Методические указания по выполнению задачи №1

Контрольное задание и

Методическое указание по выполнению

для студентов IV курса заочного отделения,

обучающихся по специальностям:

«Сети связи и системы коммутации»

«Многоканальные телекоммуникационные системы»

«Эксплуатация средств связи»

Содержание

Пояснительная записка……………………………………………….стр 1

Задача №1…………………………………………………………….стр.2

Методическое указание по выполнению задачи №1………………стр.4

Задача № 2…………………………………………………………… стр.10

Методическое указание по выполнению задачи №2………………..стр.10

Задача № 3…………………………………………………………… стр.14

Методическое указание по выполнению задачи №3………………..стр.15

Список используемой литературы……………...…………………….стр 16

Пояснительная записка

Целью и задачей дисциплины «Вычислительная техника» является подготовка студентов к деятельности в области цифровых устройств и микропроцессорных систем.

Цифровые методы и цифровые устройства имеют широкие перспективы применение в телевизионной, радиовещательной, радиоприемной аппаратуре и в цифровых системах передачи и распределения информации.

«Вычислительная техника» является общепрофессиональной дисциплиной, базой для изучения устройств систем связи.

В настоящее время необходима усиленная подготовка техников связи для обслуживания современной аппаратуры, её настройке и ремонте.

Студенты должны уметь:

составлять схемы, выполнять контроль работы устройств, грамотно пользоваться справочной литературой по микросхемам и владеть методикой расчета параметров устройств.

Студенты для самостоятельного изучения предмета должны выполнить одну контрольную работу и курсовой проект, в задачи которых вошли все основные темы, предмета в соответствии с программой 06.08.1998 года.

Общие указания при выполнении контрольной работы:

1. Условие каждой задачи в соответствии с требуемым вариантом следует полностью переписать в тетрадь.
2. Ответы на все пункты приводить в том же порядке.
3. Страницы, таблицы, рисунки следует нумеровать (1, 2, 3…)
4. Оформление текста, рисунков – только пастой, чернилами, Карандаш – недопустим.
5. Исправления, дополнения не следует производить в тексте после проверки преподавателем и неудовлетворительной оценки. Их следует привести после рецензии.

Задания для контрольной работы

По дисциплине «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

Задача № 1

Для выполнения необходимо изучить теорию по темам:

- Основные логические функции

- Логические элементы (ЛЭ)

- Реализация логических функций с разработкой схем на ЛЭ (логических элементах).

[1. c. 95-108, с. 142-148]

1. Напишите логические выражения и составьте таблицы истинности для двух логических функций, f₁ и f₂, выбрав из таблицы вариант. Изобразите

условно – графическое обозначение логических элементов (УГО ЛЭ) для заданных f₁ и f₂.

Таблица 1

Варианты
Логическая функция f1	4И-НЕ	2ИЛИ	4И	3ИЛИ	2ИЛИ	4И	2ИЛИ-НЕ	И-НЕ	4И-НЕ	4ИЛИ-НЕ
Логическая функция f2	2И	3И-НЕ	ИЛИ-НЕ	2И-НЕ	3И-НЕ	8И-НЕ	4И	4ИЛИ	8ИЛИ	8И

2. Какой из логических элементов можно использовать как переключатель полярности сигнала?

3. Приведите выходной сигнал f для логического элемента, заданного в таблице 2, если на его входы подаётся следующая комбинация входных сигналов (рис. 1.).

x₁ и x₂ – входы ЛЭ.

Таблица 2

Варианты
Логические элементы (ЛЭ)	И	ИЛИ	И-НЕ	ИЛИ-НЕ	Исключа-ющее ИЛИ (неравно-значность)	Равно- значность	И	ИЛИ	И-НЕ	ИЛИ-НЕ

Рис. 1. Временные диаграммы сигналов

4. Разработайте схему для реализации заданной логической операции с применением заданного логического элемента.

Задание по вариантам в таблице 3.

Таблица 3

Варианты
Логическая операция	2ИЛИ-НЕ	2И	2И- НЕ	3И- НЕ	3ИЛИ	3И- НЕ	3ИЛИ	3ИЛИ-НЕ	3И	3ИЛИ-НЕ
Логический элемент	2И- НЕ	2И-НЕ	2ИЛИ-НЕ	2И-НЕ	2И-НЕ	2ИЛИ-НЕ	2ИЛИ-НЕ	2И- НЕ	2ИЛИ-НЕ	2ИЛИ-НЕ

5. Выполните схему комбинационного логического устройства на логических элементах заданного базиса. По схеме определите значение f для заданной входной комбинации. Задание в таблице 4.

Таблица 4

Варианты	Логические функции	Базис	Входы
X1	X2	X3
		И,ИЛИ,НЕ
		И-НЕ
		ИЛИ-НЕ
		И,ИЛИ,НЕ
		И-НЕ
		ИЛИ-НЕ
		И,ИЛИ,НЕ
		И-НЕ
		ИЛИ-НЕ
		И,ИЛИ,НЕ

6. Выберите микросхему, пользуясь справочной литературой, для заданной логической операции и типа её технологии.

Задание в таблице 5.

Таблица 5

Варианты
Логические операции	И-НЕ	ИЛИ-НЕ	И	НЕ	ИЛИ	ИЛИ-НЕ	И-НЕ	И	ИЛИ	И-НЕ
Тип технологии микросхем	ТТЛ	ЭСЛ	ТТЛШ	КМОП	ТТЛ	ТТЛШ	КМОП	ТТЛ	ЭСЛ	ТТЛШ

Методические указания по выполнению задачи №1

Теоретической основой проектирования цифровых систем является Булева алгебра или её называют алгеброй логики. Функция и аргументы могут принимать только 2 значения: “0” и “1” (“да”-“нет”) .

