Методические указания к лабораторным работам по курсу "Цифровые устройства и микропроцессоры"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский государственный технический университет

ББК 3973.2-02                                                                                         № ......

УДК 621.396.001

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 1-5

Методические указания

для студентов II – III курсов радиотехнических специальностей факультета РЭФ всех форм обучения по специальностям:

- 210302 –Радиотехника; - 210402 – Средства связи с подвижными объектами; - 210405  -  Радиосвязь, радиовещание и телевидение.

НОВОСИБИРСК

2010

ББК 3973.2-02                                                                                         № ......

УДК 621.396.001

Составил:    канд. техн. наук, доц. В.Р. Снурницин

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.М. Сажнев

Работа подготовлена кафедрой радиоприёмных

и радиопередающих устройств

ã Новосибирский государственный

                                                                    технический университет, 2010

Оглавление

Введение

Настоящие  методические указания к первым пяти лабораторным работам по курсу "Цифровые устройства и микропроцессоры" предназначены для студентов II-III курсов радиотехнических специальностей радиотехнического факультета. В качестве виртуальной среды изучения цифровых устройств используется  адекватная система моделирования и проектирования аналоговых и цифровых радиотехнических (электротехнических и др.) устройств  ElectronicsWorkbench (EWB).

Цифровая техника имеет много преимуществ перед аналоговой. Но у цифровой техники есть один важный недостаток: реальный мир в основном аналоговый, что, в частности, вызывает трудности в освоении      принципов работы цифровых устройств. Экспромтом выполнять лабораторные работы невозможно, необходимо предварительно ознакомиться с терминологией, принципами построения и работы исследуемых  цифровых устройств.  Поэтому описания и методические указания составлены "от нуля" и содержат материал, достаточный для того, чтобы на "лабораторных работах чувствовать себя человеком".

Лабораторная работа № 1

Логические элементы и операции

Целиработы. Изучение базисных элементов логических (цифровых) схем, способов представления логических функций, способов перехода из одного базиса в другой, ознакомление с процедурой  синтеза комбинационных схем. Приобретение навыков работы в виртуальной электронной лаборатории EWB.

1. С чего начинается цифровая техника

В 1854 г. Джордж Буль ввел двузначную алгебру "как средство для выражения … фундаментальных законов умозаключения …", а в 1938 г. Клод Э. Шеннон применил булеву алгебру для математического описания технических устройств, состоящих из реле, которые тоже двузначны - имеют два состояния: включено и выключено. Так булева алгебра превратилась в алгебру переключений, и так было положено начало развитию цифровой техники. В цифровой технике поведение объектов   по отношению к внешнему миру определяется реакцией в виде одного из двух возможных состояний, определяемых как   0 или 1, на входное воздействие, которое также может иметь только два возможных состояния  0 и 1.  Можно было бы далее не употреблять слова, происходящие от слова "логика", однако, учитывая истоки алгебры переключений, формулы легче воспринимать в контексте их происхождения. 

В алгебре переключений для переменных  А и В определены три двоичные операции: логического сложения (ИЛИ), логического умножения (, И) и логического отрицания ( НЕ). Эти двоичные операции подчиняются следующим постулатам.

1. Область определения всех трех функций (логических операций) над логическими переменными так же двоичная, т.е. 0 и 1.

2. Нейтральные элементы по сложению и умножению определяются как А+0=А и  А*1=1.

3. Коммутативность операций постулируется  как в обычной алгебре чисел,    т.е.   А+В=В+А  и  А*В=В*А.

4. Дистрибутивность операций определяется как

А+(В*С) =(А+В)*(А+С)  и  А*(В+С)=А*В+А*С.

5. Для каждого логического элемента А существует дополнительный элемент  , такой, что  А+=1 и  А*=0.