Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Устройства на логических интегральных схемах и микропроцессорах (2013)

Московский государственный технический университетим. Н.Э. БауманаФакультет Радиоэлектроники и лазерной техникиКафедра Радиоэлектронные системы и устройстваА.Н. Глотов, Н.А. ЖарковаУСТРОЙСТВА НА ЛОГИЧЕСКИХИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ ИМИКРОПРОЦЕССОРАХЭлектронное учебное изданиеМетодические указания для подготовки к семинарам и выполнениюдомашних заданий по дисциплине «Цифровые устройства имикропроцессорная техника»Под редакцией Г.Н. СоловьеваМосква(С) 2013 МГТУ им.

Н.Э. БАУМАНАОглавлениеН.А.Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры2УДК 621.374Рецензент: доц. кафедрыН.А. Жаркова, А.Н. ГлотовМетодические указания для подготовки к семинарам и выполнению домашнихзаданий «Устройства на логических интегральных схемах и микропроцессорах».Электронное учебное издание. – М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013. 47с.Методические указания предназначено для подготовки к семинарам, выполнениядомашних заданий и сдачи первого и второго модуля по курсу ЦУ и МП.В указаниях рассмотрена связь между переключательными функциями итаблицами истинности, приведены различные способы оптимизации логических функций.Даны примеры и задачи для закрепления материала на семинарских занятиях. На основепереключательных функций построены функциональные схемы логических устройств.Счетчики являются распространенными типовыми узлами цифровых устройств.

Напримере (один из вариантов ДЗ1) показана последовательность проектирования счетчиковдля заданного модуля и направления счета. Рассмотрены способы представления(кодирования) информации, используемые в различных вычислительных устройствах. Напримере восьмиразрядного микропроцесса представлена его структура и система команд,приведен пример выполнения ДЗ2.Рекомендованоучебно-методическойкомиссиейфакультета«Радиоэлектроники и лазерной техники» МГТУ им. Н.Э.

БауманаЭлектронное учебное изданиеЖаркова Надежда АлексеевнаГлотов Александр НиколаевичУСТРОЙСТВА НА ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ ИМИКРОПРОЦЕССОРАХ©2013 МГТУ имени Н.Э. БауманаОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры3ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................41.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ...............................................................................51.1. Таблицы истинности как способ задания переключательной функции ...............51.2 Виды представления переключательных функций ....................................................51.3. Логические преобразования ...........................................................................................71.4. Логические преобразования с помощью Карт Карно................................................92. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ.............................................................133. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ ................................................................................194.1.

Системы счисления, используемые в ЭВМ ...............................................................224.2. Арифметические операции в ЭВМ. Прямой, обратный и дополнительныйкоды. .........................................................................................................................................244.3. Двоично-десятичное кодирование ...............................................................................295. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ОРГАНИЗАЦИЯОДНОКРИСТАЛЬНЫХ 8-РАЗРЯДНЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ НА ПРИМЕРЕМП К580. .....................................................................................................................................325.1. Общие сведения о МП К580 ..........................................................................................325.2. Система команд микропроцессора К580 ....................................................................345.3.

Группы команд МП580 ..................................................................................................375.4. Порядок выполнения домашнего задания .................................................................42СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................................................47ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры4ВВЕДЕНИЕВо всех узлах и устройствах, в которых происходит логическая обработка, связимежду входными и выходными переменными могут быть представлены таблицамиистинности и описываться логическими функциями.

Для описания таблиц истинностилогическими функциями используются совершенные нормальные дизъюнктивные(СНДФ) и конъюнктивные (СНКФ) формы. Однако эти формы являются избыточными, итребуется их преобразования с целью оптимизации. Для преобразования используютсятеоремы и тождества алгебры логики, также «Диаграммы Вина» и «Карты Карно».Логическая функция может быть представлены в аппаратном виде, используя логическиеэлементы «И», «ИЛИ», «НЕ». Для создания устройства соответствующего заданнойтаблице истинности необходимо заменить логические элементы на логические схемы изконкретной серии микросхем (ТТЛ, МОП, КМОП и др), выпускаемой промышленностью.В данном пособии на конкретных примерах и задачах решаемых на семинарскихзанятиях показана возможность преобразования различными методами логическихфункций.Приведеныпримерыизадачипостроенияфункциональныхсхемкомбинационных устройств.

На основе этого материала выполняется первое домашнеезадание.Особенностью при проектировании счетчиков является то, что они включают всебя два типа цифровых устройств: комбинационные узлы и узлы, обладающие памятью –триггеры. Зная последовательность состояний счетчика, можно составив таблицуистинности представить ее переключательными функциями, что далее позволяетпостроитьфункциональнуюсхемусчетчика.Приведенконкретныйпримерпроектирование счетчика с заданным модулем и направлением счета.На примере восьмиразрядного микропроцессора подробно рассмотрена егоструктура и система команд.

