Аналіз та синтез регістрових пристроїв на ЕОМ

Дата добавления: 27 Марта 2012 в 20:47
Автор: d***************@yandex.ru
Тип работы: курсовая работа
Скачать полностью (971.58 Кб)
Работа содержит 1 файл
Скачать  Открыть 

kursovoy.doc

  —  1.41 Мб

2

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра автоматизованих

систем управління

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи з дисципліни «Компютерна схемотехніка»

на тему: «АНАЛІЗ ТА СИНТЕЗ РЕГІСТРОВИХ ПРИСТРОЇВ НА ЕОМ»

 

 

 

Виконавець 

ст.гр. КСД – 09                          __________________         ************

                                       (підпис)                                         

Керівник                                     __________________      Хмільовий С.В.

                                                                                      (підпис)                                

Дата захисту  ______________ Оцінка _______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Донецьк 2011г.

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

Факультет КНТ

Кафедра автоматизованих систем управління

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

по дисципліні «Комп’ютерна схемотехніка»

Студенту ************ групи *************.

Тема курсової роботи: аналіз та синтез регістрових пристроїв на ЕОМ.

 

Завдання: синтезувати 4-х розрядний паралельний регістр, що реалізує 4 мікрооперації згідно таблиці варіантів. Для цього виконати за допомогою пакета Electronic Workbench наступні схеми:

      Схему комбінаційно-цифрового пристрою для кожної з мікрооперацій для заданого тригеру в заданому базисі. Побудувати комбінаційно-цифрові пристрої, показати часові діаграми їх роботи. Сигнали на комбінаційно-цифровий пристрій подавати з компоненту Word Generator. Для цього продумати тестову комбінацію, що записуватиметься у Word Generator. Аналіз схеми комбінаційно-цифрового пристрою та тригеру з комбінаційно-цифровим пристроєм виконувати за допомогою компоненту Logic Analyzer.

      Функціональну схему 4-х розрядного регістрового пристрою. У функціональній схемі управління входами Х1, Х2, Х3, Х4 здійснювати з клавіатури за допомогою перемикачів, а також за допомогою компоненту Word Generator. Продумати послідовність для тестування.

      Принципіальну схему регістрового пристрою за допомогою мікросхем, що є у пакеті. Продемонструвати відповідність функціональної схеми  принципіальній.

 

Індивідуальне завдання:

Тригер – JK

Базис – И-ИЛИ

Мікрооперації:

              Y3порозрядне логічне множення Qit = Qit-1*xit-1;

              Y6логічна інверсія;

              Y7 – зсув вліво;

              Y8 – зсув вправо;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

стр. –26, рис. –16., табл. - 13.

 

КОМБИНАЦИОННО-ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО, РЕГИСТРОВОЕ УСТРОЙСТВО, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА,МИКРООПЕРАЦИЯ, КАРТЫ КАРНО,

ELECTRONIC WORKBENCH

      

 

     Целью курсовой работы по дисциплине «Компьютерная электроника» является практическое закрепление теоритической части курса и приобретение навыков синтеза и анализа регистровых устройств с использованием современных программных и технических средств вычислительной техники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

5

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

6

2. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ                                                                                                   

7

3. РАЗРАБОТКА И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ КЦУ

 

9

4. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММЕ EWB

 

14

     4.1 Краткая историческая справка

14

     4.2  Основные принципы создания схемы

14

     4.3. Описание основных элементов

 

17

     4.4 Триггеры

 

18

5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГИСТРАХ

 

19

6. СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

 

21

7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

 

23

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

35

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

26

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

               Информационно-измерительные и управляющие цифровые и микропроцессорные системы предназначены для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов, а также для управления ими. Как правило, микропроцессорные системы  содержат микропроцессоры или микроэлектронные вычислительные машины, вычислите и средства измерения и первичного преобразования информации (датчики), сбора (коммутации) сигналов датчиков, их первичной обработки, передачи данных на расстояние, исполнительные органы, средства отображения (дисплеи, графопостроители, электрические печатающие устройства и др.). Итак, при проведении измерений параметров каналов связи, либо при приеме телеметрической информации зачастую возникает необходимость обеспечить сбор данных.

          Следует, например, последовательно опрашивая аналоговые каналы, преобразовывать аналоговые измерительные или телеметрические сигналы, поступающие по ним, в цифровую форму и помещать их в оперативную память с целью последующей их обработки и отображения.

        Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания.  Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов.

         Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

 

Согласно индивидуальному заданию, заданы 4 микрооперации:

     поразрядное логическое умножение,

     логическая инверсия

     сдвиг влево

     сдвиг вправо.

     Требуется

1.     Составить таблицы состояний для каждой из 4 микроопераций.

2.     Минимизировать функции при помощи карт Карно.

3.     Для каждой из микроопераций построить схему КЦУ для заданного триггера в заданном базисе. Продумать тестовую комбинацию, которую потом подать на компонент Word Generator. На компоненте Logic Analyzer получить временные диаграммы, которые затем проанализировать в соответствии с таблицей состояний.

4.     Составить функциональную схему 4-х разрядного регистрового устройства. В схеме управление входами Х1, Х2, Х3, Х4 должно осуществляться при помощи переключателей, которые активируются с помощью клавиатуры. Продумать тестовую комбинацию, которую потом подать на компонент Word Generator. На компоненте Logic Analyzer получить временные диаграммы, которые затем проанализировать в соответствии с таблицей состояний.

5.     Составить принципиальную схему регистрового устройства с помощью микросхем, имеющихся в пакете. Продемонстрировать соответствие функциональной схемы принципиальной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

       Триггер является элементом хранения информации, который широко применяется при построении счетчиков, регистров и других устройств памяти. Одним из наиболее важных свойств триггера является его способность устанавливать состояние своего выхода в одно из двух возможных состояний, которые могут быть представлены как логические нуль и единица. В соответствие с этим состояние триггера может рассматриваться как бит информации.

 

     Триггер — цифровой автомат, имеющий два устойчивых состояния равновесия либо 0, либо 1.

 

       Состояние триггера распознается по его входному сигналу. Под влиянием входного сигнала триггер скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала.

        Для удобства использования в схемах вычислительных устройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называется также «выход 1») и инверсный («выход 0»). В единичном состоянии триггеры на выходе Q имеют высокий уровень сигнала, а в нулевом — низкий. На выходе наоборот.

 

       Если хотя бы с одного входа информации в триггер заносится принудительно под воздействием синхронизирующего сигнала, то триггер называется синхронизируемым (синхронным). Если занесение информации в триггер с любого входа производится без синхронизирующего сигнала, то триггер называется несинхронизируемым (асинхронным).

 

Состояние триггера определяется сигналом Q на прямом выходе триггера (или сигналом на его инверсном выходе).

 

Законы функционирования триггеров задаются таблицами переходов с компактной записью, при которой в столбце состояний может быть указано, что новое состояние совпадает с предыдущим либо является его отрицанием.

 

    JK-триггер — универсален, с раздельной установкой нулевого и единичного состояния, в зависимости от соединения его входов он может работать как RS, T, D триггера.

     В отличие от триггера типа RS в нем не запрещена одновременная подача сигналов на оба входа. Входы J и K эквивалентны входам S и R установки триггера соответственно в состояния «1» и «0».При объединении входов J и K и при подаче на них счетных импульсов. Вход J при раздельном использовании входов играет роль входа установки в единицу, а вход K - роль входа установки в нуль.

 

         Таблица истинности JK-триггера практически совпадает с таблицей истинности синхронного RS-триггера. Для того чтобы исключить запрещённое состояние, схема триггера изменена таким образом, что при подаче двух единиц

JK-триггер превращается в счётный триггер. Это означает, что при подаче на тактовый вход C импульсов JK-триггер изменяет своё состояние на противоположное. Таблица истинности JK-триггера приведена в таблице 2.1

C

J

K

Qt-1

Qt

Пояснения

0

*

*

0

0

Режим хранения информации

0

*

*

1

1

1

0

0

0

0

Режим хранения информации

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

Режим установки единицы J=1

1

1

0

1

1

1

0

1

0

0

Режим записи нуля K=1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

К=J=1 счетный режим триггера

1

1

1

1

0

Таблица 2.1 Таблица истинности JK-триггера

Структурная схема, схемная реализация и УГО  JK-триггера представлены на рисунках 2.1 , 2.2 и 2.3  соответственно

 

Рисунок 2.1 Структурная схема синхронного JK-триггера

 

Рисунок 2.2 Схемная реализация JK-триггера

Рисунок 2.3 Условно-графическое обозначение JK-триггера

       На рисунке 2.3 приведено обозначение типовой цифровой микросхемы JK-триггера, выполненной по ТТЛ технологии. В промышленно выпускающихся микросхемах обычно кроме входов JK-триггера реализуются входы RS-триггера, которые позволяют устанавливать триггер в заранее определённое исходное состояние.

