МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ДЛЯ КУРСАНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ЗАОЧНОЙ ФОРМЕ

Омский летно­технический колледж гражданской авиации имени А.В. Ляпидевского  ­ филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего «Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. Бугаева» образования  (ОЛТК ГА – филиал ФГБОУ ВО УИ ГА ) МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ  И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ  РАБОТ  ДЛЯ КУРСАНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ЗАОЧНОЙ ФОРМЕ  по  дисциплине «Вычислительная техника» Специальность  11.02.06 Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного  оборудования (по видам транспорта) Разработал: Пищагина Е.С. Рассмотрено на заседании ЦМК ЕНД от «_____»__________20__г. Протокол №_________ Омск – 2019 18 АННОТАЦИЯ Методические   рекомендации   по   выполнению   лабораторных   работ   по   дисциплине «Вычислительная   техника»,   для   курсантов   заочного   отделения,   составлены   в   соответствии   с требованиями   Федерального   государственного   образовательного   стандарта   специальности   и   на основании     программы   учебной   дисциплины   ОП.09,   Вычислительная   техника   (рассмотрена   и утверждена на заседании ЦМК ЕНД  «____» ___________20____г., протокол № ___) Методические   рекомендации   по   выполнению   контрольных   работ   предназначены   для курсантов   1   курса   по   специальности:   11.02.06   Техническая   эксплуатация   транспортного радиоэлектронного оборудования (по видам транспорта).  Задания лабораторных  работ соответствует основным разделам программы, их выполнение обеспечивает более глубокое изучение материала, направлено на закрепление и систематизацию знаний, умений и формирование общих компетенций. Виды заданий включают работу с понятийным аппаратом,   вопросами   по   теме,   решение   примеров   и   задач,   выполнение   расчетно­графической работы.  Рецензент: ____________,  председатель ЦМК ЕНД ОЛТК ГА филиала ФГБОУ ВО УИ ГА 18 Лабораторная работа №1. «Работа в Electronics Workbench. Основы имитации цифровых  устройств. Элементарные логические функции. Логический синтез вычислительных схем». 1. Цель работы:  1. Познакомиться с работой в программе  Electronics  Workbench, а также с элементами, требуемыми для работы с логическими и цифровыми схемами. 2. Изучить элементарные логические операции. 3. Изучить законы алгебры логики. 4. Научиться синтезировать вычислительные схемы устройств. 5. Изучить и проверить основные тождества алгебры логики. 2. Общие сведения. Electronics  Workbench  представляет   собой   программное   обеспечение   для   имитации процессов, происходящих в электронных схемах.  Electronics  Workbench  позволяет имитировать работу как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Основное окно программы включает в себя главное меню, панели с наборами элементов схем и окно для сборки электронной схемы. В правом верхнем углу находится выключатель для запуска процесса имитации. На рис. 1. представлены основные приборы (панель Instruments), используемые при работе со схемами   цифровых   устройств.   Это  Word  Generator  (Генератор   слов)   и  Logic  Analyzer (Логический анализатор). Word Generator (Генератор Logic Analyzer (Логический Рис. 1. Инструменты «Electronics Workbench». Выходы (1­16) 16 1 а) условное обозначение на схеме; 18 б) Основное окно Рис. 2. Генератор слов. Настройка генератора слов. Левая часть основного окна генератора слов (поле со полосой прокрутки)   представляет   собой   набор   из   четырехзначных   шестнадцатеричных   чисел.   Диапазон значений   этих   чисел   от   0000   до  FFFF  (от   0   до   65535   в   десятичной   системе   счисления), максимальное   количество  чисел  в  наборе   999.  