RAU6 Dokuwiki

Materiały dla studentów kierunku N1Z Informatyka studia inżynierskie zaoczne. Przedmiot Arytmetyka i Teoria Układów Cyfrowych - laboratorium.

W laboratorium stosowane są komponenty wykonane w technologii TTL. W praktyce oznacza to, że logiczne zero jest reprezentowane za pomocą napięcia bliskiego 0V, logiczna jedynka napięciem w okolicy +5V.

Szafy labortoryjne składają się z modułów, które realizują poszczególne operacje, przedstawione na panelu przednim. Realizując układ w logice szytej, łączymy wyjścia jednych modułów do wejść innych, zgodnie z opracowanym wcześniej schematem układu, przystosowanym do asortymentu elementów dostępnych w laboratorium.

Ponadto jedno wyjście układu może zostać podłączone do max około 5 wejść. Często np. postać minimalna funkcji musi zostać przekształcona tak, aby można było tę funkcję zrealizować za pomocą dostępnych operatorów. W szczególności przydatne będą tutaj następujące postulaty i twierdzenia algebry Boole'a: postulat o elementach neutralnych względem operacji dodawania i mnożenia logicznego, prawa łączności, rozdzielności i przemienności oraz prawa De Morgana.

Wejścia układu są pobierane z przełączników.

Niezbędan wiedza:

1. 1. Elementarne funkcje logiczne: OR, AND, NAND itd.
2. 2. Tablice Karnaugha
3. 3. Przekształacanie wyrażeń boolowskich ze szczególnym uwzględnieniem praw DeMorgana.
4. 4. Systemy funkcjonalnie pełne.
5. 5. Działanie MUX i DMUX - realizacja ukłądów kombinacyjnych.

Zespoły rozwiązują zadania wskazane przez prowadzącego. Po implementacji każdego zadania należy je sprawdzić, a następnie zaprezentować działające rozwiązanie prowadzącemu.

Implementacja funkcji logicznej danej w postaci dziesiętnej, kanonicznej: za pomocą: 1.1. Wyłącznie dwuwejściowych bramek NAND 1.2. Wyłącznie dwuwejściowych bramek NOR 1.3. Wyłącznie dwu-, cztero- i ośmiowejściowych bramek NAND 1.4. Wyłącznie dwu-, cztero- i ośmiowejściowych bramek NOR

Zespoły rozwiązują zadania wskazane przez prowadzącego. Po implementacji każdego zadania należy je sprawdzić, a następnie zaprezentować działające rozwiązanie prowadzącemu. Wykorzystujemy metodę Huffmana.

Zadania do rozwiązania w czasie zajęć (grupa rozwiązuje zadanie wskazane przez prowadzącego):

Opracuj układ sterujący silnikiem. Silnik może się zacząć obracać wyłącznie w przypadku, gdy wcześniej znajdował się w spoczynku (Y_L=0, Y_S=1, Y_R=0). Silnik rozpoczyna obroty w prawo (Y_L=0, Y_S=0, Y_R=1) po naciśnięciu przycisku X_R i po jego zwolnieniu kontynuuje obroty. Podczas obrotów silnika, kolejne przyciskanie X_R oraz X_L jest ignorowane (nie można zmienić kierunku obrotów bezpośrednio, bez wcześniejszego zatrzymania silnika). Analogicznie dla obrotów w lewo. Naciśnięcie przycisku stop X_S gdy silnik jest w stanie spoczynku również nie zmienia jego stanu. Naciśnięcie przycisku stop X_S gdy silnik się obraca powinno go zatrzymać (Y_L=0, Y_S=1, Y_R=0). Zakłada się, że w danym momencie może być naciśnięty co najwyżej jeden z przycisków. Rozwiąż zadanie w modelu Moore'a.

Implementacja bloku wskazaną przez prowadzącego metodą:

• Bramki.
• Równania charakterystyczne przerzutników.
• Przerzutniki SR i metoda grubych zer i grubych jedynek.

Zaprojektuj sterownik do lodówki. Układ ma dwa wejścia, na które podawane są sygnały z progowych czujników temperatury oraz jedno wyjście Y, które steruje agregatem chłodzącym. Wejście X_G (temperatury górnej) przyjmuje wartość 1, gdy temperatura wewnątrz lodówki jest powyżej 5C (w przeciwnym wypadku przyjmuje wartość 0). Wejście X_D (temperatury dolnej) przyjmuje wartość 0, gdy temperatura spadnie poniżej 2C (w przeciwnym wypadku przyjmuje wartość 1). Gdy temperatura wewnątrz lodówki wzrośnie powyżej 5C, projektowany układ powinien włączyć agregat chłodzący Y i utrzymywać ten stan, aż temperatura wewnątrz lodówki spadnie poniżej 2C. Wtedy agregat chłodzący należy wyłączyć i poczekać do momentu, aż temperatura samoczynnie wzrośnie powyżej 5C. Następnie proces powtarza się. Podaj szczegółowe rozwiązanie metodą Huffmana dla układu Moore’a

Implementacja bloku wskazaną przez prowadzącego metodą:

• Bramki.
• Równania charakterystyczne przerzutników.
• Przerzutniki SR i metoda grubych zer i grubych jedynek.

Zaprojektuj sterownik do wieży ciśnień. W zbiorniku wody znajdują się dwa czujniki poziomu (1 oznacza poziom powyżej czujnika, 0 poziom poniżej czujnika): X_G-czujnik górny, maksymalnego napełnienia zbiornika; X_D - czujnik dolny, minimalnego poziomu wody. Wieża ciśnień ma dwie pompy (P1 i P2) pracujące naprzemiennie (w jednym cyklu napełniania P1, w kolejnym P2). Cykl pracy: Gdy poziom osiągnie minimum (X_D=0), zostaje załączona pompa P1 (P1=1). Po napełnieniu zbiornika (X_G=1) zostaje ona wyłączona (P1=0) i system przechodzi w tryb oczekiwania, aż użytkownicy zużyją wodę, co będzie zasygnalizowane spadkiem poziomu poniżej minimalnego (X_D=0). Wtedy uruchamiana jest pompa P2 (P2=1) i działa ona do czasu, aż zbiornik nie napełni się do poziomu maksymalnego (X_G=1), wtedy pompa P2 zostaje wyłączona (P2=0). Po czym system przechodzi w tryb oczekiwania, aż użytkownicy zużyją wodę,co będzie zasygnalizowane spadkiem poziomu poniżej minimalnego (X_D=0). Następnie cykl pracy się powtarza.

Implementacja bloku wskazaną przez prowadzącego metodą:

• Bramki.
• Równania charakterystyczne przerzutników.
• Przerzutniki SR i metoda grubych zer i grubych jedynek.

Niezbędna wiedza:

1. 1. Idea układów synchronicznych.
2. 2. Działanie przerzutników sychronicznych D, T, JK.
3. 3. Sens tablic przejść i wzbudzeń.
4. 4. Sposoby wyzwalania przerzutników (zbocze, poziom, M-S, łapanie 0 i 1).

Rzetelne przygotowanie się z powyższych zagadnień, umożliwa wykonanie ćwiczenia szybko i sprawnie. Założenie: “zawsze można zajrzeć do wikipedi i zrobić ćwiczenie” często powoduje wielogodzinne wykonywanie ćwiczenia.