або «1». Оскільки невизначені стани можуть також брати участь в процесі спрощення, то всі клітки карти Карно для J1 і К1 виявляються заповненими символами «~», «1» і «».
Отже
J1 = K1 = 1
На рисунку 25 показана схема двійково-десяткового синхронного лічильника.
Якщо лічильник через яку-небудь несправність опиниться в одному із заборонених станів, то його робота може бути перервана спеціальним сигналом та поданий аварійний сигнал, що попереджає про несправність в схемі лічильника.
Виявити це дозволяє схема реалізації виразу, який описує функцію заборонених станів:
Рисунок 25 – Схема реалізації двійково-десяткового синхронного лічильника
На рисунку 26 показано, як ця схема використовується для формування кола аварійної сигналізації і генерації блокуючого сигналу синхронізації.
Вираз, що описує блокуючий сигнал синхронізації, має вигляд:
Рисунок 26 – Схема формування блокуючого сигналу синхронізації та аварійного сигналу
Отже, якщо fзабор = 1, то С’ = 0, і синхроімпульси будуть відсутні до тих пір, поки лічильник не вийде із забороненого стану.
Зі схеми формування блокуючого сигналу синхронізації виходить, що логіка її функціонування орієнтована на те, щоб виключити можливість появи заборонених комбінацій вихідних сигналів.
Дійсно, в коді числа двійково-десяткового лічильника відсутні комбінації 0110, 0011, отже, їх поява свідчить про несправності системи.
Часова діаграми лічильника, наведеного на рисунку 25, заданого графом переходів (рис.21) і таблицею переходів 3, зображена на рисунку 27
Рисунок 27 – Часова діаграма двійково-десяткового синхронного лічильника на JK-тригерах
З рисунку 27 видно, що всі зміни станів тригерів відбуваються під час формування заднього фронту позитивного імпульсу синхронізації.
На часових діаграмах виходів Q1…Q4 присутні двійкові цифри, що характеризують поточний стан лічильника.
7 ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ
Для визначення рівня теоретичної підготовки студентів пропонується самостійно відповісти на тестові завдання щодо засвоєння матеріалу з розділу схемотехніка цифрових автоматів та автоматів з пам’яттю пп. 7.1-7.3 та оцінити свої знання за критеріями визначеними п. 7.4
7.1 Тестові завдання щодо засвоєння матеріалу з розділу схемотехніка цифрових автоматів та автоматів з пам’яттю достатнього рівня складності
1. Шифратори, мультиплексори, демультиплексори призначені для:
а) перетворення кодів; б) перекладання з англійської на французьку
в) зсуву сигналів; г) зберігання інформації.
2. Шифратор – пристрій, який використовується для перетворення:
а) вихідного кода на пристрій індикації;
б) вхідного кода на пристрій індикації;
в) переклад послідовних кодів в паралельні;
г) переклад паралельних кодів в послідовні.
3. Дешифратор – пристрій, який використовується для:
а) перетворення вихідного кода на пристрій індикації;
б) перекладу з української мови на російську;
в) зсуву сигналів;
г) зберігання інформації.
4. Базовий логічний пристрій складання називається:
а) суматором; б) напівсуматором; в) віднімачем; г) напівіднімачем.
5. Суматори уявляють собою комбіновані логічні схеми, які складаються з елементів:
а) диференційних. б) аналогових; в) інтегральних; г) логічних (цифрових);
6.Тригер це:
а) Пристрій, здатний переводити двійковий код в десятковий;
б) Пристрій, здатний виконувати арифметичні операції над двійковими числами;
в) Пристрій, здатний перетворювати паралельний сигнал у послідовний;
г) Пристрій, здатний формувати два стійких стани та зберігати інформацію.
7.Тригери призначені для:
а) Зберігання інформації;
б) Перекладання десяткових чисел у двійкові;
в) Складання двійкових кодів;
г) Перетворення послідовного коду в паралельний;
8.Лічильник призначений:
а) Для рахунку вхідних імпульсів та фіксації їх числа в двійковому коді;
б) Переводу послідовних сигналів в паралельні;
в) Синхронізації сигналів;
г) Немає правильної відповіді.
9.Базовим елементом лічильника є:
а) Інвертор; б) Компаратор; в) Тригер; г) Немає правильної відповіді.
10.Регістром називається:
а) Пристрій, призначений для складання двійкових кодів;
б) Пристрій, призначений для рахунку вхідних імпульсів;
в) Пристрій, призначений для перекладу двйкового коду в десятковий;
г) Пристрій, призначений для запису, зберігання та зсуву інформації, представленої двійковим кодом.