При   активизации  генератора   шестнадцатеричное число побитно передаётся на соответствующие выходы. Для   изменения   последовательности   битов   подаваемых   на   выходы   генератора   можно использовать несколько вариантов:    набрать шестнадцатизначный двоичный код числа в строке «Binary» (это автоматически изменит шестнадцатеричный код, отображаемый в строках левой части генератора); изменить шестнадцатеричный код, отображаемый в строках левой части генератора; в строке «ASCII» записать соответствующий ASCII символ. Управление выходом генератора. Для того чтобы обеспечить повторение подаваемых на выход   генератора   слов   необходимо   «зациклить»   генератор,   включив   опцию   «Cycle»   в   поле «Address». Включение опции «Step» обеспечить пошаговую подачу слов на выход генератора при каждом нажатии на кнопку «Step». Адресация в генераторе слов. Каждое слово в окне генератора имеет свой уникальный адрес, соответствующий шестнадцатеричному  номеру из  диапазона 000 до 3E7. При вводе или редактировании какой­либо строки в поле «Address» отображается её характеристики, а именно: «Edit» ­ адрес слова, на котором стоит указатель; «Current» ­ адрес редактируемого в данный момент слова; «Initial» ­ адрес, которого начинается подача слов на выход генератора при его запуске; «Final» ­ адрес, которым заканчивается подача слов на выход генератора при его запуске. Частота следования слов для генератора. Частота следования слов изменяется с помощью поля «Frequency». Каждое последующее слово в режиме «Cycle» подается на выход генератора по истечении одного периода следования. Оставшиеся   элементы   управления   и   функции   генератора   в   работах   не   используются, поэтому студентам предлагается самостоятельное их изучение. Логический анализатор, представленный на рис. 3, используется для отображения уровней логических сигналов и их изменения во времени. 18 а) условное обозначение на схеме; б) основное окно. Рис. 3. Логический анализатор. Red Probe (логический Seven­Segment Display (Семисегментный индикатор) Decoded  Seven­ Segment Display (Семисегментный индикатор с Рис. 4. Индикаторы «Electronics Workbench». На рис. 4. показаны основные индикаторы, используемые при построении цифровых схем. К ним относятся: ­ Red Probe (RP ­ Логический пробник) ­ Seven­Segment Display (SSD ­ Семисегментный индикатор) ­ Decoded Seven­Segment Display (DSSD ­ Семисегментный индикатор с дешифратором)   а) RP; б) SSD; в) DSSD. Рис. 5. Условные обозначения индикаторов на схеме. 18 Логический   пробник,   показанный   на   рис.   5   (а),   представляет   собой  LED  индикатор, который загорается при подаче на его вход логической «1». Пробник может быть использован для индикации «высокого» и «низкого» уровня сигналов в цифровых схемах, а также для графического отображения работы различных счетчиков. Семисегментный   индикатор,   показанный   на   рис.   5   (б),   отображает   состояние   своих входов, т.е. при подаче на один из входов логической «1» загорается соответствующий сегмент.  Семисегментный   индикатор   с   дешифратором,   показанный   на   рис.   5   (в),   проще   в использовании по сравнению с семисегментным индикатором, так как каждое шестнадцатеричное число (от 0 до 9 и от A до F) отображается, когда на входы поступает его двоичный код. 3. Задания для выполнения лабораторной работы. 3.1. Собирать схему (рис.6), содержащую цифровой генератор, семисегментный индикатор с дешифратором   и   четыре   логических   пробника.   Запрограммировать   генератор   двоичными значениями   шестнадцатеричных   цифр.   В   процессе   работы   схема   должна   отображать   все шестнадцатеричные цифры.  Рис. 6. Пример схемы с цифровым генератором. 3.2.   Собрать   схему,   аналогичную   предыдущей,   с   контролем   выходов   генератора   слов   с помощью логического анализатора. 