ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания к выполнению домашней работы на тему
«Проектирование комбинационного автомата»
для студентов специальности 21010665(200400) «Промышленная электроника»
Новочеркасск 2006
УДК 519 (076.5)
Рецензент - канд.техн.наук Н.С.Савелов
Составитель Жмурин Д.Н.
Электронные промышленные устройства: Методические указания к выполнению домашней работы на тему «Проектирование комбинационного автомата» для студентов специальности 21010665 (200400) «Промышленная электроника» / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – 12 с.
В домашней работе, предусмотренной учебным планом специальности, проектируется комбинационный автомат для реализации двух логических функций на интегральных микросхемах и в виде универсального логического элемента на ПЛИС. Приведены исходные данные для выбора варианта задания, методические указания к выполнению и оформлению работы.
© Южно-Российский государственный
технический университет, 2006.
© Жмурин Д.Н., 2006
Общие сведения
Выполнение индивидуального домашнего задания для студентов очной формы обучения предусмотрено унифицированным учебным планом специальности 21010665(200400) «Промышленная электроника».
При выполнении домашнего задания студенты усваивают и отрабатывают:
- практическое применение теоретических знаний при проектировании микроэлектронных комбинационных автоматов;
- составление принципиально-монтажных схем на базе заданной серии интегральных микросхем (ИМС);
- разработку вариантов принципиальной схемы с использованием универсального логического элемента на базе программируемой логики.
Объект проектирования – двухвыходной комбинационный автомат (КА) для совместной реализации логических функций F1 и F2, оптимальный по количеству задействованных микросхем. Варианты реализуемых функций определяются по табл. 1, а таблицы истинности функций указаны в табл. 2.
Таблица 1
| Последняя цифра номера задания | ||||||||||||
| Первая цифра номера задания | F1 | |||||||||||
| F2 | ||||||||||||
| F1 | ||||||||||||
| F2 | ||||||||||||
| F1 | ||||||||||||
| F2 |
Задание и исходные данные
2.1. Задание (вариант № …)
1. Составить принципиально-монтажную схему КА на интегральных микросхемах в базисе И, ИЛИ, НЕ.
2. Перевести математическую модель КА в базисы И-НЕ и ИЛИ-НЕ, составить принципиально-монтажные схемы для каждого из вариантов. Установить, какой из вариантов окажется оптимальным.
3. Составить принципиальную схему универсального логического элемента (УЛЭ) на основе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) для реализации функций F1 и F2 в скобочной форме.
Исходные данные
1. Таблицы истинности функций F1 (вариант № …) и F2 (вариант № …)..
2. Элементная база – интегральные микросхемы серии … (номер серии)
Таблица 2
| x | Y | z | ||||||||||||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 1 |
Продолжение табл. 2
| x | y | z | ||||||||||||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 1 |
Продолжение табл. 2
| x | y | z | ||||||||||||
| 0 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 0 | 1 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 0 | 1 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 0 | ||||||||||||
| 1 | 1 | 1 |
Указания к выполнению задания
1. Для получения задания староста группы составляет в произвольном порядке список студентов группы. В списке, утвержденном преподавателем, порядковый номер студента соответствует варианту задания.
2. Синтез математической модели КА по таблицам истинности заданных функций, приведенным в табл. 2, выполняется в виде СДНФ. Минимизацию рекомендуется выполнять несколькими методами (желательно для самопроверки), но обязательно должен быть представлен метод карт Карно [2].
3. Принципиально-монтажные схемы составляются на базе интегральных микросхем промышленных серий. Выбор типов микросхем – по желанию студента. При отсутствии других справочных материалов можно использовать сведения из [3].
4. При составлении принципиально-монтажных схем необходимо предусмотреть установку правильного режима неиспользуемых логических элементов в составе микросхем и неиспользуемых выводов задействованных логических элементов. Выводы питания микросхем и их подключение можно не показывать.
