АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 Электроника және компьютерлік технологиялар кафедрасы

 

ЦИФРЛЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАР ЖӘНЕ МИКРОПРОЦЕССОРЛАР

  

050704 – Есептеу техникасы және бағдарламалы камтамасыздандыру,

050719 - Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттері үшін

“Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар” пәнінен

курстық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік  нұсқаулар

 

 

Алматы 2008

 

ҚҰРАСТЫРУШЫ: О.Т.Шанаев. Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар. 050704 – Есептеу техникасы және бағдарламалы қамтамасыздандыру, 050719 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттері үшін “Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар” пәнінен курстық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік  нұсқаулар. – Алматы: 2008. – 21 б.

  

Әдістемелік нұсқауларда “Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар” пәнінен курстық жұмыстарға тапсырмалар және олардың орындалуына бағыттаушы әдістемелік нұсқаулар келтірілген. Бұл тапсырмалардың сипаты мен оларды Electronics Workbench бағдарламалық ортасында ұйымдастырылған виртуалды зерттемелер түрінде ұсынылған орындалу тәртібі студенттердің оқылушы пәннен алатын теориялық білімінің деңгейін көтеруге және цифрлық құрылғыларды жобалау мен тексеруге іс жүзінде дағдылануына бағыттайды. Олар мамандардың квалификациялық сипаттамасы мен Мемлекеттік стандарттардың талаптарына және оқыту дәрістерінің ұйымдастырылуы мен жүргізілуінің педагогикалық-психологиялық негіздеріне сай құрылған.

Курстық жұмыстарға берілген әдістемелік нұсқаулар 050704, 050719 мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған. Бұл нұсқауларды өзге мамандықтарға жоспарланған осы сияқты пәндердің сәйкесті тақырыптарынан курстық жұмыстарды орындау кезінде де пайдалануға болады.

 

“Алматы энергетика және байланыс институтының” коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2008 ж. басылым жоспары бойынша басылады.

 

Кіріспе

Техникалық пәндер бойынша  курстық жұмыста әдетте нақтылы қызмет атқаруға арналған құрылғының сұлбасын құру (жобалау) тапсырылады. Жобалау процесі қысқаша былай анықталады: жобалау – берілген құрылғыны нақтылы жағдайда жасауға мүмкіндік беретін техникалық құжатнамалар дайындау. Техникалық құжатнамалар құрамына жобаланған құрылғының өзінің толық сұлбасы және оның жеке қызметкерлік бөліктерінің сұлбалары және оларға берілген сәйкесті түсініктемелер кіреді.

Жобалау сипаты қолданылатын элементтер негіздемесіне (базасына) әжептәуір тәуелді болады. Бұл курстық жұмыс жиналым деңгейі жағынан кішігірім және орташа келетін жинам сұлбалар (КЖС, ОЖС) негізінде орындалады. КЖС, ОЖС негізінде жобалау – барысында эвристикалық баптар да, формалды әдістемелер де пайдаланылатын қалыптасқан дәстүрлік процесс. Жобалаушы (студент) құрылғының құралымын өзінің білімі мен ой-сезімі негізінде және бұрынғы істегендердің тәжірибесін игеру арқылы (біздің жағдайда, суреттеуші мысалдағы әдістемелік нұсқамалар арқылы) береді, ал оның жеке іс-қызмет блоктарын анықтауға формалды әдістер де пайдаланады. Бұл кезде оның қалыпты іс-қызмет буындарының құралымын, олардың қасиеттері мен параметрлерін білуі керек.