3.3. Используя несколько логических пробников, собрать схему «бегущие огни». Варианты исполнения: бегущий огонь влево/вправо, инвертированный бегущий огонь влево/вправо. 3.4.   Синтезировать   логическую   блок­схему   устройства,   в   соответствии   с   таблицей истинности. Произвести при необходимости минимизацию функции. Варианты заданий для работы приведены в таблице 6. 3.5. Путем схемной реализации проверить выполнение всех  логических тождеств. Функция Название функции 1 F1= x1 /\  x2 F2= x1 \/ x2 F3= x1 → x2 18 2 Конъюнкция – логическое умножение (И) Дизъюнкция – логическое сложение Импликация х1 в х2 Таблица 1. Варианты заданий. Х1 Х2 0 0 3 0 0 1 0 1 4 0 1 1 1 0 5 0 1 0 1 1 6 1 1 1 F4= х1 ← х2 F5=x1 (cid:222)   x2 F6=x1  x2 F7=x1 ~ x2 F8=x1 x2 F9=x1/x2 F10=x1 ↓ x2 F11=x1 F12=x2 F13=1 F14=0 F15=x1^ F16=x2^ Импликация х2 в х1 Запрет х2 Запрет х1 Эквивалентность Сложение по модулю 2 И­НЕ – Штрих Шеффера ИЛИ­НЕ – Стрелка Пирса Повторение х1 Повторение х2 Константа 1 Константа 0 Инверсия х1­ НЕ х1 Инверсия х2­ НЕ х2 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 4. Контрольные вопросы. 1. Назначение и основы работы с генератором слов. 2. Назначение и основы работы с логическим анализатором. 3. Назначение и использование индикаторов в цифровых схемах. 4. Сформулируйте основные законы алгебры логики. 5. Приведите пример разложения функции конституэнты 1. 6. Приведите пример разложения функции конституэнты 0. 7. Сформулируйте последовательность действий необходимых для синтеза логической схемы  устройства. 18 Лабораторная работа №2. Исследование логических схем И и ИЛИ   1.         Цель работы:  Изучение принципа действия логических схем И и ИЛИ на диодах и экспериментальное  подтверждение их таблиц истинности. 2. Вопросы для самоподготовки 1. Что такое и для чего служат логические сообщения? 2. Для чего предназначены логические операции? 3. Что такое инверсия? Как записывается эта операция? Нарисуйте условное графическое  обозначение соответствующего логического элемента. Нарисуйте схему логического элемента на  транзисторах. 4. Что такое дизъюнкция? Как записывается эта операция? Нарисуйте условное графическое  обозначение соответствующего логического элемента. Нарисуйте схему логического элемента на  транзисторах. 5. Что такое конъюнкция? Как записывается эта операция? Нарисуйте условное графическое  обозначение соответствующего логического элемента. Нарисуйте схему логического элемента на  транзисторах. 6. Нарисуйте условное графическое обозначение и таблицу истинности логического элемента И­ НЕ. 7. Нарисуйте условное графическое обозначение и таблицу истинности логического элемента ИЛИ­ НЕ. 8. Что такое ТТЛ­логика? Нарисуйте схему логического элемента И–НЕ ТТЛ­логики. Поясните  принцип работы схемы. 9. Что такое МДП­логика? Нарисуйте схему логического элемента ИЛИ–НЕ МДП­логики.  Поясните принцип работы схемы. 10. Назовите основные параметры логических интегральных микросхем. 3. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему логического элемента И, изображенную на рисунке 1.   18 Рисунок 1 – Схема для исследования логического элемента И 2. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой. Таблица 1 – Таблица истинности логического элемента И   3. Включить схему. 4. С помощью ключей (управляются клавишами [Q], [W], [E]) подать на вход схемы различные  комбинации переменных А, В и С. Значения функции F занести в таблицу 7. 5. Собрать схему логического элемента ИЛИ, изображенную на рисунке 2. Рисунок 2 – Схема для исследования логического элемента ИЛИ Таблица 2 – Таблица истинности логического элемента ИЛИ 18 6. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой. 7. Включить схему. 8. С помощью ключей (управляются клавишами [Q], [W], [E]) подать на вход схемы различные  комбинации переменных А, В и С. Значения функции F занести в таблицу 8. 9. Сделать вывод. 18 Лабораторная работа №3 Исследование полусумматора и сумматора   1.         