Краткие теоретические сведения.

А

Рис. 4.1

рифметико-логическим устройством (АЛУ) называется комбинационная логическая схема, выполняющая под действием управляющих сигналов совокупность арифметических и логических операций над двумя операндами. Достаточно широкое распространение получили четырехразрядные АЛУ. Его функциональное обозначение приведено на рис. 4.1.

Данное АЛУ имеет входы операндов ,и инверсный вход переноса (состояниесоответствует наличию переноса, состояние- отсутствию его). Кроме этого присутствует вход управления М и входы задания функций. При наличии на входе М сигнала логического нуля выполняются арифметические и смешанные, а при сигнале логической единицы – логические операции над входными данными. В последнем случае процедуры логической обработки проводятся над каждым из разрядов данных, поступающих на входы А и В. Конкретные виды операций, определяемые комбинациями управляющих сигналов на входахприведены в таблице на рис. 4.2.

46

Для наблюдения временных диаграмм работы счетчика Джонсона соединить его вход тактирования и первый вход цифрового коммутатора с гнездами лабораторного стенда, обозначенными "". На них присутствуют прямоугольные импульсы с частотой следования 1-2 кГц. Выходы счетчика подключить ко входам 2-6 коммутатора, а на вход 7 подать сигнал с инверсного выхода последнего разряда. Перевести осциллограф в режим внешней синхронизации и соединить соответствующий вход осциллографа со вторым входом коммутатора. Органами управления осциллографа добиться устойчивого изображения полного цикла смены состояний счетчика Джонсона. Сравнить полученные временные диаграммы с расчетными.

в) Исследование функционирования счетчика Джонсона при возникновении сбоев без схемы самовосстановления.

Имитация сбоя производится путем однократной принудительной установки счетчика в состояние, указанное в варианте задания к работе. Для этого вход синхронизации счетчика подключается к гнезду, обслуживаемому кнопкой "Синхр.". Входы триггеров, которые требуется установить в единичное состояние и входытриггеров, устанавливаемых в нулевое, соединяются с гнездами у кнопки "Уст.", а на остальные входыиподаются сигналы логической единицы.

Нажатием кнопки "Уст." производится имитация сбоя. По светодиодам, подключенным к выходам разрядов счетчика, определяется правильность установленного состояния. Нажимая кнопку "Синхр." проследить порядок изменения сигналов на выходах счетчика и сравнить его с расчетным.

Подать на вход синхронизации счетчика сигнал с гнезда «» , провести наблюдение временных диаграмм его работы по осциллографу. Выключить осциллограф и коммутатор.

г) Исследование функционирования счетчика Джонсона при возникновении сбоев со схемой самовосстановления.

Собрать из элементов, имеющихся в составе макета, схему устранения сбоев. Соединить вход синхронизации счетчика с

87

К работе допускаются студенты, представившие предварительный отчет с требуемыми расчетными и графическими материалами.

а) Исследование функционирования счетчика Джонсона в рабочем режиме.

Собрать схему рассчитанного варианта счетчика Джонсона без устройства устранения сбоев. Для установки счетчика в исходное (нулевое) состояние необходимо входы всех триггеров подключить к гнездам, расположенным у кнопки "Уст.", а навходы подать с соответствующих гнезд сигнал логической единицы. Входы синхронизации триггеров соединить с гнездом, связанным с кнопкой "Синхр." Включить стенд. При нажатии кнопки "Уст." формируется сигнал логического нуля, который поступает на соответствующие входы установки триггеров. Контроль состояния разрядов счетчика Джонсона осуществляется по светодиодам, расположенным у прямых выходов триггеров, единичному соответствует свечение красного светодиода. При нажатии кнопки "Синхр." формируются перепады логических уровней "1""0", а при отпускании "0""1". Под действием этих сигналов происходит срабатывание счетчика. Нажимая кнопку "Синхр.", проверить правильность функционирования собранного варианта счетчика Джонсона. Зафиксировать полученные результаты в рабочей тетради.

б) Исследование временных диаграмм работы счетчика Джонсона.

Подключить цепь питания коммутатора к лабораторному стенду. Включить осциллограф, соединить коаксиальным кабелем вход "Y" осциллографа с выходом коммутатора. Установить переключатель длительности развертки в положение 0.5 мс/дел, а переключатель синхронизации в положение "Внутр.", "Авт.". На экране осциллографа должны наблюдаться восемь горизонтальных лучей, каждый из которых связан с соответствующим входом коммутатора - верхний с первым, нижний с восьмым.

86

Выбор функции				М = 1	М = 0
				Логические опер.	Арифметические опер.
0	0	0	0
0	0	0	1
0	0	1	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	0	0
0	1	1	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	0	1
1	0	1	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	0	1
1	1	1	0
1	1	1	1

Рис. 4.2

Р

47

езультат операции формируется на выходах. Кроме этого имеется инверсный выход переноса, нулевой сигнал, на котором соответствует наличию, а единичный - отсутствию переноса в старший разряд. Выходы Р и G (распространения и генерации переноса) служат для наращивания разрядности АЛУ с использованием схем ускоренного переноса (СУП). На выходе с открытым коллектором, обозначенным "= =", при подключении

внешнего резистора формируется напряжение высокого уровня, если на всех выходах одновременно присутствуют сигналы логических единиц. Эта ситуация возникает, когда А=В,и сигналами S и M задана операция вычитанияF=A-B-1 (М=0, =0,=1,=1,=0). Схема подключения дополнительного резистора показана на рис. 4.1 .

Организация выхода "= =" по схеме с открытым коллектором позволяет объединять их у разных АЛУ способом "монтажное ИЛИ", то есть непосредственно друг с другом. Это даёт возможность производить сравнение операндов с разрядностью большей четырёх.

Для наращивания разрядности АЛУ могут соединяться последовательно, как показано на рис. 4.3. Однако недостатком такого способа является относительно низкое быстродействие, связанное с последовательным распространением сигналов переноса. Время суммирования для данного варианта соединения АЛУ составляет , где n - число последовательно включенных АЛУ,- время формирования сигнала переноса в одном

АЛУ, - время задержки при формировании суммы.

Рис. 4.3

С

48

ущественно повысить быстродействие можно используя принцип ускорения формирования сигналов переноса. Он заключается в том, что переносы во все разряды сумматора можно формировать внешними схемами из входных операндов практически одновременно. Для упрощения реализации этого подхода в

Включение лабораторного стенда производится тумблером "Вкл.". О наличии питающего напряжения свидетельствует свечение зеленого светодиода. Для подачи питания на коммутатор служит гнездо, расположенное на правой боковой стенке лабораторного стенда, либо аналогичное на передней панели источника питания. Специальным кабелем оно соединяется с соответствующим гнездом на боковой стенке коммутатора.

При сборке схем и в ходе работы запрещается подавать какие-либо сигналы на выходы триггеров и логических элементов, не допускается также соединение разных выходов друг с другом. Все изменения в схеме необходимо производить при выключенном питании.