МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_____________

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

____________

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра ВМСиС

Поляков А.К.

Москва 2016

СХЕМОТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

Исследование проектов логических схем .

Код: ____________________

Продолжительность:

160 мин.

Дисциплины:

“Схемотехника”,

Предназначено:

Для студентов по направлению информатика и вычислительная техника в соответствии с учебным планом.

.

Цель:

Цель работы состоит в ознакомлении с составом современных систем элементов ,с разработкой простых комбинационных схем, а также в овладении практическими навыками моделирования цифровых схем, построенных на элементах среднего уровня интеграции, с использованием САПР

Результат обучения:

После успешного завершения занятия пользователь должен уметь:

Проектировать простейшие комбинационные схемы и анализировать их методом моделирования, с использованием средств САПР

Используемые программы:

ACTIVE –HDL фирмы ALDEC(бесплатная студенческая версия) или бесплатная ISE WEB PACK фирмы XILINX

План занятия:

Самостоятельная работа.

Изучение теоретического материала по методике проектирования комбинационных схем ,

И выполнение индивидуальных заданий в соответствие с номером варианта, в частности - разработка схем и тестов, которые будут использоваться в модельном эксперименте

ЗАДАНИЯ

Задание I. Исследование схем на простых логических элементах серии кр1533.

В задании предлагается исследовать временные параметры трехаргументных логических функций( см варианты) реализованных на двухвходовых логических элементах.

Постройте схему ,реализующую трехаргументную логическую функцию на двухвходовых элементах серии кр1533.

и поверьте ее правильность и соответствие расчетных задержек сигнала и задержек в моделях элементов моделированием.

Варианты заданий( по номеру студента в группе)

Н

Например. вариант 3И,входы А,В,С. Выход У. У=(А and D) and C. В серии кр1533 элемент 2И имеет обозначение ЛИ1.( см литературу 11. Справочник - Логические ИС КР1533, КР1554 под редакцией Петровского . М.Бином. 2003 г.)

Соответственно схема будет состоять из двух элементов ЛИ1.Ожидаемая Задержка сигнала соответственно 2 *Тз_элемента=20 нс.

Задание 2. Проектирование и верификация схемы, реализующей логическую функцию 3ИЛИ на элементах различных базисов

Варианты заданий( по номеру студента в группе)

Пример-реализовать 3И на 2И-НЕ. Заметим, что х= А and B = not(not( a and B).Соответственно для реализации такой функции потребуется применить два элемента 2И-Не,у второго на оба входа подать сигнал с выхода первого элемента.

Для реализации 3И потребуется 4 элемента 2И-НЕ

У= not( not(not(not( a and B)) and C))

В серии кр1533 микросхема ЛА3 реализует функцию 2И-Не.

Постройте модель схемы из элементов,получите временную диаграмму и сравните задержку модели с расчетной.

Задание 3. Проектирование и верификация простой комбинационной схемы

Построить Схему и проверить ее-(этапы-построить таблицу истинности заданной логической функции, описать ее СДНФ,провести минимизацию, покрыть элементами серии кр1533,верифицировать проект схемы моделированием)

Варианты заданий

Получить временную диаграмму работы схемы, сравнить с таблицей истинности функции, определить задержки выходов по отношению к входами максимальную частоту срабатывания схемы

При построении схемы,реализующей логическую функцию сначала постройте

Таблицу истинности, потом запишите ее СДНФ,потом минимизируйте логическую функцию, потом постройте ее схему.

Например , построить схему,определяющую число в диапазоне 3-7 простое или нет. У=F(X3,X2,X1). ИЗ ШКОЛЬНЫХ ЗНАНИЙ- ПРОСТЫЕ ЧИСЛА ДЕЛЯТСЯ ТОЛЬКО НА СЕБЯ. СООТВЕТСТВЕННО ПРОСТЫЕ 3,5,7. ЧИСЛА 0 И 1 ИСКЛЮЧЕНИЕ

Для представления чисел в этом диапазоне потребуется двоичный трехразрядный код .

Таблица истинности

СДНФ

У=(NOT X3 AND X2 AND NOT X1) OR (NOT x3 AND x2 AND x1)OR

(x3 AND NOT x2 AND x1) OR (x3 AND x2 AND x1)

ПОСЛЕ МИНИМИЗАЦИИ ИМЕЕМ

У=not X3 and X2 or X3 and X1.

Соответственно в схеме используются два элемента 2и и один 2ИЛИ.

Следует сравнить временную диаграмму модели с исходным заданием и табл.истинности-может где то ошибка. И сравнить задержку модели с расчетной.

теоретические сведения.

1.5. Логические функции и принцип дуализма

Введем определения, имеющие отношение к теории логических функций:

литерал – обозначение логической переменной или ее инверсии.

Например: X, Y, X.

• т ерм – произведение – литерал или логическое произведение литералов. Например: X1,X0∙X1∙X3.

• с умма произведений – логическая сумма термов – произве- дений. Например: X2 + X0∙X1∙X3.

• т ерм – сумма – один литерал или логическая сумма литералов. Например: X0 + X1 + X2.

• п роизведение сумм – логическое произведение термов – сумм. Например: (X0 + X1 + X2)* (X0 + X2 + X4).

• нормальный терм – терм – произведение или терм – сумма, в которых каждый литерал встречается не более одного раза. Например: X1∙X2∙X3, X0 + X1 + X2.

• минтерм с n переменными – нормальный терм – произведение с n литералами.

• макстерм с n переменными – нормальный терм – сумма с n литералами.

Таблицы истинности логической функции содержат минтермы и макстермы. Рассмотрим пример логической функции F от трех переменных с аргументами X0, X1, X2 и значением Y, заданной в виде таблицы истинности, приведенной в таб. 1.2.

Таблица 1.2. Таблица истинности логической функции F.

Булева формула для Y легко строится по таблице истинности, включающей минтермы и макстермы.

Так называемая Совершенная Дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) получается как логическая сумма (ИЛИ) минтермов, для которых значение функции Y в таблице 1.2 равно единице.

Список минтермов называют множеством включений логической функции.

Совершенная Конъюнктивная нормальная форма (СКНФ) логической функции получается как логическое произведение макстермов, для которых значение логической функции Y равно нулю.

Список макстермов называют множеством выключений логической функции.