Описание лабораторной установки.

У

11

становка для проведения лабораторной работы № 1 "Исследование мультиплексора" состоит из лабораторного стенда, внешний вид передней панели которого приведен на рис. 1.7. Стенд содержит все необходимые элементы для сборки макетов мультиплексоров 161 и исследования принципов их работы. Кроме этого в составе стенда имеются логические элементы для реализации требуемых в варианте задания логических функций.

12

При записи информации в стек устройство управления УУ переводит счетчик в режим суммирования, ОЗУ в режим записи, а выходной регистр RG в режим, при котором его выходы находятся в состоянии высокого импеданса (Z или третье состояние). В этом случае шина данных работает на прием входной информации.

Процедура записи информации в такой стек (цикл записи) состоит из двух тактов, соответствующих приходам отрицательного и положительного фронтов импульсов управления как показано на рис. 9.3 и в таблице на рис.9.4.

При поступлении отрицательного фронта происходит запись входной информации D₀ в ячейку с адресом A₀. В момент прихода положительного перепада тактирующего сигнала, ОЗУ переводится в режим считывания и к содержимому счетчика А₀ прибавляется единица. При этом происходит выбор ячейки ОЗУ с адресом А₀+1 и это же значение адреса появляется на выходе указателя стека. Выходы регистра в режиме записи информации в стек поддерживаются в состоянии высокого импеданса и информация с ОЗУ на шину данных не поступает.

В следующем цикле соответствующим уровнем сигнала производится запись текущих данных в ячейку ОЗУ с адресомA₀+1 и так далее. Обозначение (A₀) на рис. 9.4 соответствует содержимому ячейки ОЗУ с адресом А₀.

В зависимости от режима считывания, схема, изображенная на рис. 9.3 может работать как стек FIFO либо как стек LIFO. В первом случае необходимо вновь произвести установку начального адреса А₀, сигналом (рис. 9.3) перевести ОЗУ в режим считывания, выходы регистра RG сигналом Vz - в активное состояние. Шина данных при этом начинает работать на передачу информации, режим работы счетчика СТ2 (сложение) сохраняется.

П

121

ри поступлении в первом такте цикла считывания отрицательного фронта импульса управления содержимое ячейки ОЗУ с адресом А₀ записывается в регистр RG и появляется на шине данных. Во втором такте происходит увеличение содержимого

моделируемого стека и временные диаграммы его работы приведены на рис. 9.3.

Рис. 9.3

Приняты следующие обозначения RAM - оперативноe запоминающее устройство, СТ2 - двоичный счетчик, RG - регистр памяти, УУ - устройство управления, SР - указатель стека.

Такое устройство функционирует следующим образом. Перед началом работы в счетчик СТ по сигналу, поступающему на вход V заносится начальный адрес обращения к ОЗУ - . Указатель стека, связанный с выходами счетчика, позволяет в том или ином виде отобразить номер ячейки ОЗУ, к которой будет происходить обращение в данном цикле работы.

120

Сборка макета мультиплексора производится путём организации связей между сигнальными гнёздами, соединенными с выводами цифровых логических элементов и узлов, входящих в состав лабораторного стенда. Для реализации простых связей используются проводники с одиночными стандартными штеккерами. В случае необходимости установления разветвленных соединений возможно применение проводников с увеличенным количеством штеккеров.

Каждый лабораторный стенд подключается 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 необходимо:

а) разработать на основе мультиплексоров 41 принципиальные схемы мультиплексоров 161 с использованием первого и второго способа наращивания разрядности;

б) записать в развёрнутом виде логическую функцию, описывающую состояние выхода мультиплексора 161;

в) представить в табличной форме логическую функцию из варианта задания, преобразовав её к виду, который может быть реализован на элементах макета;

г) записать состояния входов мультиплексора для формирования данной логической функции;

д) представить в табличной форме логическую функцию, описывающую заданную в соответствующем варианте операцию отношения между двумя двухразрядными числами А и В;

е

13

) записать состояния входов мультиплексора для реализации данной функции, приняв, что на управляющие входыпоступает число А, а на- В.

2. Проведение лабораторной работы.

а) собрать макет мультиплексора 161, используя первый способ наращивания разрядности, на входы управления состоянием выходов мультиплексоровподать сигнал логического нуля с соответствующих гнезд;

б) подключить гнезда, обслуживаемые группой из шестнадцати тумблеров ко входам данных мультиплексоров 161 (свечение красного светодиода свидетельствует о наличии в соответствующем гнезде сигнала логической единицы);

в) подать сигналы с гнёзд, размещенных вблизи группы из четырех тумблеров на входы управления мультиплексора 161, выход мультиплексора соединить с гнёздами, обслуживающими индикатор состояния выхода, расположенный в верхней правой части лицевой панели лабораторного стенда и обозначенный "Вх. инд." (при наличии на входе индикатора сигнала логической единицы загорается красный светодиод, если сигнал равен нулю, то свечение отсутствует);

г) проверить работу собранного мультиплексора, для чего установить на информационных входах кодовую комбинацию 0100111111110010 и последовательным перебором сигналов управления убедиться в поочередном появлении соответствующих входных сигналов на выходе мультиплексора (следует учитывать, что сигналу тумблера, обслуживающему какой-либо вход управления мультиплексора приписывается двоичный вес этого входа);

д

Рис. 9.2

14

119

) задать на информационных входах комбинацию сигналов, соответствующую значениям предложенной в варианте логической функций, собрать на логических элементах макета схему, реализующую эту же логическую функцию выход схемы соединить совторым индикатором состояния выхода, а на входы подать логические переменные, совпадающие с сигналами управления мультиплексором (для этого можно использовать

Рис. 9.1

сдвиговых регистров не нашли широкого применения в вычислительных устройствах из-за малого объема памяти (глубины стека) и потери информации при считывании. Последнее обстоятельство не позволяет реализовать режим многократного считывания данных.

