Описание лабораторной установки.

Установка для проведения лабораторной работы № 4 "Исследование арифметико-логического устройства" состоит из лабораторного стенда, внешний вид передней панели которого приведен на рис. 4.10. Стенд содержит все необходимые элементы для исследования работы арифметико-логического устройства и накапливающего сумматора на его основе. Сборка требуемых в ходе работы устройств производится путем соединения соответствующих сигнальных гнезд проводниками со стандартными одиночными штеккерами. Для реализации разветвленных связей имеются соединительные проводники с увеличенным количеством штеккеров.

Лабораторный стенд присоединяется к внешнему источнику питания. Включение стенда производится тумблером "Вкл.". О наличии питающего напряжения свидетельствует свечение зеленого светодиода.

При сборке макета и в ходе работы не разрешается подавать какие-либо сигналы на выходы микросхем, находящиеся в активном состоянии и соединять их друг с другом. Все изменения в схеме должны производиться только при отключенном питании элементов лабораторного стенда.

Порядок проведения лабораторной работы.

1. Домашняя подготовка.

В ходе домашней подготовки требуется:

a) Разработать и нарисовать в рабочей тетради схему преобразователя дополнительного кода четырехразрядных двоичных чисел в прямой;

б) разработать на основе АЛУ принципиальную схему четырехразрядного накапливающего сумматора и представить ее в рабочей тетради;

в) выполнить указанные в варианте задания действия над операндами согласно алгоритму функционирования АЛУ. Вычислить получающиеся результаты в двоичном и шестнадца -

55

Рис. 4.10

56

го четырехразрядного счетчика граф переходов имеет вид, показанный на рис. 6.4 .

Рис. 6.4

Конструктивно регистр сдвига, требуемый для создания счетчика Джонсона может быть выполнен на тактируемых фронтом триггерах любого типа, но наиболее подходящим для этих целей являются универсальный D-триггер, обозначение и таблица истинности которого приведены на рис. 6.5. Такой триггер содержит вход данных D, вход синхронизации С и инверсные входы и установки нуля и единицы.

Рис. 6.5

П

77

редварительная установка триггера в нужное состояние производится подачей сигнала логического нуля на один из входовили . При этом триггер устанавливается в нулевое или единичное состояние по выходу Q независимо от сигналов на его остальных входах, что отмечено звездочками в таблице на рис. 6.5. Одновременная подача сигналов логического нуля на оба входа и запрещена, так как после их снятия триггер может перейти в любое, заранее непредсказуемое состояние (H).

нуля, который начнет заноситься во все разряды регистра, начиная с младшего. Это вызовет распространение "волны" нулей. Такие процессы будут повторяться с интервалом , гдеn- количество разрядов регистра сдвига, -период тактирующих сигналов. Временные диаграммы работы регистра сдвига с данным видом обратной связи приведены на рис. 6.3.

Рис. 6.3

Как следует из таблицы на рис. 6.2 число различных состояний у такой системы в два раза больше количества разрядов регистра сдвига. При этом каждое состояние соответствует определенному количеству импульсов прошедших на тактовый вход регистра с момента начала его работы. Следовательно, данное устройство может служить для подсчета входных импульсов в пределах от 0 до 2n-1, то есть в качестве счетчика, рассматриваемый вариант которого называется счетчиком Джонсона.

Максимальное количество различных состояний счетчика называется модулем счета или коэффициентом пересчета. Число поступивших импульсов можно определить анализируя состояния всех разрядов регистра сдвига или, как говорят, его выходной код, который для данного счетчика называется кодом Джонсона или кодом Либау-Крейга.

Работу счетчика Джонсона удобно анализировать с помощью графа переходов, представляющего собой символическую запись смены состояний выходов регистра. Для рассматриваемо-

76

теричном кодах, при необходимости перевести их из дополнительного кода в прямой. Проанализировать сигналы, формируемые при этом на выходах P, G, арифметико-логического устройства, результаты анализа отразить в рабочей тетради.

г). Выбрать такую функцию, реализуемую АЛУ, чтобы значения были бы одновременно равны величине, указанной в варианте задания для соответствующего соотношения между разрядами операндов ;

д) проанализировать работу накапливающего сумматора при поступлении на его вход последовательности чисел, указанной в варианте задания. Представить полученные результат в шестнадцатеричном коде.

Все перечисленные пункты домашней подготовки должны быть оформлены в виде предварительного отчета и представлены преподавателю перед началом лабораторной работы.

2. Проведение лабораторной работы.

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

2.1. Исследование арифметико-логического устройства.

а) Соединить штеккерами входы АЛУ с соответствующей группой из четырех тумблеров. Собрать на основе сумматора схему для преобразования дополнительного кода в прямой. Подключить входы этой схемы к выходам АЛУ, а выходы к нижнему преобразователю кода (DC), обслуживающему правый цифровой индикатор. На вход управления схемой преобразования дополнительного кода в прямой подать сигнал с гнезда, связанного нижним тумблером с обозначением "0-1". Соединить выход переноса АЛУ со входом инвертора, выход которого подключить ко входу Хо верхнего преобразователя кодов, обслуживающего левый цифровой индикатор. На остальные входы этого преобразователя подать сигналы логического нуля;

57

б) с помощью соответствующих тумблеров установить заданные значения операндов А, В и требуемые в задании арифметические функции (сложение и вычитание). При этом во всех ситуациях горящему красному светодиоду соответствует наличие на соответствующем гнезде или клемме уровня логической единицы, а не светящемуся – нуля. Проанализировать по одиночным светодиодам и цифровым индикаторам получающиеся данные и сравнить их с рассчитанными в домашнем задании. При появлении отрицательного результата вычитания трансформировать его из дополнительного кода в прямой, установив с помощью тумблера соответствующий сигнал на управляющем входе преобразователя кодов;

в) задать режим выполнения арифметико-логической функции для тех же операндов, зафиксировать полученные результаты;

г) демонтировать схему преобразователя дополнительного кода в прямой, установить режим формирования, требуемой в варианте задания, логической функции, проверить её выполнение;

д) подключить к выходу А=В АЛУ нагрузочный резистор величиной 1 к0м и, установив АЛУ в соответствующий режим, проверить реализацию функции сравнения чисел.

2.2. Исследование накапливающего сумматора.

а) На основе АЛУ и регистра, входящих в состав лабораторного стенда собрать накапливающий сумматор. Вход установки нуля регистра подключить к кнопке, обслуживающей гнездо с надписью "Сброс", а вход синхронизации к гнезду рядом с кнопкой "Зап.". Сигналы с выходов регистра подать на соответствующие входы нижнего преобразователя кода, связанного с правым цифровым индикатором, а выходы АЛУ соединить со входами верхнего преобразователя, используя при этом соединители с тремя штеккерами;

б

58

) перевести АЛУ в режим суммирования без входного переноса, установить на входах первое из последовательности суммируемых чисел, нажатием кнопки "Сброс" перевести выхо-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

“ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКА ДЖОНСОНА”.

ЦЕЛЬЮ работы является ознакомление с принципами функционирования регистров сдвига с перекрестными обратными связями и способами построения преобразователей кода Джонсона в двоичный.