Порядок синтеза и исследования преобразователя кода
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Курский государственный технический университет
Кафедра вычислительной техники
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДОВ
Методические указания
к лабораторной работе по дисциплине
“Схемотехника ЭВМ”
для студентов специальности 220100
Курск 2004
Составитель В.И. Иванов, М.В. Бобырь
УДК 681.3
Рецензент
Кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и технологии электронных вычислительных средств О.Г. Бондарь
Синтез и исследование схем преобразования кодов:Методические указания к лабораторной работе по дисциплине “Схемотехника ЭВМ” для студентов специальности 220100 / Курск. гос. техн. ун-т; Сост. В.И. Иванов. Курск, 2004. 14 с.
Описываются методы синтеза комбинационных схем, в частности, принципы организации схем преобразования кодов; изложены рекомендации по применению программы моделирования электронных схем Electronics Workbench 5.0при выполнении исследований преобразователя кода.
Предназначены для студентов специальности 220100.
Ил. 3, табл. 1. Библиогр.: 3 назв.
Текст печатается в авторской редакции
ЛР № 020280 от 09.12.96. ПЛД № 50–25 от 1.04.97.
Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.
| Усл. печ. л. | Уч.-изд. л. | Тираж 75 экз. | Заказ . |
Курский государственный технический университет.
Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета.
305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДОВ
Цель работы
Изучение методов синтеза комбинационных схем, в частности, принципов организации схем преобразования кодов, и приобретение навыков в сборке и экспериментальном исследовании синтезируемых схем.
Порядок синтеза и исследования преобразователя кода
Схемы, работа которых не зависит от состояния входных переменных в предыдущие моменты времени и однозначно определяется лишь комбинацией входных сигналов в текущий момент времени, называют комбинационными. Каждая комбинационная схема описывает системой уравнений.
Задача синтеза комбинационной схемы заключается в построении реальной схемы на основе заданных законов ее функционирования. Причем при синтезе схем чаще всего необходимо построить схему с использованием минимального числа элементов. На пути от исходного описания до готовой схемы можно выделить несколько основных этапов:
- Составление таблиц или карт функционирования схем.
- Минимизация.
- Выбор функционального состава логических элементов и переход к соответствующему базису в полученных в п.2 выражениях.
Минимизация может производиться либо аналитически, путем преобразования математических выражений, либо графически на основе специальных карт. Удобны для использования карты Карно (диаграммы Вейча).
Полученная минимальная функция выражена обычно в дизъюнктивной или в конъюнктивной нормальной форме, то есть через логический базис И, ИЛИ, НЕ. Вместе с тем практически используемые серии элементов представляют проектировщику иной логический базис (очень часто это элементы, реализующие операции И-НЕ либо ИЛИ–НЕ). Следовательно, нужно перейти к тому логическому базису, который отвечает выбранным элементам. К базису И–НЕ можно перейти от дизъюнктивной нормальной формы взятием от функции двойной инверсии с последующим применением правила де-Моргана. Аналогично можно перейти к базису ИЛИ–НЕ от конъюнктивной нормальной формы.
В данной работе в качестве устройств комбинационного типа исследуются преобразователи кодов. Преобразователем кодов называется логическое устройство, предназначенное для изменения кодов информации, передаваемой и обрабатываемой цифровыми устройствами.
Существует множество кодов, предназначенных для обеспечения удобства перевода чисел из десятичной системы в двоичную, простоты выполнения арифметических операций и контроля результатов вычислений. Выбор кода влияет также на аппаратные затраты реализуемых схем цифровых устройств и на надежность выполнения ими заданных алгоритмов функционирования.
Входным кодом является четырехразрядный двоичный код десятичной цифры типа “8-4-2-1”. Значения кода определены на десяти комбинациях входных переменных {x3, x2, x1, x0}, начиная от набора 0000 и заканчивая набором 1001. Остальные шесть комбинаций от 1010 до 1111 в работе не принимают участия и при синтезе преобразователя могут использоваться произвольно. Выходной код десятичной цифры представляет собой четырех- или пятиразрядную комбинацию {y3, y2, y1, y0} или{y4, y3, y2, y1, y0} соответственно.
Преобразователь реализуется как система булевых функций yj группы аргументов xi. Простейшим способом построения схемы, реализующей систему функции с n выходами, является синтез обычными методами n независимых одновыходных функций. Однако экономичное решение обычно получается при подходе к системе функций с учетом их взаимосвязанности. Тогда часто удаётся выявить общие логические фрагменты, входящие в формулы нескольких выходов. Эти фрагменты достаточно реализовать схемно один раз.
На рис. 1 приведена схема, которую необходимо собрать на рабочем поле программы электронного моделирования Electronics Workbench. Комбинации входного кода генерирует десятичный счетчик (модель 7490), который выбирается из магазина Digital в секции CNT. На вход CKA счетчика подаются тактовые сигналы от генератора прямоугольных импульсов. Выходы счетчика QA, QB, QC, QD служат источником двоичного кода: x0, x1, x2, x3 соответственно. Если установить частоту тактовых импульсов 1 кГц, то длительность одного такта составляет 1 мс, а полный цикл – 10 мс.
Схема преобразователя кода, который необходимо синтезировать согласно заданному в табл. 1 варианту, на рис. 1 представлена стандартным условным графическим обозначением.
Исследование работы преобразователя кода производится с помощью логического анализатора Logic Analyzer из магазина инструментов Instruments, который функционирует как шестнадцатиканальный осциллограф. Анализатор развертывает на своем экране временные диаграммы прямоугольных логических сигналов: входных переменных x0, x1, x2, x3 и выходных сигналов преобразователя y0, y1, y2, y3, y4.