Цель работы:  Построение схем и изучение принципа действия комбинационных логических схем на примере  полусумматора и сумматора. Экспериментальное подтверждение таблицы истинности  полусумматора. 2. Вопросы для самоподготовки 1. Для чего предназначены комбинационные логические схемы? 2. Приведите примеры комбинационных логических схем. 3. Что такое система счисления? Приведите примеры позиционной и непозиционной систем  счисления. Расскажите о двоичной системе счисления. 4. Что такое полусумматор? 5. Нарисуйте условное графическое обозначение и поясните назначение выводов полусумматора. 6. Нарисуйте схему полусумматора на логических элементах и поясните принцип ее работы. 7. Составьте таблицу истинности полусумматора. 8. Что такое сумматор? 9. Нарисуйте условное графическое обозначение и поясните назначение выводов сумматора. 10. Нарисуйте схему полусумматора и поясните принцип ее работы. 3. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему, изображенную на рисунке 1.   Рисунок 1 – Схема для исследования полусумматора 2. Установить значения параметров элементов в соответствии со схемой. 3. Включить схему. 4. С помощью ключей (управляются клавишами [R] и [E]) подать на вход схемы различные  комбинации одноразрядных двоичных чисел А и В. Значения выходов S и P занести в таблицу 1. 18 Таблица 1 – Таблица истинности полусумматора   5. Собрать схему, изображенную на рисунке 2.   Рисунок 2 – Сумматор для сложения трехразрядных двоичных чисел  6. Преобразовать в двоичную систему числа А (5) и В (7). Записать их поразрядно в таблицу 10  (сейчас в таблицу записаны числа 2 и 4; результат – число 6) Таблица 2 – Результаты работы сумматора   7. Повторить исследование с двумя другими цифрами. Занести результаты в таблицу. 8. Сделать вывод. 18 Лабораторная работа №4. Исследование RS­триггера   1.         Цель работы:  Построение схемы и изучение принципа работы RS­триггера. 2.Вопросы для самоподготовки 1. Что такое триггер? Какие типы триггеров вам известны? 2. Нарисуйте схему RS­триггера на транзисторах, поясните принцип ее работы. 3. Нарисуйте схему асинхронного RS­триггера на логических элементах. Поясните принцип его  работы. 4. Нарисуйте таблицу состояний асинхронного RS­триггера. 5. Нарисуйте схему синхронного RS­триггера на логических элементах. Поясните принцип его  работы. 6. Нарисуйте схему D­триггера на логических элементах. Поясните принцип его работы. 7. Расскажите о JK­триггерах и Т­триггерах. 8. Нарисуйте схему преобразования JK­триггера в Т­триггер. 9. Расскажите об области применения триггеров. 3. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему, изображенную на рисунке 1. 2. С помощью ключей (управляются клавишами [W] и [Q]) подать на вход схемы комбинации  значений R и S. Значения выходов занести в таблицу 11.   Рисунок 1 – Схема для исследования асинхронного RS­триггера Таблица 1 – Таблица истинности синхронного RS­триггера     18 Рисунок 2 – Схема для исследования синхронного RS­триггера  3. Собрать схему, изображенную на рисунке 2. 4. Проанализировать работу триггера в зависимости от наличия логической единицы на тактовом  входе С. 5. Сделать вывод. 18 Лабораторная работа №5. Исследование последовательного и параллельного регистров   1.         Цель работы:  Построение схем и изучение принципа работы последовательного и параллельного регистров на D­ триггерах 2. Вопросы для самоподготовки 1. Что такое регистры? Каково их назначение? 2. Расскажите об устройстве регистров. 3. Как подразделяются регистры по способу ввода и вывода информации. 4. Как подразделяются регистры по характеру представления информации. 5. Какие триггеры используются для построения регистров. 6. Нарисуйте схему и опишите принцип работы последовательного регистра. 7. Какие функции может выполнять последовательный регистр? 8. Нарисуйте схему и опишите принцип работы параллельного регистра. 