Кез келген шығармашылық жұмыстың, оның ішінде жобалау жұмысының да істелуі нақтылы стратегиялық ұсталым арқылы жүзеге асырылу керек. Көптеген жекеленген іс-қызмет бөліктемелерден құралған цифрлық құрылғыларды жобалаудың қызметіне қарай бөліктеу стратегиясы (стратегия функциональной декомпозиции) арқылы жүзеге асырылуы ыңғайлы болады. Бұл кезде бүкіл жүйе мен оның жеке блоктары үшін “жабық жәшік” (“черный ящик”) концепциясы пайдаланылады. Әрбір “жабық жәшік” үшін блоктың сыртқы суреттемесін (кірістері мен шығыстары) және ішкі суреттемесін, қызметін немесе жұмыс алгоритмін F=Ф(X, t) қамтыған қызмет бағытнамасы (функциональная спецификация) дайындалады, бұндағы X – кіріс шамаларының векторы, F – шығыс шамаларының векторы, t – уақыт. Декомпозиция барысында Ф функциясы оның жүзеге асырылу алгоритміне сәйкесті нақтылы арабайланыстары  тиянақталған, қарапайым Ф1...Фк, функцияларына бөліктенеді. Бөліктеу нәтижесінде ақырында құрылым алынады. Функциядан құрылымға ауысу – синтез (құру).

Синтез жалғыз жолмен бітірілетін мәселе емес. Блоктардың қызметі одан әрі нақтылы жеке микросұлба арқылы жүзеге асырылатындай функциялар алынғанша бөліктенеді.

Бастапқы алынған жоба ұқыптап тексеруді қажет етеді, сондықтан синтез кезеңінен кейін моделдеу және теориялық верификация (verification – талқылау, тексеру) арқылы жүзеге асырылатын анализ (талдау) кезеңі жүргізіледі. Моделдеу іс жүзіндегі объектінің қасиеттерін әртүрлі дәрежеде көрсететін бірнеше деңгейде жүргізіледі. Ол құрылғының логикалық құрылымының дұрыстығын тексеруге бағытталған қызметтік деңгейде, құрылғы сұлбаларындағы сигнал кідірістерін ескерген уақыттық деңгейде және т.б. жүзеге асырылуы мүмкін. Моделдеу нәтижесінде түзетілуі қажет қателіктер табылуы мүмкін, ал бұл жобалау процесіне, бастапқы кезеңдерге бірнеше рет қайтып келіп, жобаға қажетті түзетімдер енгізу түріндегі итеративті сипат береді.

Жобалау процесіне берілген бұл көрнекі суреттемеге тағы бір мәселені қоса кету керек. Декомпозиция – қазіргі заманның элементтік негіздемесіне (элементная база) байланысты, нақтылы микросұлбаларға немесе бағдарламалы жинам сұлбалардың қызмет қорларының (функциональные библиотеки) элементтеріне сәйкесті қалыпты функция алынғанда ғана бітіріледі.

Бағдарламалы логикалы күрделі құрылымды жинам сұлба негізінде жобалау автоматтандырылған жобалау жүйесі (АЖЖ, САПР – система автоматизированного проектирования) арқылы ғана орындалады. выполняется только с помощью САПР. Қызмет тұрғысынан құру (концептуальный синтез) нәтижелері АЖЖ-ға енгізіледі де, онда ол жобаға компиляция жүргізеді, яғни өз қорының моделдері негізінде құрылғыны құрады. Сосын бағдарламалы логикалық құрылғының құрастырылуы (конфигурирование) жүргізіледі де, бұдан кейін оның іс жүзіндегі жұмысын тексеруге болады. Тексерімнің ойдағыдай аяқталған жағдайында құрылғы жүйеге орналастырылуға дайын деп саналады.

Әдістемелік бағыттамада ұсынылған және «Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар» пәнінің әртүрлі бөлімдерін қамтыған курстық жұмысқа берілген тапсырмалардың Electronics Workbench бағдарламалық ортасында жобаланушы құрылғыларды моделдеу арқылы жүргізілетін виртуалды тәжірибелер түрінде орындалуы ұсынылады. Курстық жұмыстың орындалуының ұсынылған әдістемесі студенттердің цифрлық құрылғыларды іс жүзінде жобалауға дағдылануын қалыптастыруға бағытталған және ол жобаланушы құрылғының нақтылы жұмыс сұлбасын алуға мүмкіндік береді. Курстық жұмыстың орындалуының бұл әдістемесі автордың көптеген жылдық сабақ жүргізу барысында тексеріліп, уақыт тәжірибесінен өткен.

