Лабораторная работа №9. Генерация и анализ цифровых последовательностей

 

Бит. Логическое слово

Один разряд двоичного числа называется битом. Например, число 1001 является 4-битовым двоичным числом.

Для хранения логической информации используются устройства, содержащие ячейки памяти и регистры. Большинство таких ячеек имеет одинаковую длину n, т. е. они используются для хранения n бит двоичной информации. Информация, хранимая в такой ячейке, называется словом,
рисунок 46.

 

Младшие и старшие разряды

Крайний слева бит числа, изображенного на рисунке 46, называется старшим разрядом (он имеет наибольший вес), крайний справа – младшим разрядом (он имеет наименьший вес).

 

Триггеры. Регистры

Триггерами называются электрические элементы, способные находиться в одном из двух устойчивых состояний, например: конденсатор заряжен или разряжен, транзистор находится в проводящем или непроводящем состоянии, специальный полупроводниковый материал имеет высокое или низкое удельное сопротивление и т. п.

Триггеры, собранные вместе для записи слов, называются триггерными регистрами или просто регистрами. Помещенная в регистр информация остается там до тех пор, пока она не будет заменена другой. Процесс чтения информации их регистра не влияет на содержимое последнего.

 

Устройства памяти

Для хранения больших объемов информации используются искусственные или естественные среды, построенные таким образом, чтобы запись и извлечение информации производились целыми словами или массивами слов. Такие среды, в комплексе с оборудованием для записи и чтения слов названы устройствами памяти или запоминающими устройствами.

 

Уровень логического нуля и логической единицы

Одно из физических состояний, которые принимает триггер, создает высокий уровень выходного напряжения элемента памяти, а другое – низкий. На рисунке 47 показан выходной сигнал элемента памяти (например, одного разряда регистра) при изменении его состояний (при переключениях) под воздействием некоторого входного сигнала.

 

Системы счисления 2, 8, 16

Вместо привычной десятичной системы счисления в логических устройствах используется представление чисел в двоичной системе счисления. Как и десятичная система счисления, двоичная система (в которой используются лишь цифры 0 и 1) является позиционной системой счисления, т. е. в ней значение каждой цифры числа зависит от положения (позиции) этой цифры в записи числа.

Иногда возникают задачи ручной обработки кодов чисел. Для снижения трудоемкости выполнения таких задач широко применяют восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. В восьмеричной системе счисления используются восемь цифр (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), в шестнадцатеричной – 10 цифр и 6 прописных латинских букв от A до F (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

Для перевода двоичных чисел в восьмеричные необходимо разделить двоичные числа на 3-битовые группы – триады, каждую из которых можно представить одной восьмеричной цифрой. Аналогичным образом осуществляется перевод двоичных чисел в шестнадцатеричные. Только в этом случае двоичное число разбивается на 4-битовые группы (тетрады), которые и представляются одной шестнадцатеричной цифрой.

 

Генератор слов

Генератор слов используется для формирования последовательности двоичных слов и передачи в цифровую цепь сигналов, соответствующих этим двоичным словам. Количество формируемых двоичных слов задается путем определения размера буфера (Buffer Size) во вкладке Settings (рисунок 48), вызываемой нажатием на клавишу Set… в панели настройки генератора слов.

Также, с помощью панели генератора слов, можно установить длину посылки: посылка одного слова (Step); однократная посылка всей линейки слов (Burst); повторяющаяся посылка в виде потока слов (Cycle)
(рисунок 49).

Помимо перечисленных возможностей в панели настройки генератора слов могут быть заданы: тип триггера (внутренний или внешний), тип срабатывания генератора (по фронту импульса триггера или по спаду), система счисления, для отображения заданных слов, и набор генерируемых цифровых слов.

 

3.17.7. Логический анализатор

Логический анализатор предназначен для анализа цифровых сигналов и отображения их в виде временных зависимостей напряжений на входах анализатора. На основной панели логического анализатора отображаются цифровые сигналы и временные метки (T1, T2). Здесь же можно изменить временной масштаб отображения сигналов (Clocks/Div) (рисунок 50).

Рис. 49 Панель настройки генератора слов

 

 

Рис. 50. Основная панель логического анализатора

 

Частота используемого синхронизатора и его тип (внутренний или внешний) задаются в окне Clock Setup вызываемого клавишей Set… в области Clock основной панели анализатора (рисунок 51).

Рис. 51. Настройка синхронизатора

 

Задание на лабораторную работу

1. Соединить выходы 0 – 16 генератора слов со входами F – 1 логического анализатора соответственно. Младший бит генератора слов необходимо подключать к входу F логического анализатора.

2. Для контроля генерируемой последовательности слов, необходимо соединить выходы генератора слов (группами по четыре бита) с входами четырех цифровых индикаторов DCD_HEX. Цифровые индикаторы позволят отображать генерируемые слова в шестнадцатеричной системе счисления.

3. Сформировать в генераторе последовательность 16-ти битных слов в соответствии с вариантом задания из таблицы.

4. Отобразить с помощью логического анализатора временные диаграммы напряжений для последовательности 16-ти битных слов. Временные диаграммы необходимо сформировать при следующих частотах генератора слов 1Hz, 250Hz, 5kHz.

 

Таблица 8. Задание на лабораторную работу

№ варианта
Слово 1	A00E						BEE	29B7
Слово 2	00B3	7A10				137C
Слово 3		B5EA				D9A	C4	A892
Слово 4		FFFF					FACE	736F
Сист. счисления	Шестнадцатеричная	Десятичная	Шестнадцатеричная	Десятичная

 

№ варианта
Слово 1		478C	CAB				F19		FEE
Слово 2	8DD8						A340		E2E4
Слово 3		CAF4	235F				B52		BAC
Слово 4	9FF6	1A1A	EEE7				F22		3DDD
Сист. счисления	Шестнадцатеричная	Десятичная	Шестнадцатеричная	Десятичная

 

3.17.9. Контрольные вопросы

1. Принцип перевода двоичных чисел в шестнадцатеричную систему счисления.

2. Известные типы регистров.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

	ТЕХНОЛОГИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА MATHCAD
	Технология изготовления конструкторской документации с использованием САПР «Компас»
	ТЕХНОЛОГИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ MULTISIM
	Лабораторная работа №1. Исследование полупроводниковых диодов
	Лабораторная работа №2. Исследование выпрямительных схем
	Лабораторная работа №3. Исследование стабилизаторов напряжения
	Лабораторная работа №4. Исследование сглаживающих фильтров
	Лабораторная работа №5. Исследование биполярных транзисторов
	Лабораторная работа №6. Исследование транзисторных усилительных схем
	Лабораторная работа №7. Исследование транзисторных ключей
	Лабораторная работа №8. Исследование полевых транзисторов
	Лабораторная работа №9. Генерация и анализ цифровых последовательностей
	СОДЕРЖАНИЕ