Дата последнего обновления файла 02.06.2016

Лабораторная работа 5. Исследование работы регистров

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO2.

Цель работы: экспериментальное исследование работы цифровых регистров различных типов.

Подготовка к лабораторной работе

1. По конспекту лекций изучить работу наиболее распространенных типов регистров:

  1. параллельные регистры;
  2. последовательные регистры (сдвиговые регистры);
  3. Универсальные регистры;

2. Изучить принципиальную схему лабораторного стенда LESO2 и определить какая часть исследуемой схемы реализована аппаратно, а какая будет реализована с помощью среды автоматизированного проектирования Quartus II.

3. Разработать четыре принципиальные схемы исследования параллельных и последовательных регистров к пунктам 1 ... 4

Задание к работе

1.Исследовать параллельный регистр-защёлку

Соединить четыре D триггера, работающих по потенциалу (триггер защёлка, в Quartus он называется "latch"), параллельно. Входы триггеров подключить к переключателям S5 ... S8. Выходы триггеров подключить к светодиодам LED5 ... LED8. Входы синхронизации триггеров соединить параллельно и подключить к переключателю S1. Сконфигурировать ПЛИС в соответствии с разработанной схемой.

Подавая на входы регистра комбинации логических уровней, приведенных в таблице 1, с помощью ключей S5 ... S8 и наблюдая за состояниями светодиодных индикаторов LED5 ... LED8, заполните её пустые колонки. Обратите внимание! Строки, где на входе C последовательно присутствует логическая единица формируют один импульс. Не нужно каждый раз щелкать переключателем.

Таблица 1. Сигналы на входах и выходах регистра-защёлки

D0 D1 D2 D3 C Q0(t) Q1(t) Q2(t) Q3(t)
0 1 0 1 0
0 1 0 1 1
0 1 0 1 0
0 1 1 1 0
0 1 1 1 1
0 1 1 1 0
1 1 0 1 0
1 1 1 1 1
1 0 1 1 1
1 0 0 0 1
1 0 0 0 0
0 0 0 1 0

2.Исследовать параллельный регистр

Заменить в схеме регистра триггеры, работающие по потенциалу на D триггеры, работающие по фронту. В системе проектирования Quartus II это элемент памяти dff. Сконфигурировать ПЛИС в лабораторном стенде в соответствии с новой схемой.

Подавая на входы регистра комбинации логических уровней, приведенных в таблице 1, с помощью ключей S5 ... S8 и наблюдая за состояниями светодиодных индикаторов LED5 ... LED8, заполните таблицу 2. Обратите внимание на отличие в таблицах!

3. Исследовать работу последовательно-параллельного регистра

Увеличить количество триггеров в схеме регистра до восьми. Выходы триггеров подключить к светодиодам LED5 ... LED8. Соединить триггеры в схеме регистра последовательно. При этом на входах регистра останется только два переключателя — S5 на входе D0 и переключатель S1 на входе синхронизации C. Сконфигурировать ПЛИС в лабораторном стенде в соответствии с новой схемой.

При помощи переключателя S5 ввести в регистр число, соответствующее номеру бригады + 224 (например для бригады №1 код будет равен 111000012). Каждый бит должен сопровождаться импульсом на входе синхронизации C. Для этого при помощи переключателя S1 нужно последовательно подать логическую 1, а затем логический 0. Следующий бит на входе D0 следует устанавливать только после завершения формирования импулься синхронизации CLK.

После каждого импульса записать данные на выходе последовательного регистра в таблицу 3. Обратите внимание по какому фронту происходит изменение выходного состояния регистра. Пример заполнения таблицы 3:

D0 C Q0(t) Q1(t) Q2(t) Q3(t) Q4(t) Q5(t) Q6(t) Q7(t)
0 _|-|_ 0 0 0 0 0 0 0 0
0 _|-|_ 0 0 0 0 0 0 0 0
1 _|-|_ 1 0 0 0 0 0 0 0
1 _|-|_ 1 1 0 0 0 0 0 0
0 _|-|_ 0 1 1 0 0 0 0 0
0 _|-|_ 0 0 1 1 0 0 0 0
1 _|-|_ 1 0 0 1 1 0 0 0
1 _|-|_ 1 1 0 0 1 1 0 0

Повторить выполненные действия с реальной микросхемой 1533ИР8. В среде автоматизированного проектирования Quartus II этой микросхеме соответствует примитив 74164.