 

        В названиях отечественных микросхем для обозначения JK-триггера присутствуют буквы ТВ. Например, микросхема К1554ТВ9 содержит в одном корпусе два JK-триггера. В качестве примеров иностранных микросхем, содержащих JK-триггеры можно назвать такие микросхемы, как 74HCT73 или 74ACT109.

 

3. РАЗРАБОТКА И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ КЦУ

 

Микрооперация поразрядное логическое умножение - логическая операция над двумя операндами, результатом которой является “истина” (1) только в том случае, если оба операнда имеют значение “истина” (1). Во всех остальных случаях значение операции “ложь” (0).

C

Y

X

Qt-1

Qt

J

K

0

0

0

0

0

0

*

0

0

0

1

1

*

0

0

0

1

0

0

0

*

0

0

1

1

1

*

0

0

1

0

0

0

0

*

0

1

0

1

1

*

0

0

1

1

0

0

0

*

0

1

1

1

1

*

0

1

0

0

0

0

0

*

1

0

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

*

1

0

1

1

1

*

0

1

1

0

0

0

0

*

1

1

0

1

0

*

1

1

1

1

0

0

0

*

1

1

1

1

1

*

0

Таблица 3.1 Таблица переходов для микрооперации

поразрядного логического умножения

 

Произведем минимизацию функции с помощью карт Карно.

 

Минимизацию столбца J не привожу, так как в заданном базисе ее результат будет равен нулю.

 

 

 

 

Таблица 3.2 Карта Карно для К в базисе И-ИЛИ

Схема КЦУ для данной микрооперации будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 3.1 Схема КЦУ для операции поразрядного

логического умножения

             

Микрооперация логическая инверсия  делает истинное высказывание ложным и, наоборот, ложное — истинным.

C

Y

X

Qt-1

Qt

J

K

0

0

0

0

0

0

*

0

0

0

1

1

*

0

0

0

1

0

0

0

*

0

0

1

1

1

*

0

0

1

0

0

0

0

*

0

1

0

1

1

*

0

0

1

1

0

0

0

*

0

1

1

1

1

*

0

1

0

0

0

0

0

*

1

0

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

*

1

0

1

1

1

*

0

1

1

0

0

1

1

*

1

1

0

1

1

*

0

1

1

1

0

0

0

*

1

1

1

1

0

*

1

Таблица 3.3 Таблица переходов для микрооперации

логическая инверсия

 

 

 

 

Произведем минимизацию функции с помощью карт Карно.

 

Таблица 3.4 Карта Карно для J в базисе И-ИЛИ

 

Таблица 3.5 Карта Карно для K в базисе И-ИЛИ

 

Схема КЦУ для данной микрооперации будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 3.2 Схема КЦУ для операции логическая инверсия

 

             

Операции логического сдвига.

 

Сдвиг, при котором уходящий бит уходит, не влияя на оставшееся биты, а на место появившегося бита записывается бит 0.

Пример работы операции сдвига:

Пусть у нас есть число 10101010b (в двоичной системе).

Если сделать сдвиг влево на 1 бит, то получим число 01010100b

Если сделать сдвиг исходного числа вправо на 1 бит, то получим число 01010101b.

Итак, для микрооперации логического сдвига влево:

 

 

 

 

C

Y

X

Qt-1

Qt

J

K

0

0

0

0

0

0

*

0

0

0

0

1

*

0

0

0

1

1

0

0

*

0

0

1

1

1

*

0

0

1

0

0

0

0

*

0

1

0

0

1

*

0

0

1

1

1

0

0

*

0

1

1

1

1

*

0

1

0

0

0

0

0

*

1

0

0

0

1

*

0

1

0

1

1

0

0

*

1

0

1

1

1

*

0

1

1

0

0

0

0

*

1

1

0

0

0

*

1

1

1

1

1

1

1

*

1

1

1

1

1

*

0

Таблица 3.6 Таблица переходов для микрооперации

сдвиг влево

 

Произведем минимизацию функции с помощью карт Карно.