11.Базовим елементом регістру є:
а) Транзистор; б) Тригер; в) Діод; г) Резистор;
12.Яку з перелічених мікрооперацій виконує регістр:
а) Запис вхідної інформації в паралельній формі;
б) Збільшення вхідного двійковго коду на одиницю;
в) Зменшення двійкового коду на одиницю;
г) Складання двох двійкових кодів;
7.2 Тестові завдання щодо засвоєння матеріалу з розділу схемотехніка цифрових автоматів та автоматів з пам’яттю середнього рівня складності
1. Мультиплексор – пристрій, який:
а) підсилює сигнал.
б) перетворює послідовні коди в паралельні;
в) зберігає інформацію;
г) перетворює паралельні коди в послідовні;
2. Демультиплексор – пристрій, який:
а) генерує сигнал;
б) трансформує сигнал;
в) перетворює послідовні коди в паралельні;
г) використовується виключно як пристрій індикації.
3. Які двійкові числа еквівалентні наступним десятковим відповідно?
а) 111, 0101, 0001, 11111. б) 010, 1111, 10101, 10111111;
в) 011, 1011, 11111, 1000000; г) 100, 1001, 1000, 10000;
4. Два напівсуматора в сполученні з логічним елементом або складають:
а) віднімач; б) повний суматор; в) процесор; г) АЦП.
5. Сума чисел 101+011, 110+101, 111+111 в двійновій системі відповідно дорівнює:
а) 1000, 1011, 1110; б) 1010, 1001, 1000;
в) 1100, 1010, 1010; г) 1110, 1100, 1011.
6.Вихідною структурною коміркою послідовнісних логічних схем є:
а) Діод; б) Транзистор; в) Резистор; г) Тригер.
7.За реалізацією тригери класифікуються на:
а) DT, RS, A, XC; б) RS, D, T, JK; в) RS, JK, A, B. г) D; JK; A; C;
8.Лічильники можуть рахувати
а) В прямому та зворотному напрямках; б) Виключно в прямому напрямку;
в) Виключно в зворотному напрямку г) Немає правильної відповіді.
9.Лічильник, в якому запуск всіх тригерів здійснюється одночасно називають
а) Асинхронним; б) Синхронним в) Комбінованим. г) Немає правильної відповіді.
10.Регістр зсуву може зсувати інформацію
а) Як вправо, так і вліво б) Лише вправо;
в) Ліше вліво; г) Немає правильної відповіді
11.Регістри не можуть
а) записувати та видавати інформацію в паралельній формі;
б) записувати та видавати інформацію в послідовній формі;
в) Записувати та видавати інформацію одночасно в паралельній і послідовній формах;
г) Зсувати інформацію;
12.Парафазними називаються регістри, в яких
а) Інформація записується і зчитується в прямому та зворотному кодах;
б) Інформаці записується і зчитується або в прямому, або в зворотному коді;
в) Інформація записується в прямому коді, а зчитується в зворотному;
г) Інформація лише записується;
7.3 Тестові завдання щодо засвоєння матеріалу з розділу схемотехніка цифрових автоматів та автоматів з пам’яттю високого рівня складності
1. Десяткові еквиваленти для чисел 0010, 1111, 0011, 1001 відповідно є:
а) 2, 15, 3, 9; б) 5,12, 7, 13; в) 1, 5, 12, 7; г) 121, 125, 2115, 30.
2. Який логічний сигнал буде на виходах шифратора, якщо подати сигнал високого рівню:
В
хід№5
а) 100; б) 101; в) 111; г) 110.
3. На яких виходах дешифратора буде сигнал високого рівня, якщо сигнал на вході буде відповідно:
а) на 7; б) на 5; в) на 3; г) на 2.
4. Вказати логічну схему напівсуматора:
а
)
б)
в)
г)
5. Вказати графічне позначення повного суматора:
а
)
б)
в) г)
6. Кількість входів тригера залежить від:
а) Кількості виходів; б) Розрядності двійкового коду;
в) Типу тригера; г) Не від чого не залежить і може бути довільною;
7.Тригер здатний змінювати свій стан
а) Плавно; б) Стрибкоподібно;
в) Як плавно, так і стрибкоподібно; г) Взагалі не змінює свій стан;
8.Лічильники, в яких перемикання всіх тригерів здійснюється послідовно один за іншим, називаються лічильниками :
а) З паралельним перенесенням; б) З послідовним перенесенням;
в) З комбінованим перенесенням. г) Немає правильної відповіді.
9.Лічильники, в яких перемикання всіх тригерів здійснюється одночасно за сигналом синхронізації, називаються лічильниками :
а) З паралельним перенесенням; б) З послідовним перенесенням;
в) З комбінованим перенесенням. г) Немає правильної відповіді.