9. Нарисуйте схему и опишите принцип работы параллельно­последовательного регистра. 10. Расскажите о реверсивных регистрах. 3. Порядок выполнения работы 1. Собрать схему последовательного регистра на D­триггерах, изображенную на рисунке 1.   Рисунок 1 – Схема для исследования последовательного регистра 2. Включить схему. 3. При подаче на вход Х логических единиц и нулей кратковременно нажимать клавишу [С] для  имитации тактового импульса. Наблюдать, как происходит запись данных в последовательный  регистр 4. Собрать схему параллельного регистра (рисунок 2). 18 Рисунок 2 – Схема для исследования параллельного регистра 5. Подать на входы X, Y и Z трехзначное двоичное число. 6. Кратковременным нажатием клавиши [С] имитировать тактовый импульс. 7. Наблюдать запись числа в параллельный регистр. 8. Сделать вывод. 18 Рекомендации по подготовке отчетов. 1. При подготовке отчета программа EWB позволяет распечатать исследуемые схемы,  описания к ним, показания приборов и полученные характеристики. Для этого в меню File  следует выбрать пункт Print… и в диалоговом окне отметить компоненты, выводимые на  печать (Рисунок 1), и необходимое увеличение. После чего нажать кнопку Print. Рисунок 1 – Выбор компонентов для вывода на печать 2.   2. При отсутствии принтера отчет можно подготовить в Microsoft Word, используя пункт Copy as  Bitmap (меню Edit) для получения необходимых изображений. После выбора данного пункта  курсор приобретает форму крестика, с помощью которого при нажатой левой кнопке мыши  выделяется область экрана, необходимая для отчета. После отпускания кнопки мыши выделенный  фрагмент передается в буфер обмена и может быть вставлен в документ Microsoft Word по команде контекстного меню Вставить. 3. Использование бесплатной программы Cute PDF Writer позволяет выполнять печать прямо из  EWB в PDF­файл. Для этого после установки программы следует выбрать принтером по  умолчанию Cute PDF Writer либо выбрать принтер в настройках печати (рисунок 2). В этом случае  текстовую часть отчета можно написать в программе EWB. Для этого в панели инструментов  Miscellaneous выбирается компонент Textbox. Для отображения кириллических символов может  потребоваться выбор другого шрифта.   18 Рисунок 2 – Выбор принтера для печати в PDF­файл 18 Список литературы Основные источники:  1 Келим Ю.М. Вычислительная  техника: Учеб. пособие для студентов учреждений сред. проф. образования / Ю.М. Келим. – М.: Издательский центр «Академия» 2009, ­ 368 с.; Кузин   А.В.,   Жаворонков   М.А.   Микропроцессорная   техника:   Учебник   для   сред.   проф. образования / А.В. Кузин, М.А.. Жаворонков– М.: Издательский центр «Академия» 2004, ­ 304 с.; Стрыгин В.В., Щарев Л.С. Основы  вычислительной  техники и программирования: Учеб.  пособие для средн. спец учебных заведений/ В.В.Стрыгин, Л.С.Щарев. – М.: Высшая школа 1983, ­ 359 с.;. Бабаев В.Г., Глушнев В.Г., Зыков В.П. Схемотехника импульсных и цифровых устройств: Учеб. пособие / В.Г.Бабаев, В.Г.Глушнев, В.П.Зыков. – М.: Воздушный транспорт 1994, ­ 344 с.; Калабеков   Б.А.   Цифровые   устройства   и   микропроцессорные   системы:   Учебник   для техникумов / Б.А. Калабеков– М.: Радио и связь 1997, ­ 336 с.; Нешумова   К.А.   Электронные   вычислительные   машины   и   системы:   Учебник   для техникумов / К.А. Нешумова – М.: Высшая школа 1989, ­ 366 с. 2 3 4 5 6 Дополнительные источники: 1 Корнеев В. В., Киселев А. В. Современные микропроцессоры / В.В.Корнеев, А.В. Киселев ­ Издательство: БХВ­Петербург  2008г.­ 448 с. 2 Мальцева   А.А.,     Фромберг   Э.М.,     Ямпольский     В.С.     Основы     цифровой   техники   / А.А.Мальцева,  Э.М. Фромберг,  В.С. Ямпольский ­М.: Радио и связь, 1986, 128с. http://nsportal.ru/elena­pishchagina. Сайт преподавателя Пищагиной Е.С. http://multiurok.ru/mathematics63/lenta. Открытый портал «Мультиурок» 3 4 18