Таблица 3.7 Карта Карно для J в базисе И-ИЛИ

 

Таблица 3.8 Карта Карно для K в базисе И-ИЛИ

 

 

Схема КЦУ для данной микрооперации будет выглядеть следующим образом:

 

Рисунок 3.3 Схема КЦУ для операции сдвиг влево

 

Для микрооперации логического сдвига вправо:

 

 

C

Y

X

Qt-1

Qt

J

K

0

0

0

0

0

0

*

0

0

0

1

1

*

0

0

0

1

0

0

0

*

0

0

1

1

1

*

0

0

1

0

0

0

0

*

0

1

0

1

1

*

0

0

1

1

0

0

0

*

0

1

1

1

1

*

0

1

0

0

0

0

0

*

1

0

0

1

1

*

0

1

0

1

0

0

0

*

1

0

1

1

1

*

0

1

1

0

0

0

0

*

1

1

0

1

0

*

1

1

1

1

0

1

1

*

1

1

1

1

1

*

0

Таблица 3.9 Таблица переходов для микрооперации

сдвиг вправо

 

Произведем минимизацию функции с помощью карт Карно.

Таблица 3.10 Карта Карно для J в базисе И-ИЛИ

 

Таблица 3.11 Карта Карно для K в базисе И-ИЛИ

 

 

Схема КЦУ для данной микрооперации будет выглядеть следующим образом:

 

Рисунок 3.4 Схема КЦУ для операции сдвиг вправо

 

 

4.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММЕ EWB

 

   4.1 Краткая историческая справка

 

        История создания программы Electronics Workbench (EWB) начинается с 1989 г. Ранние версии программы состояли из двух независимых частей. С помощью одной половины программы можно было моделировать аналоговые устройства, с помощью другой — цифровые. Такое "раздвоенное" состояние создавало определенные неудобства, особенно при моделировании смешанных аналого-цифровых устройств. В 1996 г. в версии 4.1 эти части были объединены, а спустя полгода была выпущена пятая версия программы с расширенными возможностями анализа примерно в объеме программы Micro-Cap V [3] и переработанной библиотекой компонентов. Дополнительные средства анализа цепей в EWB 5.0 выполнены в типичном для всей программы ключе — минимум усилий со стороны пользователя. Дальнейшим развитием EWB является программа EWB Layout, предназначенная для разработки печатных плат .

 

4.2  Основные принципы создания схемы.

          Работа с электронной системой моделирования EWB включает в себя три основных этапа: создание схемы, выбор и подключение измерительных приборов, и, наконец, активация схемы - расчет процессов, протекающих в исследуемом устройстве.

          В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB компонентов из библиотеки программы. Четырнадцать разделов библиотеки программы ЕWB поочередно могут быть вызваны с помощью иконок, расположенных на панели инструментов (рис. 3.1). Каталог выбранного раздела библиотеки располагается в вертикальном окне справа или слева от рабочего поля (устанавливается в любое место перетаскиванием стандартным способом - за шапку заголовка). Для открытия каталога нужного раздела библиотеки необходимо подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз ее левую кнопку, после чего серый фон иконки меняется на светло-серый. Необходимый для создания схемы значок (символ) компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается для фиксирования символа. При размещении компонентов схемы на рабочем поле

программы можно также воспользоваться контекстным меню», возникающим при нажатии на правую клавишу мыши на свободном месте рабочего стола в иконок контрольно-измерительных приборов

 

Рисунок 4.2.1 Каталог библиотеки компонентов EWB

 

        Выделенный компонент схемы (отображается красных цветом) можно повернуть (с помощью сочетания клавиш Ctrl+R, контекстного меню кнопок на панели инструментов или пункта меню Сircult->Rotate) или зеркально отразить относительно вертикальной (горизонтальной) оси (команда меню Circut->Flip Vertical (Horizontal), контекстное меню кнопки на панели инструментов). При повороте большинство компонентов поворачиваются на 900 против часовой стрелки при каждом выполнении команды для измерительных приборов (амперметр, вольтметр и др.) меняются местами клеммы подключения.

      В готовой схеме пользоваться поворотом и отражением элементов  нецелесообразно, поскольку это чаще всего приводит к путанице соединительных проводов - в этом случае компонент нужно отключать от цепи в только потом вращать (отражать).

      С помощью двойного щелчка по значку компонента можно изменить его свойства. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (цвет проводника, сопротивление резистора, тип транзистора в т.д.) и выбор подтверждается нажатием кнопки <<Оk>> или клавиши <Enter>  на клавиатуре. Для большого числа компонентов можно выбрать параметры соответствующие реальным элементам (диодам, транзисторам и т.п.) различных производителей.

Если в схеме используются компоненты одинакового номинала (например, резисторы с одинаковым сопротивлением) то номинал такого компонента рекомендуется задать непосредственно в каталоге библиотеки, и затем переносить компоненты в нужном количестве на рабочее поле. Для изменения номинала компонента необходимо два раза щелкнуть мышью по символу его графического изображения и в раскрывающемся после этого окне внести изменения.

      При создании схем удобно также пользоваться динамическим меню, которое вызывается нажатием правой кнопки мыши.

      Меню содержит команды Не1р (помощь). Раste (вставить). ZoomIn (увеличить). Zoom Out (уменьшить). Schematic Options (параметры схемы), а также команды Add <Название компонента>.

        Эта команда позволяет  добавить  на  рабочее  поле  компоненты,  не  обращаясь к  каталогам  библиотеки. Количество команд Add <Название компонента>  в списке меню определяется количеством типов компонент (резисторов, знака заземления в т.д.), уже имеющихся на рабочем поле.  После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом  необходимо учитывать, что к вызову компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента и после появления площадки нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же площадки, после него кнопка мыши отпускается и соединение готово.

        При необходимости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Basic выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет) необходимо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка действительно имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью окрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересекающего проводника, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. После удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компонентов или точке соединения и при появлении площадки нажимается левая кнопка, проводник отводится на свободное место рабочего доля, после чего кнопка отпускается.

         Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия - компоненты и другие проводники - огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или вертикали). Точка соединения может быть использована не только для подключения проводников, но и для введения надписей (например, указания величины тока в проводнике, его функционального назначения и г п.). Для этого необходимо дважды щелкнуть по точке и в раскрывшемся окне ввести необходимую заспись. При обозначении компонентов необходимо придерживаться рекомендаций и правил, предусмотренных единой системой конструкторской документации.  Подключение    к    схеме    контрольно-измерительных    приборов производится аналогично.

       Для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор, соединения целесообразно проводить цветными проводниками, поскольку их цвет определяет цвет соответствующей осциллограммы.

       Каждый элемент может быть передвинут на новое место. Для этого он должен быть выделен и перетащен с помощью мышки. При этом расположение соединительных проводов изменится автоматически. Можно также переместить целую группу элементов для этого их нужно последовательно выделять мышкой при нажатой клавише Ctrl, а затем перетащить их в новое место. Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и, после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора, производятся нужные перемещения.

        После подготовка схемы рекомендуется составить ее описание (соответствующее окно вызывается из меню Window > Description или с помощью сочетания клавиш Ctrl+D).

 

4.3. Описание основных элементов

 

       Как уже говорилось в электронной системе Electronic Workbench имеется четырнадцать разделов библиотеки компонентов, которые могут быть использованы при моделировании. Ниже приводится краткая справка по основным (естественно, не всех) компонентам. После названия в скобках приведены параметры компонента, которые могут быть изменены пользователем.

     Так как большая часть элементов не используется в данной работе, поэтому будет рассмотрена лишь их малая часть.

 

Favorite - в этом разделе библиотеки размешаются подсхемы, если они имеются в данной схеме.

 

 

Генератор слова

 

Рис. 4.3.1 Генератор слова

 

       Его внешний вид показан на рис 4.3.1. Кодовые комбинации необходимо задавать в шестнадцатеричном коде, каждая кодовая комбинация заносится с помощью клавиатуры, номер редактируемой ячейки фиксируется в окошке EDIT блока ADRESS. Всего таких ячеек, а следовательно, комбинаций - 2048. В процессе работы генератора в отсеке ADRESS индицируется номер текущей ячейки (CURRENT) в конечной ячейки инициализации или начала работы (INITAL) и конечной ячейка (FINAL). Выдаваемые из 16 выходов (в нижней части генератора) кодовые комбинации индицируются в текстовом (ASCII) и двоичном коде (BINARY)|.