Альтернативой регистровому стековому запоминающему устройству является, так называемый, "моделируемый" стек. Он строится на основе обычного ОЗУ и дополнительного устройства формирования адреса, в качестве которого чаще всего используется двоичный счетчик с предустановкой. Структурная схема

В запоминающих устройствах стекового типа обращение к ячейкам производится по специальному алгоритму, а именно, после занесения информации в какую-либо ячейку подготавливается к записи соседняя и т.д. Аналогично реализуется и режим считывания. То есть информация в стековом ОЗУ записывается и считывается последовательным образом.

Номер ячейки, в которую будет производиться запись информации или из которой произойдет считывание называется указателем стека (SP) и в процессе работы изменяется автоматически. Из последовательного принципа обработки информации в стековых ОЗУ вытекает жесткая взаимосвязь режимов записи и считывания. В частности оказывается, что в любой данный момент возможно считывание информации, занесенной либо в самом начале работы стека, либо в конце, то есть непосредственно перед переходом в режим считывания.

В первом случае структура стекового ОЗУ называется FIFO (first in, first out - первым вошел, первым вышел), а во втором LIFO (last in, first out - последним вошел, первым вышел). Принцип работы стековых запоминающих устройств пояснен на рис. 9.1. Стрелкой отмечено положение указателя стека, звездочками - произвольные состояния запоминающих ячеек.

Обычно стековые ЗУ используются в устройствах обработки информации с единой шиной данных. Это значит, что записываемые и считываемые из ЗУ данные передаются по одним и тем же линиям. Таким образом, в режиме записи выводы ЗУ, связанные с шиной данных должны вести себя как входы, а в режиме считывания - как выходы. Обычно это реализуется путем использования в схеме специальных шинных формирователей (ШФ) с тремя состояниями, как показано на рис. 9.2 либо введением третьего - высокоимпедансного состояния в само запоминающее устройство.

И

118

з рис. 9.1 следует, что простейший стек типа LIFO может быть построен на основе обычного реверсивного регистра сдвига. Аналогичным образом, используя нереверсивный регистр, можно построить стек FIFO. Однако, стековые ЗУ на основе

соединительные проводники с увеличением количеством штеккеров);

е) последовательно изменяя комбинации сигналов на управляющих входах мультиплексора и логической схемы проверить идентичность формируемых ими логических функций и соответствие их заданным, зафиксировать полученные результаты;

ж) поменять местами штеккера, связанные с крайними гнёздами, в которых формируются управляющие сигналы, () проделать все операции, писанные в пункте "е", определить явный вид формируемой логической функции, в отчете объяснить полученные результаты;

и) собрать макет мультиплексора 161 с использованием дешифратора, произвести подключения аналогичные описанным в пунктах "б" и "в";

к) проверить работу мультиплексора по методике, указанной в пункте "г";

л) считая, что левая группа из двух тумблеров, связанных с входами управления задает код числа А, а правая, обслуживающая входы- код числа В, установить на информационных входах сигналы, соответствующие формированию заданной функции отношения чисел;

м) путем перебора кодов чисел А и В проверить функционирование реализованной на мультиплексоре логической схемы и сравнить полученные результаты о расчётными;

н) поменять местами группы штеккеров, посредством которых на управляющие входы мультиплексора задаются числа А и В, ()проверить функционирование системы в этом случае, зафиксировать и объяснить полученные результаты;

По окончании лабораторной работы рабочая тетрадь с результатами экспериментов представляется преподавателю и в ней делается соответствующая запись о выполнении работы.

15

3. Содержание отчёта.

Окончательный отчет по лабораторной работе должен включать в себя материалы предварительного отчёта, а также описания хода выполненных исследований, полученные результаты, их анализ и соответствующие выводы.

При подготовке к работе рекомендуется использовать следующую литературу:

1. Угрюмов E.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. Учеб. пособие для спец. ЭВМ вузов. - М.: Выс.шк. 1987. - 318 с., ил. (стр. 157 - 160).

2. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов. - М.: Горячая линия – Телеком, 2000. – 768 с.: ил. (стр 540-544).

3. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт – Петербург, 2000.- 528 с.: ил. ( стр. 54-64)

4. Схемотехника ЭВМ: Учебник для студентов вузов спец. ЭВМ.Под ред. Г.Н.Соловьева. - М.: Высш. шк., 1985. - 391 с., ил. (стp.110 - 119).