Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Электротехнический факультет
Кафедра автоматики и телемеханики
Самостоятельная работа по дисциплине «Схемотехника»
(Вариант 11)
Цифровая схемотехника
Выполнил: студент группы ТК-10
Иванов И.И.
Проверил: Профессор кафедры АТ
Заслуженный изобретатель РФ,
доктор технических наук, профессор ТЮРИН С.Ф.
Пермь –2012 г.
Самостоятельная работа студента по дисциплине «Основы схемотехники» 2011.
СРС ориентировано на самостоятельное изучение материала по синтезу и анализу цифровых схем с помощью современных систем схемотехнического моделирования типа Proteus 7.2 SP6 фирмы Labcenter Electronics (Великобритания), Quartus II фирмы Altera (США), Electronics Workbench и Multisim 10.1 фирмы Interactive Image Technologies (Канада).
Расчёты выполняются аккуратно, от руки в отдельной тетради в клетку, схемы изображаются карандашом, схемы, реализованные в программных продуктах распечатываются в соответствующем формате и вклеиваются в тетрадь.
Литература:
Конспект лекций.
Тюрин С.Ф. Вычислительная техника и информационные технологии.
Цифровая схемотехника: учебное пособие. Пермь, издательство Перм.
гос. техн. ун-та, 2008.-137 с.
Аляев Ю.А., Тюрин С.Ф. Дискретная математика и математическая логика – М.: Финансы и статистика, 2006. – 357 с.
С.Ф.Тюрин. Аляев Ю.А. Практическая дискретная математика и математическая логика – М.: Финансы и статистика, 2010. – 384 с
Тюрин С.Ф. Вычислительная техника и информационные технологии. Руководство к лабораторным работам в системе Proteus 7.2. Пермь, издательство Перм. гос. техн. ун-та, 2010.-135 с.
Реализация цифровых автоматов в системе Quartus фирмы Altera: учеб. Пособие / С.Ф. Тюрин, А.В. Греков, О.А. Громов – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. –134с.
Вычислительная техника и информационные технологии. Аппаратные средства вычислительной техники: конспект лекций / С.Ф. Тюрин, О.В. Гончаровский, О.А. Громов – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. –324с.
Общие задания
В [2] выполняются следующие задания:
1. Комбинационные схемы. СРС. Занятие 2-Задание2.
2. Комбинационные схемы. СРС. Занятие 3-Задания3,4.
3. Типовые комбинационные схемы. Будет лабораторное занятие№1 – Занятие 4-Задания1,2,3,4,5. Занятие 5 – реализация ПЗУ на дешифраторе.
4. Последовательностные схемы. Триггеры. СРС. Занятие 6-Задания1-8;
5. Последовательностные схемы. Триггеры. Будет лабораторное занятие№2 Занятие 7-Задание 2. Построить логический преобразователь на ПЗУ.
6. Типовые последовательностные схемы. Регистры. СРС. Занятие 8-Задания 1,2,3,5.
7. Типовые последовательностные схемы. Счётчики.СРС. Занятие 9-Задания 1-4.
8. Типовые последовательностные схемы. ИМС счётчиков.СРС. Занятие 10-Задания 1-5.
9. Типовые последовательностные схемы. Передача информации.СРС. Занятие 11-Задания 1,2.
10. МПУУ. Занятие 12. Будет лабораторное занятие №3.
11. МПУУ. Занятие 13. Будет лабораторное занятие №4.
12. МПУУ. Занятие 14.СРС.Задания 1,2.
13. Переходные процессы. Занятие 15.СРС. Задания 1-5.
14.МПС. ЦАП-АЦП. Занятие 17. СРС. Задания 1-5.
15.Кодирование. Занятие 18. Задания 1,2.
16. Кодирование. Занятие 19. Задания 1-5.
Кроме того, выполняются задания по индивидуальным вариантам:
Варианты индивидуальных заданий по дисциплине «Основы схемотехники» 2012 г.
Номер варианта соответствует номеру студента по списку группы.
Задание 1: По заданному десятичному числу получить номер переключательной функции в двоичном, восьмеричном и шестнадцатеричном кодах, таблицу истинности соответствующей функции (ПФ), определить СДНФ, СКНФ, символическую форму функции в десятичном и двоичном кодах.
Минимизировать функцию по кубу соседних чисел и карте Карно. Реализовать функцию переключательной схемой и схемой из функциональных в базисах И, ИЛИ, НЕ; И-НЕ; ИЛИ-НЕ.
Провести проверку схемы с помощью логического конвертора.
Выполнить моделирование схемы с помощью системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies (Канада) в базисе функциональных элементов и в базисе ИМС 4011.
Провести проверку схемы с помощью логического конвертора.