 

4.4 Триггеры

 

Триггер - простейший последовательный элемент с двумя состояниями, содержащий элементарную запоминающую ячейку и схему управления, которая изменяет состояние элементарной ячейки. Состояние триггера зависит как от комбинации на входах, так и от предшествующего состояния. Триггерные устройства лежат в основе компьютерной оперативной памяти и используются во множестве последовательных схем. Триггер можно создать из простых логических элементов.

Рис. 4.4.1. –  D-триггер

Рассмотрим работу D-триггера (рис. 4.1). Информация со входа D заносится в триггер по положительному перепаду тактового импульса и сохраняется до следующего положительного перепада на счетном входе.

Таблица 4.4.1. Таблица  функционирования D-триггера.

Входы

Выходы

Данных D

Счет Clock

0

T

0

1

1

T

1

0

 

5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГИСТРАХ

 

Регистр предназначен для хранения многоразрядных двоичных чисел (слов). Поэтому его основу составляют запоминающие элементы – триггеры. В каждом из них хранится цифра разряда числа. 

              Кроме хранения, регистр может осуществлять сдвиг принятого слова, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот, преобразование кода из прямого в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули – единицами) и наоборот, и некоторые арифметические и логические операции.

              В соответствии со способом ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и комбинированные.

              В параллельном регистре (регистре памяти) ввод и вывод слова осуществляется в параллельной форме – одновременно всех разрядов, в последовательном (сдвиговом) регистре разряды числа вводятся и выводятся последовательно, в комбинированном регистре ввод числа осуществляется в параллельной форме, а вывод в последовательной или наоборот.

Рисунок 5.1 Функциональная схема параллельного регистра

 

На рисунке 5.1 приведена функциональная схема параллельного  регистра (регистра  памяти)  на RS-триггерах при однофазном способе приема числа xn ….x2, x1.

              Так как сигналы, поступающие только на входы  S, не могут установить соответствующие триггеры в состояния 0 (из-за  чего  число  будет  записано  с

ошибкой), то перед приемом числа все триггеры регистра обнуляются. Для этого на линию “0” подается  логическая 1. Подготовка  к  приему  новой  информации составляет первый такт.

              Во втором такте по сигналу 1 на линии “П” (“Прием”) двоичное число

всеми разрядами одновременно (параллельно) через конъюнкторы записывается в разряды регистра. Выдача числа в прямом коде осуществляется по сигналу логической 1 на линии Впр, а в обратном – по сигналу лог.1 на  линии Вобр.

              Ввод информации в рассматриваемом регистре может осуществляться и парафазным способом, когда i-ый разряд числа на вход S поступает  непосредственно, а на R-вход – через инвертор. Этим исключается необходимость предварительной установки триггеров в 0, так как теперь его состояние целиком определяется сигналами на S- и R-входах, т. е. цифрой в разряде кода. Такая запись числа осуществляется в один такт и производится намного быстрее, чем двухтактная.

              Параллельный регистр может быть реализован и на других типах триггеров, имеющих информационные входы.

.

Рисунок 5.2 Функциональная схема последовательного регистра

 

В  последовательных  регистрах  число  вводится  и  выводится последовательно разряд за разрядом. Разряды такого регистра  соединены  последовательно.  Каждый  разряд  выдает информацию в следующий и одновременно принимает новую  информацию  из  предыдущего.  Для  этого  каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента. В первый  передается  информация из  предыдущего  разряда,  одновременно второй запоминающий элемент передает свою  информацию  в  последующий  разряд;  затем  информация, принятая первым запоминающим элементом, передается во второй, а первый освобождается для приема новой информации. 

Двухступенчатый  триггер (например, JK-триггер, D-триггер)  представляет  совокупность  двух  запоминающих элементов, поэтому он один может составлять разряд последовательного регистра.

              Если в цепи таких триггеров выходы одного триггера соединить с входами другого, то по фронту тактового импульса во входную ступень каждого триггера будет заноситься информация из выходной ступени предыдущего триггера, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень. Теперь (по фронту следующего тактового импульса) во входной ступени триггера информация может быть заменена новой (из предыдущего триггера) без опасения, что предыдущая будет потеряна. 