Орындалған курстық жұмыс бойынша студенттер сәйкесті жұмыс есептемесімін дайындауы керек. Онда жобаланушы құрылғының және оның жеке қызмет бөліктемелерінің сұлбалары, олардың қызметін тексеру сұлбалары, бүкіл құрылғының және оның бөліктемелерінің анықталған (өлшенген және есептелген) параметрлері, қосалқы сызбалар, орындалған жұмыстың нәтижелері жөнінде қорытындылар болу керек.

 

1  Курстық жұмыстың мақсаты мен мәселелері

«Цифрлық құрылғылар және микропроцессорлар» пәнінен курстық жұмыстың орындалуының негізгі мақсаты – цифрлық құрылғыларды жобалау әдістемесін игеру және мұндай құрылғыларды және олардағы процестерді моделдеуге байланысты іс жүзіндегі еңбек дағдысын алу.

Қойылған мақсатқа жету келесі мәселелерді шешу арқылы жүзеге асырылады:

-   техникалық тапсырманың мазмұнын нақтылы талдау негізінде жобаланушы құрылғының жалпы құрылымын анықтау;

-       жобаланушы құрылғыны бөліктеу (декомпозициялау), яғни оның негізгі қызмет блоктарын анықтау;

-       құрылғының әрбір қызмет блогының сұлбасын Electronics Workbench бағдарламалық ортасының аспап-құралдары арқылы құру;

-       жобаланған құрылғының жұмысын басқару тәртібін анықтау, яғни басқару сигналдарының қалыптастырылу тізбесін тиянақтау;

-       әртүрлі басқару сигналдарының арасындағы уақыттық қарым-қатынастарды зерттеу және қажетті жағдайда оларды өзгерту.

2         Курстық жұмысқа арналған тапсырмалар

Курстық жұмыста Electronics Workbench моделдеу жүйесі арқылы жеке тапсырма бойынша құрылғы жобалап, оның жұмысын іс жүзінде көрсету керек. Жобаланушы құрылғының құрылуы барысында оның жеке блоктарын Electronics Workbench бағдарламасының элементтер қорындағы микросұлбалар негізінде орындап, оларды сәйкесті аталымы қойылған қосалқы сұлба (подсхема) түрінде біріктіру керек.

Төменде студенттердің фамилиясының бірінші әрпі бойынша үш топқа бөлінген, курстық жұмысқа ұсынылған тізімі келтірілген (кесте 1). Жеке тапсырманың және оның орындалуына берілген қосымша әдістемелі ұсынылымдар студенттің фамилиясының бірінші әрпімен және оның сынақ кітапшасының номерінің соңғы цифрымен (бірінші бағана) анықталады. Ұсынылған тапсырмалардың көпшілігінде екілік кіріс информациясын енгізу қажет болады, ол үшін әдістемелік ұсынымдарда талқыланған суреттеме мысалдағы Data блогын пайдалануға болады. Кейбір тапсырмаларда бір блоктың кірістеріндегі немесе шығыстарындағы бірнеше блоктарды ауыстыру керек болады, бұны дешифратор (DC) арқылы жүзеге асыруға болады. Бірнеше блоктың біреуінің шығыстарын келесі блокқа (мысалы, индикаторларға) қосу үшін буферлік элементтер (Buffer блогы) пайдалану керек. Автор осы жолдарды оқып отырған студенттің алдағы әдістемелік ұсынымдарда талқыланатын суреттеме мысалдан көп нәрсе алуға болатынына көзі жететініне үміттенеді.

 1  к е с т е  –  Курстық жұмысқа арналған тапсырмалар тізімі

Тапсырма

1. Студент фамилиясының басқы әрпі – А...З

0

Мәртебелі шифраторлар негізіндегі он алты түймеден информация енгізуге арналған және енгізілген бірнеше санды сақтауға мүмкіндігі бар құрылғы құру.

Енгізілу барысында қалыптастырылған кодтар  адресі арқылы анықталатын регистр түріндегі ұяшықтарға енгізіліп, көрсетілуі керек.

1

Мәртебелі шифраторлар негізіндегі он алты түймеден информация енгізуге арналған және енгізілген бірнеше санды сақтауға мүмкіндігі бар құрылғы құру.

Енгізілу барысында қалыптастырылған кодтардың  регистр түріндегі ұяшықтарда сақталуы мен көрсетілуі олардағы информацияның бірінен біріне ығыстырылуы арқылы жүзеге асырылуы керек.