4. Исследовать работу параллельно-последовательного регистра

Исследование параллельно-последовательного регистра начнем сразу с реальной микросхемы, подобной 555ИР1. Создайте на этой микросхеме 8-разрядный регистр. В среде автоматизированного проектирования Quartus II микросхеме 555ИР1 соответствует примитив 7495. Вместо двух 4-разрядных микросхем 555ИР1 можно применить 8-разрядный регистр 74198 или 74166.

Сконфигурируйте ПЛИС в соответствии с созданной вами схемой. Для индикации переданного кода следует использовать схему, исследованную нами в предыдущем пункте (последовательно-параллельный регистр с подключенными к его выходам восемью светодиодами)

Обратите внимание, что в исследуемой схеме появился дополнительный управляющий вход MODE. Этот вход переключает регистр либо в режим параллельной записи (MODE=1), либо в режим последовательного сдвига. Не забывайте, что при параллельной записи в регистр передаваемого вами кода тоже требуется импульс записи!

Содержание отчета

  1. Цель работы;
  2. Схема исследования регистра-защелки;
  3. Таблица логических уровней на входах и выходах регистра-защелки (по результатам эксперимента);
  4. Временные диаграммы работы параллельного регистра-защелки (Обратите внимание на форму синхроимпульсов);
  5. Схема исследования параллельного регистра;
  6. Таблица логических уровней на входах и выходах параллельного регистра на D—триггерах (по результатам эксперимента);
  7. Временные диаграммы работы параллельного регистра на D—триггерах (Обратите внимание на форму синхроимпульсов);
  8. Схема исследования последовательно-параллельного регистра;
  9. Таблица логических уровней на входах и выходах последовательно-параллельного регистра;
  10. Временные диаграммы работы последовательно-параллельного регистра (Обратите внимание на положение фронтов синхроимпульсов);
  11. Схема исследования параллельно-последовательного регистра;
  12. Таблица логических уровней на входах и выходах параллельно-последовательного регистра;
  13. Временные диаграммы работы параллельно-последовательного регистра (по результатам эксперимента);
  14. Выводы по каждому заданию.

Контрольные вопросы

  1. Назначение регистров?
  2. По каким признакам классифицируются регистры?
  3. Чем определяется разрядность регистров?
  4. Назначение параллельного регистра?
  5. Объяснить принцип работы параллельного регистра.
  6. Объяснить принцип работы последовательного регистра.
  7. Объяснить принцип работы последовательно-параллельного регистра.
  8. Зачем применяются последовательно-параллельные регистры?
  9. Объяснить принцип работы параллельно-последовательного регистра?
  10. Зачем применяются параллельно-последовательные регистры?
  11. Внутреннее устройство универсальных последовательных регистров?

Литература:

  1. Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.
  2. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. СПб, БХВ-Петербург, 2004.
  3. Дж. Ф. Уэкерли Проектирование цифровых устройств. М, Постмаркет, 2002.
  4. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М, Радио и связь, 1987.
  5. Программируемые логические матрицы (Электронный учебник по курсу компьютерная электроника, Харьковский национальный университет радиоэлектроники)

Вместе с лабораторной работой "Исследование работы регистров" выполняют:

Лабораторная работа 1. Работа с Quartus II
http://digteh.ru/digital/lab/1/

Лабораторная работа 2. Синтез логических схем
http://digteh.ru/digital/lab/2/

Лабораторная работа 3. Исследование комбинационных схем
http://digteh.ru/digital/lab/3/

Лабораторная работа 4. Исследование работы триггеров
http://digteh.ru/digital/lab/4/

Лабораторная работа 6. Исследование цифровых счетчиков (делителей частоты)
http://digteh.ru/digital/lab/6/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100