Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ФГОУ СПО «НИЖЕГОРОДСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
Дисциплина ОП.15. ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
И
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ-ЗАОЧНИКОВ
специальности 210414 Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по областям)
Н.Новгород, 2012
|
РАССМОТРЕНО на заседании ПЦК специальности 210414 Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по отраслям) Протокол № ____ от ___________ |
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Цифровая схемотехника» для специальности 210414 _______________ Дудкин Ю.М. (подпись председателя ПЦК) |
|
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ЦИФРОВАЯ
СХЕМОТЕХНИКА» . . . . . . . . . . . . . 5
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ . . . . . . 7
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . 10
УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ . . 10
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ . . . . . . . . 14
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ . . . . . . . . . 18
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания составлены в соответствии с Рабочей программой учебной дисциплины, которая является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 210414 Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по отраслям).
Программа предусматривает изучение синтеза цифровых устройств; сигналов, действующих в цифровых устройствах; основных цифровых схем.
Изучение дисциплины «Цифровая схемотехника» базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин: «Математика», «Информатика», «Физика», «Электротехника», «Электронная техника».
В свою очередь дисциплина «Цифровая схемотехника» является базой изучения дисциплины ОП.08. Вычислительная техника, модулей ПМ.02. Выполнение настройки, регулировки и проведение стандартных и сертифицированных испытаний устройств, блоков и приборов радиоэлектронной техники, ПМ.03. Проведение диагностики и ремонта различных видов радиоэлектронной техники.
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:
В процессе обучения в соответствии с программой студенты должны вы полнить одну домашнюю контрольную работу и три лабораторных работы. Формой контроля знаний по дисциплине «Цифровая схемотехника» является экзамен.
Методические указания содержат рабочую программу изучения дисциплины с перечнем рекомендуемой литературы, вопросы для повторения курса, варианты контрольной работы, указания по выполнению контрольной работы, перечень лабораторных работ, список рекомендованной литературы.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА»
Раздел 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Тема 1.1. Арифметические и логические основы ЦТ
Области применения и история развития цифровой техники (ЦТ). Тенденции и перспективы развития.
Цифровой сигнал и цифровое устройство (ЦУ). Системы счисления. Позиционные и непозиционные системы счисления. Двоичная система счисления. Перевод чисел из двоичной системы в десятичную и обратно.
Логические основы ЦТ: логические переменные и логические функции. Формы представления логических функций. Логические функции одного и двух аргументов. ИМС логических элементов (ЛЭ). Законы и тождества алгебры логики.
Тема 1.2. Интегральные триггеры
Назначение. Классификация. Параметры. Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Синхронные RS-триггеры: одноступенчатые, двухступенчатые. Триггер со счетным запуском (Т-триггер). Триггер задержки (Д-триггер). Универсальный JK-триггер. ИМС триггеров.
Тема 1.3. Синтез комбинационных ЦУ
Виды ЦУ: комбинационные (КЦУ) и последовательностные (ПЦУ).
Этапы синтеза КЦУ. Формы аналитической записи логических функций. СДНФ и СКНФ. Цифровая форма записи логических функций. Минимизация логических функций алгебраическим методом, методом Вейча-Карно. Выбор элементной базы. Разработка электрической функциональной и принципиальной схем. Расчет параметров схемы. Проверка работоспособности.
Тема 1.4. Синтез последовательностных ЦУ
Структура ПЦУ. Способы задания закона функционирования. Граф. Этапы синтеза ПЦУ. Выбор элементной базы. Разработка электрической функциональной и принципиальной схем. Расчет параметров схемы. Проверка работоспособности.
РАЗДЕЛ 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ ЦУ
Тема 2.1. Шифраторы. Дешифраторы
Определение шифратора. Назначение. Синтез шифратора. УГО. ИМС шифраторов.
Определение дешифратора. Назначение. Синтез линейного дешифратора. Пирамидальный дешифратор. Синтез схемы многовходового дешифратора. УГО. ИМС дешифраторов.
Тема 2.2. Преобразователи кодов
Определение преобразователя кодов. Назначение. Методы преобразования кодов. Синтез преобразователя кодов. Преобразователь для цифровой индикации. УГО. ИМС преобразователей кодов.