2

Екі төртразрядты екілік сандарға логикалық операциялар жүргізуге арналған құрылғы құру.

Құрылғының операндаларды енгізу, іске асырылатын функцияларды ауыстыру және таңдалған операцияның орындалуы барысында операндалар мен алынған нәтижені көрсету мүмкіндігі болу керек.

3

Төртразрядты операндаларды тізбектеп қосу құрылғысын құру.

Құрылғының қосылатын операндаларды енгізу және барлық түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

4

Төртразрядты операндаларды параллель ауыспамен параллель қосу құрылғысын құру.

Құрылғының қосылатын операндаларды енгізу және барлық түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

5

Төртразрядты операндаларды жинақтап қосу құрылғысын құру.

Құрылғының қосылатын операнданы енгізу және барлық түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

6

Үш аргументті төрт функцияны жүзеге асыруға арналған мультиплексор негізіндегі әмбебап логикалық модуль (ӘЛМ) құру.

ӘЛМ-ді реттеу 0 және 1 тұрақтыларымен, яғни {0,1}  алфавиті арқылы жүзеге асырылуы керек. Құрылғының жүзеге асырылатын функцияларды ауыстыру мүмкіндігі болу керек.

 1 кестенің жалғасы

7

Үш аргументті төрт функцияны жүзеге асыруға арналған мультиплексор негізіндегі әмбебап логикалық модуль (ӘЛМ) құру.

ӘЛМ-нің реттелуі кеңейтілген  {0,1,} алфавитімен, яғни аргументтердің біреуін реттеу сигналдарының қатарына ауыстыру арқылы жүзеге асырылуы керек. Құрылғының жүзеге асырылатын функцияларды ауыстыру мүмкіндігі болу керек.

8

Төрт аргументті екі функцияны жүзеге асыруға арналған мультиплексор негізіндегі әмбебап логикалық модуль (ӘЛМ) құру.

ӘЛМ-ді реттеу 0 және 1 тұрақтыларымен, яғни {0,1}  алфавиті арқылы жүзеге асырылуы керек. Құрылғының жүзеге асырылатын функцияларды ауыстыру мүмкіндігі болу керек.

9

Төрт аргументті екі функцияны жүзеге асыруға арналған мультиплексор негізіндегі әмбебап логикалық модуль (ӘЛМ) құру.

ӘЛМ-нің реттелуі кеңейтілген  {0,1,} алфавитімен, яғни аргументтердің біреуін реттеу сигналдарының қатарына ауыстыру арқылы жүзеге асырылуы керек. Құрылғының жүзеге асырылатын функцияларды ауыстыру мүмкіндігі болу керек.

2. Студент фамилиясының басқы әрпі – И...С

0

Бірнеше порттар арасында төртразрядты екілік сандарды буферлік элементтер арқылы параллель жіберуге арналған құрылғы құру.

Құрылғының операндаларды кіріс порттарына бастапқы енгізу және барлық порттағы информацияны көрсету мүмкіндігі болу керек.

1

Бірнеше порттар арасында төртразрядты екілік сандарды көпразрядты мультиплексор мен демультилексор арқылы параллель жіберуге арналған құрылғы құру.

Құрылғының информацияны кіріс порттарына бастапқы енгізу және барлық порттағы информацияны көрсету мүмкіндігі болу керек.

2

Төртразрядты екілік сандарды тізбектеп жіберу құрылғысын құру.

Құрылғының информацияны кіріс портына бастапқы енгізу және барлық түрлендірілім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

3

Төртразрядты екілік сандардың жіберілуі кезіндегі жеке қателікті мажоритарлық элементтер арқылы анықтау құрылғысын құру.

Құрылғының информацияны кіріс портына бастапқы енгізу, жіберім арнасына қолдан қателік кіргізу және жіберім арнасының барлық бөлігіндегі информация қозғалысының көрсетілу мүмкіндігі болу керек.

 1 кестенің жалғасы

4

Төртразрядты екілік сандардың жіберілуі кезіндегі жеке қателікті екілік тексерім тәсілімен  анықтау және оны түзету құрылғысын құру.