Существуют 3 основные логические операции:

- логическое сложение (дизъюнкция):

- логическое умножение (конъюнкция):

- логическое отрицание (инверсия):

Эти операции соответственно называют ИЛИ, И, НЕ.

Функции наиболее часто применяемые являются производными от основных ИЛИ-НЕ (Функция Пирса) и И-НЕ (Функция Шеффера).

Любая логическая функция может быть реализована посредством соответствующей комбинации основных перечисленных функций.

а) Для выполнения п.1 следует обратить внимание на цифру логических функций f₁ и f ₂ (таблица 1).

И-НЕ, ИЛИ, И… и т.д.

Она указывает на количество входов или переменных.

Для записи уравнений для f₁ и f₂ для переменных можно выбирать обозначения: X₁, X₂, X₃… X_n или A, B, C, D, …

Например: 2И-НЕ или

3ИЛИ-НЕ или

б) Для выполнения п.2 следует знать, что изменяет полярность сигнала - операция инверсии “НЕ”.

Электронная схема на полупроводниковых диодах или транзисторах с диодами, выполняющая одну логическую или несколько операций, называется логическим элементом (ЛЭ). Для ЛЭ принято следующее обозначение по ГОСТу:

Рис. 2. Условно – графическое обозначение логических элементов (УГО ЛЭ) по ГОСТу

Получить инверсию с помощью заданных логических функций можно, если соединить входы вместе тех ЛЭ, у которых в названии операции есть “НЕ”.

Рис. 3. Инверторы

в) Для п.3 требуется построить для логической функции f форму выходного напряжения.

Для заданного логического элемента (из таблицы 2) следует записать уравнение выполняемой им операции (сложения, умножения, сложение с инверсией или умножение с инверсией). Для f отметить характерные ( ).

вертикальных участков X₁ и X₂, и в этих точках и для горизонтальных участков выполнить перечисленные действия, руководствуясь:

для сложения: для умножения:

Для комбинированных функций дополнительно выполнить “НЕ”.

Пример построения на рис.4:

Рис. 4. Пример построения комбинированных функций для f₁ и f₂

Смотрите таблицы для умножения и сложения.

Функция равнозначности и неравнозначности [1. с.103].

Имеют выражения соответственно:

г) Для выполнения п.4 необходимо знать 2 закона Моргана:

для сложения: ;

для умножения: .

Они справедливы для любого количества переменных.

Требуется исходя из заданной логической операции, выполнить схему на логических элементах заданного базиса.

Пример 1. Задана функция: 2ИЛИ-НЕ. Схему следует выполнить на ЛЭ: 2И-НЕ.

Рис. 5. УГО (условно-графическое обозначение)

логического элемента (ЛЭ) 2ИЛИ-НЕ

Рис.6. УГО (условно-графическое обозначение)

логического элемента (ЛЭ) 2И-НЕ

Решение:

преобразуем:

Схема на рис.7.

Рис. 7. Решение примера 1

Пример 2.

Функцию 3И выполнить на ЛЭ 2ИЛИ-НЕ

Применяя закон двойной инверсии преобразуем , а далее закон Моргана для произведения, получим:

Рис. 8. Решение примера 2

д) Для выполнения п.5.

В алгебре логики различают 3 основных базиса:

классический, базис Пирса и базис Шеффера.

Схема в классическом базисе выполняется на логических элементах И, ИЛИ, НЕ.

В базисе Пирса – на ЛЭ ИЛИ-НЕ.

В базисе Шеффера – на ЛЭ И-НЕ.

Для выполнения схемы в классическом базисе не требуется преобразование заданной функции. Для других базисов функции следует перевести, применяя законы Моргана.

Пример перевода логического выражения в базис ИЛИ-НЕ.

Над всем выражением ставят 2 инверсии, отчего значение функции не нарушается, т.к. .

Затем по закону Моргана для умножения освобождаются от одной нижней инверсии и записывают символикой полученные операции ИЛИ-НЕ.

Итак:

- ( ) стрелка Пирса.

Рис. 9. ЛЭ (логический элемент) Пирса

Схема в базисе ИЛИ-НЕ для рассмотренного уравнения на рис.10. сначала выполняют инверсию, а затем действие в скобках.

Рис. 10. Схема в базисе ИЛИ-НЕ

Пример перевода логической функции в базис И-НЕ

.

Методика такая же. Ставят 2 инверсии над всем выражением, затем по закону Моргана для суммы записывают символикой через операцию И-НЕ.

- И-НЕ.

Схема для этого уравнения (рис.11):

Рис. 11. Схема для f на ЛЭ: И-НЕ

Рис. 12. Пример построение схемы в классическом базисе

для

В схеме должны быть только ЛЭ НЕ, И, ИЛИ.

X1	X2	X3

Для п.5 на вход схемы следует подать входную двоичную комбинацию и для неё определить значение f.

См. рис. 3, 4, 5 для входной комбинации.

е) Для выполнения пункта 6 необходимо работать со справочниками по микросхемам.

В справочнике на странице “Содержание” находите страницу: Типы заданной технологии (ТТЛ, ЭСЛ, ТТЛШ или КМОП).

В этом разделе по маркировке микросхемы выбираете ЛЭ заданной операции.

Маркировка микросхем ЛЭ:

“НЕ” – ЛН

“ИЛИ” – ЛЛ

“И” – ЛИ

“ИЛИ-НЕ” – ЛЕ

“И-НЕ” – ЛА.

Пример полного названия микросхемы:

Требуется изобразить ИМС и выписать её основные параметры U¹,U⁰, U_ип, t_{зад. ср.}... [1, с.115-118].

Наиболее часто применяемые микросхемы серий для: