Цифровые устройства (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники»

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

Рекомендовано УМО вузов Республики Беларусь по образованию

в области информатики и радиоэлектроники в качестве

учебно-методического пособия для студентов по специальностям

«Радиотехника», «Радиоэлектронные системы», «Радиоэлектронная защита информации», «Радиоинформатика»

Минск БГУИР 2011

УДК 004.3′ 144(076)

ББК 32.973.26-04я7

Б90

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра связи учреждения образования «Военная академия Республики Беларусь» (начальник кафедры, полковник ), заведующий кафедры радиосвязи и радиовещания учреждения образования «Высший государственный колледж связи», кандидат технических наук, доцент

Б90 Цифровые устройства: учеб.-метод. пособие / . −Минск: БГУИР, 2011. − 134 с. : ил :

ISBN978-985-488-685-6.

Приводиться описание 10 лабораторных работ по физическому макетированию основных цифровых устройств на лабораторной установке IDL 800 DIGITAL LAB. Изложены теоретические сведения, рекомендации и задания по синтезу, физическому макетированию и исследованию типовых и оригинальных цифровых устройств.

Может быть использовано при проведении практических занятий.

УДК 004.3′ 144(076)

ББК 32.973.26-04я7

© , 2011

© УО «Белорусский государственный

университет информатики

ISBN978-985-488-685-6. и радиоэлектроники», 2011

CОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1. Исследование логических

элементов… ……………….…..………………………………………..4

2. Лабораторная работа № 2. Синтез комбинационных устройств

в заданном базисе логических элементов………………….…………..24

3. Лабораторная работа № 3. Исследование сумматоров, вычитателей и суммирования/вычитания в дополнительном коде……………….34

4. Лабораторная работа № 4. Исследование преобразователей

кодов……...………………………………………………………...….44

5. Лабораторная работа № 5. Синтез комбинационных схем с использованием мультиплексоров и демультиплексоров………...54

6. Лабораторная работа № 6. Триггеры…………………………………68

7. Лабораторная работа № 7. Регистры и их применение……………..92

8. Лабораторная работа № 8. Генераторы последовательностей…....101

9. Лабораторная работа № 9. Исследование асинхронных

счетчиков……………………………………………………………..106

10. Лабораторная работа № 10. Исследование синхронных

счетчиков……………………………………………………………..120

Литература………………………………………………….…................133

Приложение……………………………………………………………...134

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы:

1. Изучение базовых логических функций.

2. Исследование функционирования основных логических элементов.

1. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Все цифровые устройства построены на элементах, которые выполняют те или иные логические операции. Для анализа и синтеза цифровых устройств используется аппарат алгебры логики. В общем случае цифровые устройства разделяются на два типа:

− комбинационные;

− последовательностные.

В комбинационных устройствах выходной сигнал в любой момент времени зависит только от значений входных сигналов в тот же момент времени.

В последовательностных устройствах выходной сигнал в любой момент времени зависит как от значений входных сигналов в данный момент времени, так и от значений входных сигналов в предыдущие моменты времени. Для этого эти устройства имеют память. В последовательностных устройствах комбинационные устройства являются составной частью, поэтому комбинационные устройства изучаются первыми.

Рассмотрим комбинационное устройство, блок-схема которого показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Блок-схема комбинационного устройства

Входные и выходные сигналы комбинационного устройства могут принимать только два логических значения 0 или 1, т. е. Любая совокупность входных сигналов может быть представлена вектором

и называется входным набором.

Очевидно, что существует различных входных наборов. Сопоставим каждому входному набору определенное значение выходного сигнала . Тогда работа комбинационной схемы (устройства) может быть описана с помощью функции, отображающей множество входных наборов в значение выходной переменной Y.

Определение. Функцией алгебры логики (ФАЛ) называется функция, дающая однозначное отображение множества векторов Х в переменную Y.

Так как число различных входных наборов равно , то любая ФАЛ может быть задана в виде таблицы со строками (табл. 1. 1)

Таблица 1.1

x1	x2	…	xn-1	xn	f(x1, x2,…, xn)
0	0	…	0	0	α1
0	0	…	0	1	α2
0	0	…	1	0	α3
...	…	…	…	…	…
1	1	…	0	0	α2n-3
1	1	…	0	1	α2n-2
1	1	…	1	0	α2n-1
1	1	…	1	1	α2n

В левой части таблицы перечислены все возможные входные наборы, а в правой записаны значения функции на этих наборах.

Каждая ФАЛ представляет собой двоичный набор длиной , а число возможных таких наборов равно , поэтому справедливо следующее утверждение : число различных функций алгебры логики, зависящих от n аргументов, конечно и равно .

Рассмотрим несколько примеров. Пусть n = 1, тогда число функций алгебры логики = 4. Эти функции приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

0 1	0 0	0 1	1 0	1 1

Функции и − логические константы (константа нуля и константа единицы). Функция называется функцией тождества или просто тождеством,

т. к. = х, а функция называется функцией отрицания или просто отрицанием, f3 (читается «не Х»), функция НЕ.

Для существует функций алгебры логики, которые приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

0 0 0 1 1 0 1 1	0 0 0 0	0 0 0 1	0 0 1 0	0 0 1 1	0 1 0 0	0 1 0 1	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
Опеац. символ								+	↓						↑

Рассмотрим эти функции.