Тема 2.3. Сумматоры
Определение сумматора. Назначение. Сложение двоичных чисел. Синтез одноразрядного сумматора на 2 входа, на 3 входа. Многоразрядный сумматор параллельного действия с последовательным переносом. УГО. ИМС сумматоров.
Тема 2.4. Мультиплексоры. Демультиплексоры
Определение мультиплексора. Назначение. Синтез мультиплексора. Наращивание мультиплексоров (мультиплексорное дерево). УГО. ИМС мультиплексора.
Определение демультиплексора. Назначение. Синтез демультиплексора. Наращивание демультиплексоров (демультиплексорное дерево). УГО. ИМС демультиплексора.
Тема 2.5. Цифровой компаратор
Определение цифрового компаратора. Назначение. Сравнение двоичных чисел. Синтез цифрового компаратора. УГО. ИМС цифровых компараторов.
Тема 2.6. Счетчики импульсов
Определение счетчика импульсов. Назначение. Классификация. Основные параметры. Принцип построения и работы асинхронных счетчиков: суммирующего, вычитающего, реверсивного. Принцип построения и работы синхронных счетчиков: суммирующего, вычитающего, реверсивного. Недвоичные счетчики. Синтез недвоичного счетчика. УГО. ИМС счетчиков.
Тема 2.7. Регистры
Определение регистра. Назначение. Классификация. Основные параметры. Принцип построения и работы регистров параллельных, последовательных. Параллельно-последовательные регистры. УГО. ИМС регистров.
Тема 2.8. Полупроводниковые запоминающие устройства
Иерархическая классификация запоминающих устройств (ЗУ). Полупроводниковые ЗУ: классификация, элементы памяти, построение. Структура оперативных ЗУ: однокоординатная, двухкоординатная адресация, словарная организация. ИМС ЗУ. Программируемые интегральные схемы
Тема 2.9. Мультивибраторы
Автогенераторы и одновибраторы. Автоколебательные и ждущие мультивибраторы на ИМС ЛЭ, операционных усилителей. Физические процессы в схемах. Основные соотношения для расчета мультивибраторов
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Вопросы
Задачи
ЛИТЕРАТУРА
Основные источники:
Дополнительные источники:
УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Ответы на вопросы контрольной работы предусматривают решение задач и качественную проверку усвоения теоретического материала. Отвечать необ ходимо четко на поставленный вопрос, переписывание учебников недопусти мо. Ответ должен быть написан аккуратно, понятным почерком. Функцио нальные, принципиальные схемы, графики, временные диаграммы должны быть выполнены карандашом в соот ветствии с требованиями ЕСКД. На каждой стра нице тетради оставлять поля для заметок при проверке контрольной работы. Незачтённая работа возвращается студенту на доработку. Работа над ошибками выполняется только после рецензии преподавателя. Исправления в тексте работы недопустимы. После исправления ошибок работа снова представляется на рецензию. В конце работы необходи мо привести список используемой литературы, поставить подпись, дату вы полнения.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Пример выполнения задания № 1.
Синтез схемы комбинационного устройства: Y(x2,х1,х0) = ∑0,2,4,6. Составим таблицу истинности. Из задания следует, что функция равна единице на наборах 0, 2, 4, 6, на всех остальных ноль.
|
№ |
Х2 |
Х1 |
Х0 |
У |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
3 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
6 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
7 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Запишем СДНФ.
Правило записи: на наборах, где функция равна единице, берем конъюнкцию переменных, причем те, которые равны нулю, инвертируем, затем конъюнкции объединяем операцией логического сложения (дизъюнкцией).
Усднф = X2·X1·X0 + X2·X1 ·X0 + X2·X1·X0 + Х2·Х1·Х0
Строим схему в базисе И, ИЛИ, НЕ – рис. 1.
Выполним проверку работы схемы на наборе №5 = 1012. У = 0, что соответ ствует таблице истинности.
Запишем СКНФ.
Правило записи: на наборах, где функция равна нулю, берем дизъюнкцию переменных, причем те, которые равны единице, инвертируем, затем над дизъ юнкциями выполняем операцию логического умножения (конъюнкцию).
Ускнф = (Х2+Х1+ХО) · (Х2+Х1+Х0) · (Х2+Х1+ХО) · (Х2+Х1+ХО)
Строим схему в базисе И, ИЛИ, НЕ – рис. 2.
Выполним проверку работы схемы на наборе № 6 = 1102. У = 1, что соответ ствует таблице истинности.