10.Однотактними називаються регістри, що
а) Управляються декількома послідовностями керуючих імпульсів;
б) Управляються однією послідовністю керуючих імпульсів;
в) Взагалі не управляються послідовностями імпульсів;
г) Немає правильної відповіді.
11.Функціональна схема паралельного регістра має вигляд:
а)
;
б)
;
в)
г)
;
12.Функціональна схема послідовного регістра має вигляд:
а) ; б) ;
в) ; г)
7.4 Критерії оцінювання
Таблиця 4 - Ключ до тестових завдань
питання
№
тесту |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
7.1 |
а |
б |
а |
б |
г |
г |
а |
а |
в |
г |
б |
а |
7.2 |
г |
в |
г |
б |
а |
г |
б |
а |
б |
а |
в |
а |
7.3 |
а |
б |
б |
а |
а |
в |
б |
б |
а |
б |
а |
б |
Оцінювання тестових завдань з самоперевірки здійснюється за чотирьохбальною шкалою - «незадовільно», «задовільно», «добре», «відмінно»:
Оцінка «незадовільно» виставляється, якщо студент відповів правильно тільки на три питання з дванадцяти можливих.
Оцінка «задовільно» виставляється, якщо студент відповів правильно на три-шість питань з дванадцяти можливих.
Оцінка «добре» виставляється, якщо студент відповів правильно на сім-дев’ять питань з дванадцяти можливих.
Оцінка «відмінно» виставляється, якщо студент відповів правильно на десять-дванадцять питань з дванадцяти можливих.
Відповівши на тестові завдання різного рівня можна визначити рівень теоретичної підготовки та засвоєння матеріалу з даної тематики за наступною шкалою:
Студент має достатній рівень теоретичних знань, якщо він отримав оцінку вищу за задовільну відповівши на питання визначені пунктом 7.1.
Студент має середній рівень теоретичних знань, якщо він отримав оцінку вищу за задовільну відповівши на питання визначені пунктом 7.2.
Студент має високий рівень теоретичних знань, якщо він отримав задовільну або вищу за задовільну оцінку відповівши на питання визначені пунктом 7.3.
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Основна література:
1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1982. – 416с.
2. Бабич М.П., Жуков І.А. Комп’ютерна схемотехніка: Навчальний посібник. – К.: «МК-Прес», 2004. – 412с.
3. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный приктикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. Издание 5-е. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800с.
4. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікро схемотехніка: теорія і практикум – К.: Каравела, 2003. – 368с.
5. Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с англ.. – М.: Мир, 1988. – 392с.
6. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цыфровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 768.с.
7. Калабеков Б:А.. Мамзелев И.А. Импульсные устройства и микропроцессорные системы. -М : Радио и связь, I987
8 Браммер Ю А.. Пащуч И.Н. Импульсная техника. -М ; Высшая школа. 1985.
9 Схемотехника ЭВМ учебник для студентов вузов спец. ЭВМ /Под ред. Г.Н Соловьева - М : Высшая школа. 1985
Додаткова література:
1 Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике Справочник /Под ред Б.Н.Фанзупеова. Б В Tаpaорина -М Радио и связь. 1986.
2 Скаржепа В.A. Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики. /Под общ ред А.А. Краснопрошиной Высшая школа. - 1989.
3 Попупроводниковые, оптоэлектронные приборы Справочник. М.: - Энергоатомиздат.- 1989.
4 Быстров Ю А. и др. Электронные приборы для отображения информации Радио и связь. 1985.
5. Микро-ЭВМ Учебное пособие в восьми книгах /Под ред. Л. Н. Преснухина. - М.: Высшая школа. - 1988
6. Расчет элементов цифровых устройств Учебное пособие /Под ред. Л Н Преснухина. М.:- Высшая школа. - 1991.
7. Логические ИС КР 1533, КР 1554. Справочник. В двух частях. И.И. Провский, А.В. Прибыльский, А.А. Троян, В.С. Чувелев. М.: "БИНОМ", 1993.
8. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник.- М. Радио и связь. -1988.
9. Щелкунов Н.Н., Днанов А.П. Микропроцессорные средства и системы.-М.: Радио и связь. -1989
10. Березенко А.И. Микропроцессорные комплекты общего применения. -Машиностроение.- 1982.
11. Басманов А.С, Широков Ю.Ф. Микропроцессоры и однокристальные микро ЭВМ. Номенклатура и функциональные возможности /Под ред. В. Г. Дорачева -Энергоатомиздат. - 1988.