Целью преподавания дисциплины является изучение студентами основ теории, методов расчета и принципов построения современных цифровых и микропроцессорных устройств, реализующих цифровые методы управления, формирования и обработки сигналов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные типы импульсных и цифровых устройств, их назначение, принципы работы, параметры и характеристики, схемотехнические методы построения, булеву алгебру, методы лингвистического описания логических схем;
- арифметические и логические основы вычислительной техники, формы представления информации в электронных цифровых вычислительных устройствах, принципы организации и работы запоминающих устройств, архитектуру и функционирование микропроцессора и микрокомпьютера;
уметь характеризовать:
- физические процессы, происходящие в цифровых и микропроцессорных устройствах;
уметь анализировать:
- цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных автоматов;
приобрести навыки:
- анализа и синтеза комбинационных и последовательных устройств;
- составления алгоритмов и программ на Ассемблере, реализующих типовые процедуры формирования сигналов, арифметические и логические преобразования, а также ввод и вывод информации.
Исследования импульсных и цифровых схем в процессе выполнения лабораторных работ рекомендуется проводить методом компьютерного моделирования с помощью пакета программ «Workbench electronik».
Исследования принципов функционирования микропроцессорного вычислителя, а также отладку программ для него в процессе выполнения лабораторных работ рекомендуется проводить на компьютерах в интегрированной среде MPLAB.
Программа рассчитана на общий объем 200 учебных часов, в том числе аудиторных – 150.
Программа состоит из двух частей. Распределение времени между частями – равное. Дисциплина должна изучаться в двух соседних семестрах. Итоговый контроль знаний обеспечивается проведением экзаменов по каждой части и защитой курсовой работы.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ЧАСТЬ 1. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Введение
Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами учебного плана специальности. Актуальность цифровых методов формирования сигналов и обработки информации.
Раздел 1.1. Основные понятия и определения
Характеристики импульсного процесса. Виды и параметры импульсных сигналов. Цифровые сигналы.
Классификация и общая характеристика цифровых устройств. Комбинационные и последовательностные логические устройства.
Общие сведения о системах счисления, двоичная позиционная система счисления.
Раздел 1.2. Логические основы цифровой техники
Основные понятия алгебры логики. Логические переменные. Простейшие логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение. Базовые логические элементы. Логический базис. Построение логических схем по логическим уравнениям.
Логические функции. Формы представления логических функций, таблицы истинности, логические уравнения. Совершенные дизъюнктивные (конъюнктивные) нормальные формы логических выражений. Неполностью определенные логические функции. Элементарные функции алгебры логики двух аргументов. Функции запрета. Функции равнозначности и неравнозначности. Функции импликации. Реализация элементарных функций на логических элементах.
Основные законы и правила алгебры логики. Преобразование булевых выражений. Минимизация логических функций аналитическим методом. Табличные методы минимизации логических функций.
Логический синтез комбинационных схем. Синтез и реализация в различных базисах: сумматора по модулю два, схем запрета и импликации, мажоритарного элемента, преобразователя кодов.
Раздел 1.3. Электронные ключи
и логические элементы
Характеристики электронных ключей. Ключи на биполярных транзисторах. Принцип действия, ключевой режим работы и характеристики насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером. Методы повышения быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ с отрицательной нелинейной обратной связью. Ключевые схемы на дифференциальных переключателях тока.
Ключевые схемы на МДП (МОП)-транзисторах.
Интегральные логические элементы. Особенности схемотехники, параметры и характеристики серий цифровых интегральных микросхем:
- диодно-транзисторной логики (ДТЛ);
- транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ);
- эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
- интегральной инжекционной логики (ИИЛ).
Интегральные логические схемы на МДП (КМДП) – структурах.
Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы. Сравнительный анализ параметров цифровых логических схем и перспективы их развития.
Раздел 1.4. Формирователи импульсных сигналов
Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осу-
ществление операций дифференцирования (укорачивания) и интегрирования (удлинения) импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных элементов на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с обратной связью для повышения точности дифференцирования и интегрирования. Формирование импульсных сигналов с помощью линий задержки.
Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характе-
ристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилители-ограничители на операционных усилителях и логических элементах.
Раздел 1.5. Генераторы импульсов
Общие сведения о генераторах импульсов.
Мультивибраторы, основные характеристики и режимы работы.
Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах, принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики.
Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и ждущем режимах, принцип действия и основные характеристики.
Ждущие и автоколебательные блокинг-генераторы, основные характе-
ристики, варианты схем.
Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основные характеристики и области применения. ГЛИН с простой интегрирующей RC-цепью. Варианты ГЛИН с улучшенными характеристиками: ГЛИН с емкостной обратной связью, ГЛИН с компенсирующей ЭДС, ГЛИН на операционном усилителе.
Раздел 1.6. Триггеры
Общие понятия о последовательных автоматах. Классификация триггерных устройств, условные обозначения, области применения. Информационные, управляющие и динамические входы триггеров. Режимы работы, функциональная зависимость входных и выходных сигналов.
RS-триггер. Условное обозначение, таблица переключений, логический синтез структурных схем с прямыми и инверсными входами. Временные диаграммы, принцип работы асинхронного и синхронного RS-триггера.
IK-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, разновидности схем, таблицы переходов и функции возбуждения, условия работоспособности, основные характеристики.
D-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, таблицы переключений, варианты схем, принципы работы.
Т-триггер. Принципы построения схем на базе RS-, D-, IK - триггеров, условия работоспособности, области применения.
Двухступенчатые MS-триггеры. Комбинированные триггеры. Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), условия работоспособности, основные характеристики, реализация на различных компонентах.
Раздел 1.7. Функциональные цифровые устройства
Регистры: параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига), параллельно-последовательные, реверсивные. Специализированные регистры сдвига, генераторы кодов псевдослучайных сигналов.
Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с последовательным, параллельным и сквозным переносом счетных импульсов. Двоично-десятичные счетчики, кольцевые счетчики. Логический синтез счетчиков с произвольным модулем счета. Счетчики с программируемым коэффициентом счета.
Комбинационные устройства: шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, вычитатели, умножители, цифровые компараторы.
Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.
Заключение
Основные направления и перспективы развития современных цифровых устройств. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем.
ЧАСТЬ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Раздел 2.1. Введение в вычислительную технику
Краткие исторические сведения по развитию и применению электронных цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ). Типовая структура микрокомпьютера, назначение его отдельных функциональных блоков, общие сведения о его функционировании. Основные термины, используемые в вычислительной и микропроцессорной технике. Применение микро-
процессоров - новый этап в развитии радиоэлектронных устройств и систем.
Раздел 2.2. Методы представления информации в ЭЦВУ
Системы счисления, используемые в ЭЦВУ: двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная, двоично-десятичная. Преобразование записи чисел из одной системы счисления в другую. Представление чисел в ЭЦВУ с фиксированной и плавающей точками. Представление символьной информации в ЭЦВУ. Специальные машинные коды: прямой, обратный, дополнительный.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. ЦАП с взвешенными резисторами. ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R. ЦАП на основе широтно-импульсной модуляции.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов: назначение, основные характеристики, принципы построения. АЦП параллельного действия. АЦП с ЦАП в цепи обратной связи следящего типа, последовательного типа и последовательного приближения. АЦП на основе двойного интегрирования.
Раздел 2.3. Арифметические основы ЭЦВУ
Поразрядные операции над числами. Операции сдвига. Сложение и вычитание целых двоичных чисел. Сложение и вычитание действительных чисел. Сложение и вычитание чисел в двоично-кодированной десятичной системе счисления. Умножение и деление двоичных чисел с фиксированной запятой. Умножение и деление двоичных чисел с плавающей запятой. Точность выполнения арифметических операций, округления. Табличные методы выполнения арифметических операций.
Раздел 2.4. Последовательностные цифровые автоматы
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