Құрылғының информацияны кіріс портына бастапқы енгізу, жіберім арнасына қолдан қателік кіргізу және жіберім арнасының барлық бөлігіндегі информация қозғалысының көрсетілу мүмкіндігі болу керек.

5

D-триггерлерінің негізінде бастапқы қойылымды төртразрядты төңкеріл-ме (реверсивті) санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

6

JK-триггерлерінің негізінде бастапқы қойылымды төртразрядты төңкерілме (реверсивті) санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

7

D-триггерлерінің негізінде бастапқы қойылымды төртразрядты әмбебап регистр құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

8

JK-триггерлерінің негізінде бастапқы қойылымды төртразрядты әмбебап регистр құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

9

JK-триггерлері мен логикалық элементтер негізінде екі режимде (екілік санауыш ретінде және Грей кодында) істейтін төртразрядты санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

3. Студент фамилиясының басқы әрпі – Т...Я

0

Мультиплексорлы басқарылатын D-триггерлері негізінде екі режимде (екілік санауыш ретінде және Грей кодында) істейтін төртразрядты санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

1

Мультиплексорлы басқарылатын “N-нен 1” түрде кодыланатын құрылымды, екі режимде (екілік санауыш ретінде және Грей кодында) істейтін төртразрядты санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

 

1 кестенің жалғасы

2

Төртразрядты екілік сандардың жіберілуі кезіндегі жеке қателікті Хемминг кодын қолдану арқылы  анықтау және оны түзету құрылғысын құру.

Құрылғының информацияны кіріс портына бастапқы енгізу, жіберім арнасына қолдан қателік кіргізу және жіберім арнасының барлық бөлігіндегі информация қозғалысының көрсетілу мүмкіндігі болу керек.

3

JK-триггерлерінің негізінде санау модулін өзгерту мүмкіндігі қамтылған төртразрядты төңкерілме (реверсивті) санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

4

D-триггерлерінің негізінде санау модулін өзгерту мүмкіндігі қамтылған төртразрядты төңкерілме (реверсивті) санауыш құру.

Құрылғының бастапқы қойылым санын енгізу және әртүрлі түрлендірім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

5

Екі төртразрядты екілік сандарға олардың қосымша коды арқылы қосу және алу операцияларын орындайтын құрылғы құру.

Құрылғының операндаларды енгізу, іске асырылатын функцияларды ауыстыру және таңдалған операцияның орындалуы барысында операндалар мен нәтижені көрсету мүмкіндігі болу керек.

6

Екі төртразрядты екілік сандарға олардың кері коды арқылы қосу және алу операцияларын орындайтын құрылғы құру.

Құрылғының операндаларды енгізу, іске асырылатын функцияларды ауыстыру және таңдалған операцияның орындалуы барысында операндалар мен нәтижені көрсету мүмкіндігі болу керек.

7

Екіразрядты оналтылық сандарды ондық сандарға түрлендіру құрылғысын құру.

Құрылғының информация енгізу және барлық түрлендірілім кезеңін көрсету мүмкіндігі болу керек.

8

Төртразрядты регистрлер негізінде сегіз төртразрядты сан сақтауға арналған сызықты (яғни 2D) құрылымды жадылық құрылғы құру.

Құрылғының информацияны кез келген ұяшыққа енгізу және оны көрсету мүмкіндігі болу керек.

9

JK-триггерлерінің негізінде сегіз төртразрядты сан сақтауға арналған сызықты (яғни 2D) құрылымды жадылық құрылғы құру.

Құрылғының информацияны кез келген ұяшыққа енгізу және оны көрсету мүмкіндігі болу керек.

 

3  Әдістемелік ұсынымдар

Курстық жұмыстың орындалу тәртібін көрнекі суреттеу үшін информацияны динамикалы шығару құрылғысының құрылу процесін қарастыралық.

Техникалық тапсырма: жұмыс тәртібін көрсету мүмкіндігі қамтылған көпразрядты ондық сан түріндегі информацияны динамикалы шығару құрылғысын құру.