Варианты заданий: соответствуют номеру по списку группы.
-
1)
ПФ №241
2)
ПФ №165
3)
ПФ №55
4)
ПФ №143
5)
ПФ №70
6)
ПФ №29
7)
ПФ №183
8)
ПФ №248
9)
ПФ №234
10)
ПФ №77
11)
ПФ №253
12).
ПФ №249
13)
ПФ №71
14)
ПФ №224
15)
ПФ №229
16)
ПФ №90
17)
ПФ №88
18)
ПФ №133
19)
ПФ №247
20)
ПФ №161
21)
ПФ №244
22)
ПФ №150
23)
ПФ №181
24)
ПФ №39
25)
ПФ №157
25)
ПФ №251
27)
ПФ №79
28)
ПФ №67
29)
ПФ №105
30)
ПФ №142
31)
ПФ №43
Задание 2: Построить автомат Мили – распознаватель заданной последовательности для двух бинарных входов:
Вариант |
Последовательность |
Вариант |
Последовательность |
1 |
20132 |
11 |
10231 |
2 |
01313 |
12 |
10131 |
3 |
02323 |
13 |
13102 |
4 |
10132 |
14 |
13131 |
5 |
02013 |
15 |
13201 |
6 |
01023 |
16 |
13232 |
7 |
02320 |
17 |
23102 |
8 |
01013 |
18 |
23132 |
9 |
02310 |
19 |
23201 |
10 |
10232 |
20 |
23231 |
|
|
|
|
21 |
23102 |
31 |
13231 |
22 |
02313 |
32 |
13131 |
23 |
02320 |
33 |
13132 |
24 |
10132 |
34 |
13231 |
25 |
02313 |
35 |
13202 |
26 |
31023 |
36 |
13231 |
27 |
32020 |
37 |
23132 |
28 |
31013 |
38 |
23131 |
29 |
32310 |
39 |
23231 |
30 |
13202 |
40 |
23232 |
Выполнить моделирование в булевом базисе, в базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ и на микросхемах 4011 с помощью системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies (Канада)
Булев
базис
Базис
И-НЕ
Базис
ИЛИ-НЕ
ИМС 4011
This device contains four independent 2-input NAND gates.
NAND gate truth table:
I1 I2 | O1
------------
1 1 | 0
0 X | 1
X 0 | 1
Задание 3: Построить автомат Мили – распознаватель заданной последовательности для трёх бинарных входов:
Цель работы: исследование вариантов синтеза автомата – распознавателя заданной последовательности и выработка рекомендаций по выбору наиболее предпочтительного из них.
Постановка задачи синтеза.
Дано: последовательность входных наборов.
Требуется: синтезировать автомат – распознаватель при учёте возможного изменения только одного бинарного входа в каждом такте. Провести анализ синтезированного автомата (для схемы асинхронного автомата с RS-триггерами (инверсными)).
Базисы логического преобразователя:
И-НЕ, ИЛИ-НЕ, «Гибкая логика». Элементарные автоматы памяти: D, RS (инверсные), JK.
1. Получить таблицу тактов, определить эквивалентные такты и упростить таблицу тактов.
2. Получить граф последовательностей и записать все последовательности.
3. Получить теоретико-множественное представление автомата.
4. Получить граф автомата.
5. Построить ПТП.
6. Построить ГОС и МТП.
7. Построить ТПВ Мили. Выполнить её проверку.
8. Получить ПФ переходов и выходов.
9. Выполнить структурный синтез автомата на D-триггерах в базисах И-НЕ, ИЛИ – НЕ и оценить сложность и быстродействие схем. Сложность оценивается:
1) по числу элементов;
2) по числу входов-выходов. Быстродействие оценивается по длине самого длинного пути со входа схемы на выход.
10. Выполнить структурный синтез автомата на RS-триггерах с инверсией в базисах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и оценить сложность и быстродействие схем.
Для этого на завершающем этапе абстрактного синтеза построить таблицу возбуждения элементов памяти (ТВЭП) данного типа.
11. Выполнить структурный синтез автомата на JK-триггерах в базисах И-НЕ, ИЛИ-НЕ, на «гибкой логике» и оценить сложность и быстродействие схем.
Для этого на завершающем этапе абстрактного синтеза построить ТВЭП (таблицу программирования) данного типа.
12. Выполнить анализ автомата для схемы асинхронного автомата с RS-триггерами.
13. Оценить результаты синтеза, построив таблицу оценки вариантов.
14. Сформулировать рекомендации по выбору наиболее предпочтительной реализации.
Выполнить моделирование на «гибкой логике» с помощью системы схемотехнического моделирования Electronics Workbench фирмы Interactive Image Technologies (Канада)