Функциональная схема последовательного регистра приведена на рисунке 5.2, где, к примеру, левый триггер предназначен для хранения старшего разряда числа, а правый – для хранения младшего разряда. Разряды двоичного числа (высокие и низкие потенциалы),  начиная с его младшего разряда, последовательно поступают на входы старшего разряда регистра. Поступление разрядов числа чередуется с поступлением импульсов сдвига, которыми вводимые разряды продвигаются вдоль регистра, пока младший разряд n-разрядного числа не окажется в младшем разряде регистра. 

Для выдачи записанного числа в последовательной форме надо на входы старшего разряда регистра подать хi=0,  x i=1, а на линию импульсов сдвига – n импульсов. Первый импульс выдвинет из младшего разряда регистра младший разряд числа, на его место передвинется второй разряд числа и т. д. – все число сдвинется вдоль регистра на один разряд. Одновременно с входов в старший разряд регистра будет записан 0. Второй импульс сдвига выдвинет из регистра второй разряд числа и продвинет 0 из старшего  разряда регистра в соседний, более младший и т.д. После n импульсов сдвига число будет полностью выведено из регистра, в разряды которого окажутся записанными нули. В соответствии с механизмом перемещения разрядов числа вдоль регистра последовательный регистр называют сдвигающим (сдвиговым). Он может быть однонаправленным (для сдвига числа в сторону младшего  разряда – правый сдвиг, в сторону старшего разряда – левый сдвиг), а также реверсивным, обеспечивающим сдвиг в обе стороны.

 

 

6. СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

В схеме управление входами Х1, Х2, Х3, Х4 осуществляется при помощи переключателей(ключей), которые активируются с помощью клавиатуры цифровыми клавишами [1],[ 2],[ 3], [4]. Управление входами Y1, Y2, Y3, Y4 осуществляется с клавиатуры клавишами [Q], [W],[ E], [R].

Функциональная схема 4-х разрядного регистрового устройства представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 Функциональная схема 4-х разрядного регистрового устройства

 

Выбранную для проверки тестовую комбинацию подаю на компонент WordGenerator.

Рисунок 6.2Компонент WordGenerator с поданной

тестовой комбинацией

 

На компоненте LogicAnalyzer получаю следующий результат работы схемы:

Рисунок 6.3 Результат работы функциональной схемы

 

 

Для проверки правильности работы схемы сверяем полученные результаты с таблицей переходов. Результат, полученный на компоненте LogicAnalyzer совпадают с теоритической таблицей истинности.

 

7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

Принципиальную схему 4-х разрядного регистрового устройства строила с помощью микросхем, имеющихся в пакете.

Использовала  в основном микросхемы 7408 и 7432, для инвертирования применяла микросхему 7404.

Принципиальная схема представлена на рисунке 7.1

Рисунок 7.1 Принципиальная схема 4-х разрядного регистрового устройства

 

 

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе представлен синтез и анализ 4-х разрядного регистрового устройства. В частности, теоритический расчет предполагаемых результатов, схемная реализация заданных микроопераций, построение функциональной и принципиальной схемы регистрового устройства.

Для реализации поставленных задач применялся электронный пакет Electronic Workbench. С его же помощью была выполнена проверка результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конспект лекций по дисциплине «Компьютерная схемотехника»

2. Короновский А.А., Храмов А.Е. «Применение EWB для моделирования электронных схем»

3. Интернет источник: http://window.edu.ru/

4. Интернет источник: http://ru.wikipedia.org/

5. Интернет источник http://cxem.net/beginner/beginner17.php

Описание работы
Целью курсовой работы по дисциплине «Компьютерная электроника» является практическое закрепление теоритической части курса и приобретение навыков синтеза и анализа регистровых устройств с использованием современных программных и технических средств вычислительной техники.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
5
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
6
2. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
7
3. РАЗРАБОТКА И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ КЦУ

9
4. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММЕ EWB

14
4.1 Краткая историческая справка
14
4.2 Основные принципы создания схемы
14
4.3. Описание основных элементов

17
4.4 Триггеры

18
5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГИСТРАХ

19
6. СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

21
7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 4-Х РАЗРЯДНОГО РЕГИСТРОВОГО УСТРОЙСТВА

23
8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

35
9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

26