3.1 Құрылғы құрылымы

Тапсырмадан құрылғы құрамының әрбіреуі ондық санның екілік кодын шығарып тұрған бірнеше (мысалы, төрт) буыны бар деп санауға болады; оларды информация көздері деп аталық. Оларды өлшенген немесе есептелген нақтылы физикалық шаманың төртразрядты ондық мәні ретінде түсінуге болады.

Осы төртразрядты ондық санды ондық символдар арқылы көрсету үшін алдымен оның әрбір разрядын, яғни әрбір информация көзінің екілік кодын сәйкесті индикатордың 7-разрядты кіріс кодына (оны қысқаша 7-сегментті код деп аталық) түрлендіріп, сосын олар төрт 7-сегментті индикаторлардың кірістеріне берілу керек. Информацияның түсіндірілген көрсетілім тәсілі статикалық шығарылым деп аталады. Екілік кодты 7-сегментті кодқа түрлендіру күрделілігін (демек, құнын да) ескеріп, мұндай тәсілдің, яғни түрлендіргішті бірнеше рет пайдаланудың онша ыңғайлы еместігі туралы қорытындыға келуге болады.

Іс жүзінде көпразрядты ондық санды көрсету үшін динамикалық шығарылым деп аталатын басқа тәсіл қолданылады. Оның мағынасы мынада: әрбір шығарылатын санның екілік коды кезекпен жалғыз түрлендіргішке беріледі де, одан алынған 7-сегментті код сәйкесті индикаторға түсіп, сонда көрсетіледі.  Басқаша айтқанда, нақтылы мезетте жалғыз символ ғана көрсетіледі. Көру жадысының инерциялығын ескере отырып (кино кадрларының ауысу жиілігін еске түсіріңіз), информация көздерінің түрлендіргішке қосылу жиілігін, олардың ауысылымы бақылаушыға байқалмайтындай етіп (яғни, барлық индикатор қатар көрсетіп тұрғандай етіп), ыңғайлап алуға болады.

Айтылған түсініктемеден жобаланушы құрылғының жалпы құрылымын анықтауға болады (1 сурет, үзбе сызықпен бөлінген бөлігі). Құрылғы жұмысының жұрт алдында (мысалы, жұмысты оқытушы алдында) көрсетілу мүмкіншілігі болу керек болғандықтан, шығарылушы информация көздері ретінде екілік кодтар сақталатын жеке жады блогы (Деректер жадысы) пайдаланылады. Информация осы жадының сәйкесті ұяшықтарына олардың екілік кодын тудыратын қосалқы блоктан (Дерек тудырғышы), енгізіледі. Іс жүзінде бұл кодтарды, әрине, сәйкесті информация көздерінің өздері тудырар еді.

1 сурет

3.2 Дерек тудырғышы Data

Дерек тудырғышы ретінде 7493 микросұлбасы негізіндегі қарапайым санауыш пайдаланылады. Бұл микросұлбаның құрамында екі санауыш (CKA кірісімен бірразрядты және CKB кірісімен үшразрядты) бар. Бұл санауыштар төртразрядты санауыш құру үшін өзара тізбектеп жалғанып, олардың біріншісінің кірісіне (CKA) 1 Hz жиілікте істеуші тікбұрышты импульстер генераторы қосылған. Санау модулі 10 болу үшін санауыштың R01 және R02 шықпалары сәйкесті шығыс шықпаларына (1010=10102) қосылған. Демек, бұл құрылғы 0 мен 9 арасындағы барлық санның екілік кодын 1 Hz жиілігімен қалыптастырады. Бұл блок Data аталымды қосалқы сұлбаға (подсхема) біріктірілген (2 сурет).

 

2 сурет

 3.3 Деректер жадысы RG

Деректер жадысының ұяшығы (яғни шығарылушы деректер көзінің біреуі) ретінде әмбебап регистр – микросұлба 74194  пайдаланылады (3 сурет). Ол тұрақты түрде жазу режиміне (S0=S1=1) қойылған. Тазарту сигналы ажыратылған (CLR’=1). Бұл блок RG аталымды қосалқы сұлбаға біріктірілген.

Жобаланған құрылғының деректер жадысының блогы осындай төрт ұяшықтан құрылған, оларға деректер бір-бірінен ығыстыру арқылы жазылады. Ол үшін әрбір ұяшықтың шығыстары келесі ұяшықтың информациялық кірістеріне жалғанған. Ұяшықтарға деректердің жазылуы CLK сигналымен басқарылады.

 

3 сурет

3.4 Деректер ауыстырғышы MUX

Деректер ауыстырғышы нақтылы мезетте бір дерек көзінен түскен екілік түрдегі деректің төрт разрядын да өзінің шығыстарына, яғни түрлендіргішке жіберуі керек. Бұны параллель жұмыс істеуші төрт информациялық кірісті мультиплексор арқылы жүзеге асыруға болады. Ол үшін құрамында екі мультиплексор орналасқан екі 74153 микросұлбасы пайдаланылды. Бұл микросұлбалар MUX аталымды қосалқы сұлбаға біріктірілген (4 сурет). Мультиплексорлардың информациялық кірістерінің шықпалары қосалқы сұлбадан дерек көздеріне сәйкесті топтастырылған түрде шығарылған (яғни барлық С0 кірістері – бір топқа, С1 кірістері – келесі топқа және т.б.).

Ескерту: жиналған сұлбаның біріктірілуі кезіндегі түрі суретте көрсетілгендей ұқыпты болмауы мүмкін; бұндай жағдайда жүргізілген жалғанымдардың дұрыстығын осы жалғамды бөліп алу арқылы (екі рет басумен) тексеру ыңғайлы болады.

 4 сурет

3.5 Адрес қалыптастырғышы Add

Мультиплексорлардың информациялық кірістеріндегі деректердің ауыстырылуы олардың адрестерін өзгерту арқылы жүзеге асырылады. Бұл аддрстердің тез (с частотой 25 Hz) өзгертілуі үшін 7493 микросұлбасы негізіндегі кірісіне генератор қосылған екіразрядты санауыш пайдаланылған. Бұл блок Add аталымды қосалқы сұлбаға біріктірілген (5 сурет).

 

5 сурет

3.6 Код түрлендіргіші 4_7

Ондық санның екілік кодын сәйкесті 7-сегментті кодқа түрлендіру қызметін 7447 микросұлбасы атқарады. Оның кіріс және шығыс сигналдарының қызметі 2-кестеде көрсетілген.

 

2  к е с т е  –  Микросұлба 7447 (BCD-to-Seven-Segment Dec)

Inputs

Outputs

No

LT’

RBI’

D

C

B

A

BI’/RBO’

a

b

c

d

e

f

g

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

x

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

2

1

x

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

3

1

x

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

4

1

x

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

5

1

x

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

6

1

x

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

7

1

x

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

8

1

x

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

9

1

x

1

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

BI

x

x

x

x

x

x

0

0

0

0

0

0

0

0

RBI

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

LT

0

x

x

x

x

x

1

1

1

1

1

1

1

1

 

Түрлендіргіштің шығыс сигналдарының деңгейін Electronics Workbench бағдарламасының қорындағы 7-сегментті индикаторлардың кіріс сигналдарының қажетті жұмыс деңгейімен келістіру үшін түрлендіргіштің шығыс тізбектеріне инверторлар енгізілген. Бұл блок 4_7 аталымды қосалқы сұлбаға біріктірілген (6 сурет).

6 сурет

3.7 Индикатор дешифраторы DC

Нақтылы код көзінен кіріс деректерінің түрлендіргішке жіберілуі және тап осы кезде түрлендіргіштің шығыс сигналдарының сәйкесті 7-сегментті индикаторға жіберілуі бұрынғы адрестік Add блогынан істеуші дешифратор арқылы жүзеге асырылады. Бұндай дешифратор ретінде 74139 микросұлбасының құрамындағы екі дешифратордың біреуі пайдаланылады. Оның шығыс сигналдарын бұдан әрі жалғанатын буферлік элементтердің басқару сигналының деңгейімен келістіру үшін терістелген. Бұл блок DC аталымды қосалқы сұлбаға біріктірілген (7 сурет).

 

7 сурет

3.8 Түрлендіргіш Conv

MUX, Add, 4_7 және DC блоктары жобаланған құрылғының негізгі бөлігін құрады, сондықтан олар Conv аталымды жеке блок түрінде біріктірілді (8 сурет).