5. Для оптимизация следует составить принципиально-монтажные схемы КА для реализации функций в разных базисах - И, ИЛИ, НЕ; ИЛИ-НЕ; И-НЕ. Оптимальным считается вариант схемы с наименьшим числом задействованных корпусов микросхем.
6. При проектировании УЛЭ в виде ПЛИС предусмотрена реализация функций F1 и F2 в скобочной форме. Наиболее подходит для этого разновидность ПЛИС с памятью – программируемая логическая матрица (ПЛМ). В память ПЛМ вводят более простые логические функции, повторяющиеся в выполняемых функциях F1 и F2.
7. Функции для внесения в память выявляют посредством равносильных преобразований минимизированных заданных функций в скобочную форму. Поскольку при таких преобразованиях не исключены различные варианты функций, удобных для памяти, для определенности задания предусматривается следующая процедура их нахождения.
В любом варианте задания функции памяти следует находить, преобразуя функцию F1. Такими функциями могут быть функции «Исключающее ИЛИ» (сложение по mod 2) в прямом виде или с инверсией («Исключающее ИЛИ-НЕ», «Эквивалентность»). После установления их для функции F1 находится соответствующая скобочная форма функции F2 и составляется схема ПЛМ.
Содержание и оформление домашней работы
Выполненная домашняя работа согласно правилам оформления текстовых документов в учебном процессе представляется в виде пояснительной записки на сброшюрованных листах стандартного формата А4 (210 ´297 мм) и должна включать:
- титульный лист – оформляется в соответствии с прил. 2;
- задание – в заголовке указывается номер варианта, например, «Задание (вариант № 28)»; текст задания соответствует п. 2.1;
- исходные данные – текст соответствует п. 2.2; в поз. 1 указываются номера вариантов функций согласно табл. 1; после поз. 1 приводится объединенная таблица истинности заданных функций (выборка из табл. 2); в поз. 2 указывают серию используемых ИМС;
- текстовую часть пояснительной записки со всеми формулами, преобразованиями, таблицами и схемами (функциональными и принципиально-монтажными для каждого базиса);
- список использованной литературы.
Текст пояснительной записки можно набирать на компъютере или писать от руки пастой черного, фиолетового, синего цветов (но обязательно четким почерком, разборчивым не только для автора!).
Таблицы, включая карты Карно, и схемы, именуемые рисунками, могут выполняться как с помощью компъютерной графики, так и вручную на листах работы или на отдельных листах, которые вклеиваются в текст. Таблицы и рисунки желательно помещать в соответствующем месте текста или на следующей странице. При большом размере допускается размещать их и на отдельных листах по тексту. Все таблицы, начиная с задания, и рисунки нумеруются по порядку, а в текст включаются ссылки с указанием номера (например, «Принципиальная схема КА в базисе И, ИЛИ, НЕ приведена на рис. 1»).
Номер страницы проставляют в верхнем правом углу. Нумерация страниц сквозная, начиная с титульного листа (на титульном листе номер не указывать). Отдельные листы с рисунками или таблицами включаются в общую нумерацию.
В конце работы ставится дата ее завершения и подпись студента.
Примечания. 1. Выполненная домашняя работа предъявляется на экзамене. Собеседование по ней является частью процедуры аттестации по дисциплине «Электронные промышленные устройства».
2. Работа, не соответствующая выданному заданию и настоящим указаниям, подлежит переделке по утвержденным исходным данным.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жмурин Д.Н. Электронные промышленные устройства: Конспект лекций. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - 43 с.
2. Жмурин Д.Н. Математические и информационные основы теории цифровых систем: Учеб. пособие. Ч.1. Теоретико-множественное описание и логический синтез цифровых систем / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. - 63 с.
3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.; Радио и связь, 1987. - 352 с.
Приложение 1
МИКРОСХЕМЫ серии К155
Буферные элементы: а) НЕ; б) без инверсии
Микросхемы И
Микросхемы И-НЕ
Микросхемы ИЛИ-НЕ (а-ж); ИЛИ (з)
Микросхемы И-ИЛИ-НЕ
Приложение 2
Образец оформления титульного листа
 |