Материал для выполнения задания изложен в [1], [2], [4].
Пример выполнения задания №2.
Асинхронный RS-триггер с прямыми входами находится в состоянии
Q=0. В каком состоянии будет находиться триггер, если на входы подать S=l,
R=0?
На входах элемента Э2 действуют сигналы: S=l и с выхода Q поступает 0. Тогда на выходе элемента установится Q=0, так как 0+1=0 , этот сигнал поступает на вход элемента Э1, на второй вход которого поступает R=0. тогда Q=1, так как 0+0=1. Таким образом при воздействии сигналов S=l, R=O триггер устанавливается в состояние Q=1, Q=0. Материал для выполнения этого задания изложен в [4] с.252-264, [2] с. 167-175, [4] с. 89-104.
Пример выполнения задания №3 вариантов 3,4.6,7.
В счетчике (рис. 3) записано чис ло 1012=510. Подадим на вход следующий счет-ный импульс. По его срезу триггер Т1 установится в состояние Q1=0. Пе репад 1/0 с выхода триггера
Т1 поступает на вход Т2 и переключает его в состояние Q2=1. Перепад 0/1 по ступает на вход триггера ТЗ, который остаётся в прежнем состоянии Q3=1, т.к. этот перепад не является переключающим. В счетчике записано число 11O2 = 610.
Материал для выполнения этого задания указанных вариантов изложен в [4] с. 266-276, [2] с. 205-218, [5] с. 108-112. Материал для выполнения осталь ных заданий достаточно полно и доступно наложен в [1], [2], [4]. При выборе мик росхем пользуйтесь литературой [6], [10].
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Вариант I.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ0,1,4,7. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2. Синхронный двухступенчатый JK-триггер. Привести схему,
условное графическое изображение, переключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входах J, K, С, на выходах Q1, Q2. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Qt=l, на входы поданы сигналы J=0, K=l. Почему JK - триггер называют универсальным? По справочнику найдите
микросхему JK —триггера 555 серии, приведите её условное изображение.
3. Назначение регистров. Параллельный регистр. Привести схему четырехразрядного регистра. Объясните, как записать в регистр число 10112, как
получить на выходе двоичное число в прямом коде, в обратном? Какую
микросхему серии 555 можно применить? Приведите её условное изображение.
Вариант 2.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ1,2,5,6. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКИФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2.Двухступенчатый Д-триггер. Привести схему, условное графическое изображение, переключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входах Д, С и выходах Q1, Q2?. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Qt=l, на входе Д=0. Как изменить схему Д-триггера, чтобы он работал как счетный Т-триггер? По справочнику выберите мик росхему Д-триггера 555 серии, приведите её условное изображение.
3.Назначение регистров. Последовательный регистр. Привести схему че тырехразрядного регистра. Объясните, как записать в регистр число 11012, как выдать число. Приведите временные диаграммы напряжений. Какую микросхему серии 555 можно применить? Приведите ее условное изображение.
Вариант 3.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ1,4,7. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2. Двухступенчатый Т-триггер. Привести схему, условное графическое изображение, пе реключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входе Т, на выходах Q1, Q2. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триг гера Qt=0. Почему состояние триггера изменяется на инверсное после воз действия каждого счетного импульса? Можно ли построить одноступенча тый Т-триггер на основе одноступенчатого RSC-триггера, если Q соеди нить со входом R, a Q - со входом S?
З. Автоколебательный мультивибртор на ИМС логических элементов. Объясните физические процессы в схеме. Приведите временные диаграммы на пряжений, основные соотношения для расчета мультивибратора
Вариант 4.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ2,3,4,5. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
Вариант 5.
2.Синхронный одноступенчатый RS-триггер. Привести схему, условное графическое изображение, переключательную таблицу, временные диаграммы напряже ний на входах R,S,C, на выходах Q, Q. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Qt=l, на входы поданы сигналы S=0, R=1 при С=0, при С=1.
3. Счётчик с принудительным обнулением. Привести схему счётчика с коэффициентом счёта К=5. Объясните принципы действия схемы. Приведите временные диаграммы напряжений, переключательную таблицу. Какую микросхему можно использовать для построении счётчика? Приведите условное изображение.
Вариант 6.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ0,1,6,7. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2. Асинхронный RS-триггер на логических элементах И-НЕ. Привести схему, условное изображение, переключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входах R,S, на выходах Q, Q. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Qt=l, на входы поданы сигналы S=l, R=0. Какие комбинации входных сигналов являются запрещёнными? Почему? По справочнику выберите микросхему 555 серии, на которой можно построить RS-триггер.
3. Синхронный суммирующий двоичный счётчик. Приведите схему четырёхразрядного счётчика на JK-триггерах. Объясните принципы построения схемы. В счётчике записано двоичное число 10012=910, подайте на вход счёт чика счётный импульс, объясните работу схемы. Какое теперь число записано в счётчике? Приведите временные диаграммы напряжений, переключательную таблицу. Из справочника выберите соответствующую микро схему, приведите её условное изображение.
Вариант 7.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ1,4,6. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2. Асинхронный RS-триггер на логических элементах ИЛИ-НЕ. Привести схему, условное изображение, переключательную таблицу, временные диа граммы напряжений на входах R, S, на выходах Q, Q. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Q=1, на входы поданы сигналы S=0, R=l. Какие комбинации входных сигналов являются запрещёнными? Почему? По справочнику выберите микросхему 555 серии, ни которой можно построить RS-триггер. Привести её условное изображение.
3. Асинхронный вычитающий двоичный счетчик. Приведите схему четырёхразрядного счётчика на Т-триггерах. Объясните принцип работы схемы. В счётчике записано двоичное число 10102=1010, подайте на вход счётчика счётный импульс, объясните работу схемы. Какое теперь число записано в счётчике? Приведите временные диаграммы напряжений, пере ключательную таблицу. Из справочника выберите соответствующую микросхему, приведите её условное изображение.
Вариант 8.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ1,3,5. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2. Двухступенчатый Д-триггер. Привести схему, условное изображение, пе реключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входах Д, С, на выходах Q1, Q2. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Q=0, на входе Д=1. Как изменить схему Д-триггера, чтобы он ра ботал как счётный Т-триггер? По справочнику выберите микросхему Д-триггера 555 серии, приведите её условное изображение.
3. Мультиплексор. Привести схему мультиплексора, условное изображение, переключательную таблицу. Пояснить назначение и принцип действия. Ка кой вход мультиплексора подключён к выходу по адресу А=1, А=О, A=1. По справочнику выберите микросхему мультиплексора, приведите её условное изображение.
Вариант 9.
1, Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ2,4,7. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2.Двухступенчатый Т-триггер. Привести схему, условное изображение, пере ключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входе 'I', на выходах Q1, Q2. Пояснить работу схемы, если исходное состояние триггера Ql=l. Почему состояние триггера изменяется на инверсное после воздейст вия каждого счетного импульса? Можно ли построить одноступенчатый Т-триггер на основе одноступенчатого RSC-триггера, если вход Q соединить со входом R, a Q - со входом S?
3. Демультиплексор. Привести схему демультиплексора 1 х 8, условное изображе ние, переключательную таблицу. Пояснить назначение и принцип действия. Какой выход демультиплексора подключён к информационному входу по адресу А2=1, А1=1, А0=0? По справочнику выберите микросхему демультип лексора, приведите её условное изображение.
Вариант 10.
1. Синтезировать схему комбинационного цифрового устройства Y(x3,х2,х1)=Σ0,3,5,7. Разработать таблицу истинности по заданной функции. Записать СДНФ, СКНФ. Построить схемы в базисе И, ИЛИ, НЕ по СДНФ, по СКНФ. Проверить работу схемы на соответствие таблице истинности.
2.Двухступенчатый синхронный RS-триггер. Привести схему, условное изображение, переключательную таблицу, временные диаграммы напряжений на входах R,S,C, на выходах Q1 Q2. Пояснить работу схемы, если и сходное состояние триггера Qt=l, на входы поданы сигналы S=0, R=l. В чём отличие работы двухступенчатого синхронного RS-триггера, от одноступенчатого?
3.Одноразрядный сумматор на три входа (полный сумматор). Привести определение полного сумматора, таблицу истинности, СДНФ, схему, ус ловное изображение. По справочнику выберите микросхему сумматора, приведите её условное изображение.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ PAБОТ
Лабораторная работа № 1 «Исследование работы триггеров».
Лабораторная работа № 2 «Исследование работы счетчика
импульсов».
Лабораторная работа № 3 «Исследование работы шифратора, дешифратора».