 

8 сурет

3.9 Буферлік блок – Buffer

Түрлендіргіштің шығыс сигналдары сәйкесті 7-сегментті индикаторға буферлік блоктар арқылы жіберіледі. Сәйкесті буферлік блоктың өткізу режимі алдында қарастырылған дешифратормен қамтамасыз етіледі. Жеке буферлік блок жеті буферлік элемент арқылы құрылған және ол Buf  аталымды қосалқы сұлбаға (9 сурет), ал осындай төрт блок Buffer аталымды блокқа біріктірілген (10 сурет).

9 сурет

 

10 сурет

3.10 Басқару блогы Control

Құрылғының басқарылуы (11 сурет) екі кілт (түйме) арқылы жүзеге асырылады: С кілтімен екілік кодтардың жады ұяшықтарына жазылуы қамтамасыз етіледі, ал D кілті құрылғының жұмыс режидері ауыстырылады. С сигналының жолында жеке  импульс қалыптастырғышы орналастырылған. Бұл қалыптастырғыштың сұлбасы, оның жұмысын зерттеу сұлбасы және түйменің әрбір басылымына сәйкесті жеке импульстің қалыптасуы 12-суретте көрсетілген.

 

11 сурет

 

а

б

в

12 сурет

 

3.11 Құрылғы сұлбасы Dynamic Display

Жобаланған құрылғының ақырғы сұлбасы 13-суретте келтірілген.

 13 сурет

Құрылғының жұмысын тексеру келесі тәртіппен жүргізіледі:

-       С түймесі арқылы деректер регистрлерге енгізіледі;

-       D түймесімен құрылғы информацияны көрсету режиміне  ауыстырылады.

Add блогында қойылған 25 Hz жиілігінде көрсетілім кадрының ауысым сипаты байқалмау керек (кино кадрларының ауысу жиілігін еске түсіріңіз). Бірақ осы моделдеудің нәтижесін бақылау кезінде кадр ауысымының жиілігінің төменірек болатыны байқалады, бұл көрсетілімнің көрнекілігін аздап кемітеді. Оның Electronics Workbench жүйесінің өзінің моделдеу жылдамдығына байланысты болып тұрғаны түсінікті.

Қорытынды

Көпразрядты цифрлық информацияны динамикалы шығару құрылғысының жобаланған моделінің тексеру барысында қажетті жұмысты істей алатындығына көзіміз жетті. Бұл сұлба осы құрылғыны жиналым деңгейі кішігірім және орта микросұлбалар арқылы іс жүзінде жасауға немесе оны бағдарламалы микросұлбалар арқылы құрастыруға негіз бола алады.

 

Әдебиеттер тізімі

1. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

2. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных устройств. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

3. Сугано Т. Дж., Уидмер Н. С. Цифровые системы. Теория и практика: Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2004.

4. Уэйкерли Дж. Ф. Проектирование цифровых устройств. – М.: Постмаркет, 2002.

5. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника / Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Радио и связь, 2003.

6. Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с. англ. – М.: Мир, 1988.

7. Шанаев О.Т. Electronic Workbench моделдеу жүйесі / орыс және қазақ тілінде. – Алматы, 2003.

 

Мазмұны

Кіріспе 3

1    Курстық жұмыстың мақсаты мен мәселелері 5

2    Курстық жұмысқа арналған тапсырмалар_ 5

3    Әдістемелік ұсынымдар_ 10

3.1 Құрылғы құрылымы_ 10

3.2 Дерек тудырғышы Data 11

3.3 Деректер жадысы RG_ 12

3.4 Деректер ауыстырғышы MUX_ 12

3.5 Адрес қалыптастырғышы Add_ 13

3.6 Код түрлендіргіші – 4_7 14

3.7 Индикатор дешифраторы DC_ 15

3.8 Түрлендіргіш Conv 16

3.9 Буферлік блок – Buffer 16

3.10 Басқару блогыControl 17

3.11 Құрылғы сұлбасыDynamic Display 19

Қорытынды_ 19

Әдебиеттер тізімі 20