Столь подробное описание и приведенный пример одного извариантов домашнего задания позволяет студенту выполнить его самостоятельно.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры51. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИПереключательные функции, описывающие работу цифровых узлов и устройств,могут быть заданы логическими функциями, таблицами истинности и реализованыаппаратно с помощью простых логических элементов «И», «ИЛИ», «НЕ».1.1. Таблицы истинности как способ задания переключательной функцииОбычно разрабатываемое устройство должно иметь заданный выходной отклик наопределенное входное воздействие, что в результате может быть представлено «таблицейистинности».Задача 1.

Составьте таблицы истинности для двух входных переменных Х1 и Х2.Х1Х201010011Равнозначность Неравнозначность10010110Запрет(ИЛИ-НЕ)1000Конъюнкции(И)0001Дизъюнкции(ИЛИ)01111.2 Виды представления переключательных функцийЛогические функции представляются в двух видах: нормальной дизъюнктивнойНДФ (сумма произведений входных переменных) и нормальной конъюнктивной НКФ(произведение сумм переменных) форме.Пример:Y=X1 X2 X4 + X3 X4 + X1X2 – НДФY=(X1+X2+X4) (X3+X4) (X1+X2) – НКФПредположим, что для трех входных простых переменных x1, x2, x3, заданатаблица истинности.1. Таблица 1№ комбинацииx1x2x3У1000020010301004011151000610117110181111Заданную таблицу истинности можно представить виде переключательной(логической) функции Y(х1,х2,х3).ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры6Существуеттолькооднасовершеннаянормальнаядизъюнктивнаяиконъюнктивная формы (СНДФ и СНКФ) в которые входят все переменные таблицыистинности.Из таблицы истинности функция полностью описывается как сумма минтерм.Минтермами или конституентами единицы называются комбинации (произведение)входных переменных для которых выходная переменная У=1. Представление логическойфункции в виде суммы минтерм и определяет ее СНДФ. Для выше приведенной таблицыистинности СНДФ имеет вид:Y  x1 x2  x3  x1 x2  x3  x1 x2  x3  x1 x2  x3.(1)СНКФ получают из таблиц истинности как произведение макстерм.

Суммы всехпеременных для которых У=0, называют макстермами или конституентами нуля. Длязаданной таблицы СНКФ имеет вид:Y  ( x1  x2  x3)  ( x1  x2  x3)  ( x1  x2  x3)  ( x1  x2  x3)(2)Задача 2. Запишите совершенные нормальные дизъюнктивные и конъюнктивныеформы (СНДФ и СНКФ) для функций заданных таблично.Логической функции «ИЛИ» для двух входных переменныхх10011х20101F0111СНДФ – F  x1  x2  x1  x2  x1  x2СНКФ - F  x1  x2Логическую функцию «И» для двух входных переменныхх10011х20101F0001СНКФ – F  ( x1  x2)  ( x1  x2)  ( x1  x2)СНДФ - F  x1  x2Логическую функцию «ИЛИ» для трех входных переменныхх100001111х200110011х301010101F01111111СНДФ -F  x1x 2  x3  x1 x 2  x3  x1 x 2  x3  x1 x 2  x3  x1 x 2  x3 x1 x 2  x3  x1 x 2  x3СНКФ - F  x1  x2  x3ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры7Логическую функцию «И» для трех входных переменныхх100001111х2х30001101100011011ЗаписанныеFСНДФ - F  x1  x2  x30СНКФ 00F  ( x1  x 2  x3)  ( x1  x 2  x3)  ( x1 x 2  x3) 0( x1  x 2  x3)  ( x1  x 2  x3)  ( x1  x 2  x3)  ( x1  x 2  x3)0001СНДФ эквивалентны СНКФ для заданных таблиц истинности.

СНД иСНК формы избыточны, могут быть преобразованы в более короткую эквивалентнуюзапись1.3. Логические преобразованияПри разработке логической схемы желательно минимизировать количествоэлементарныхсхем. Дляупрощения логическихфункций на основе,которойразрабатывается схема, используются аксиомы, тождества и законы алгебры логики.Аксиомы для одной логической переменной.Всегда:1.

p + 1 = 1.2. p + p = 1, если р – переменная, p - ее дополнение до единицы.3. p * 0 = 0.4. p * p = 0.Всегда величина p равна:1. p = p ;2. p= p * p * p *…;3. p= p + p + p …;4. p= p *1;5. p= p + 0;С помощью этих аксиом можно доказать тождества для двух логическихпеременных. Всегда справедливы следующие высказывания.Терема поглощения:6. p + p *q = p + q;7. p + р*q = p;8. p(р +q) = p;ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н.

Глотов Логические интегральные схемы и микропроцессоры89. (1+ р )*(р+q)=p+qТеорема склеивания:12. p*q+ р q=q;13. (p+q)*( р +q)=q;Основные законы алгебры логики.Переместительный (коммутативный)Для логического сложения: p + q = q + pДля логического умножения: pq = qpСочетательный (ассоциативный)Для логического сложения: (p+q)+R = p+(q+R)Для логического умножения: (p*q)*R = p*(q* R)Распределительный (дистрибутивный)Для логического сложения: (p+q)*R = p*R+q*R )Для логического умножения: q*p+R = (p+R)*(q+R)Закон инверсии Де Моргана (свойство двойственности)Для логического сложения: p  q  p * qДля логического умножения: q * p  q  p )Задача 3.