Мікропроцесорні пристрої та системи

Рисунок 6 – Мінімізація логічної функції за допомогою діаграми Вейча

Таким чином, мінімальна форма заданої функції має такий вигляд:

Метод карт Карно знаходить широке застосування для мінімізації логічних функцій. Основою мінімізації за допомогою карти Карно є такий крок: два мінтерма, що знаходяться в сусідніх клітинках карти, можуть бути замінені однією кон’юнкцією, яка містить на одну змінну менше. Якщо сусідніми є дві пари мінтермів, то така група з чотирьох мінтермів може бути замінена кон’юнкцією, яка містить на дві змінних менше. В загальному випадку наяв-

Рисунок 7 – Приклади об’єднання клітинок в картах Карно

Виконуючи мінімізацію необхідно пам’ятати, що сусідніми клітинками є не тільки клітинки, які розміщені близько по горизонталі і вертикалі, але й клітинки на протилежних сторонах карти Карно; клітинки можуть об’єднуватися по дві (рисунок 7, а), чотири (рисунок 7, б) і т. ін.; одна і та ж клітинка карти Карно може входити в декілька груп. Картами Карно можна користуватися для мінімізації логічних функцій.

Завдання 1. Спростити логічну функцію, що задана картою Карно. Побудувати схему, що реалізує таку функцію.

Синтезуємо у вигляді системи логічних рівнянь цифру 1 для світлодіодної матриці 5x7 (рисунок 8).

Таблиця 3 – Таблиця істинності знакогенератора

Рисунок 8 – Зображення цифри 1 на світлодіодній матриці.

Запишемо систему логічних рівнянь, який описується п’ятирозрядний код, який знімається з виходу знакогенератора:

Q0 = x2 x1 x0 ;

Q1 = x2 x1 x0 x2 x1x0 x2 x1 x0 x2 x1x0 x2 x1 x0 x2 x1x0 x2 x1 x0 ; Q2 = x2 x1x0 x2 x1 x0 ;

Q3 = x2 x1 x0 ;

Q4 = 0.

Отриману систему можна мінімізувати за допомогою карт Карно, які наведені на рисунку 9. Враховуючи, що комірка пам’яті з адресою 111 не використовується (позначено *), отримаємо мінімізований вираз:

Рисунок 9 – Карти Карно для функцій Q0, Q2, Q3. За результатами мінімізації будується схема знакогенератора

Рисунок 10 – Схема знакогенератора для реалізації цифри 1.

Завдання 3. Синтезувати у вигляді системи логічних рівнянь 2 букви (букву прізвища та імені) для світлодіодної матриці 7x9. Накреслити схему знакогенератора.

Рисунок 11 – Зразок виконання завдання 3 у середовищі Proteus

Завдання 4. Записати структурну формулу, яка реалізує комбінаційна схема, що наведена на рисунку 12. Спростити отриману структурну формулу і побудувати нову схему на елементах І, АБО та НЕ.

Рисунок 12 – Схема до завдання 4

Завдання 5. Синтезувати шифратор на п'ять входів (рисунок 13) а) на елементах АБОНЕ; б) на елементах І-НЕ.

Рисунок 13 – Схема шифратора до завдання 5

Завдання 6. За принциповою електричною схемою (рисунок 14) провести аналіз і встановити функціональну залежність у вигляді формул алгебри логіки і таблиці істинності. За таблицею істинності скласти карти Карно, мінімізувати логічну функцію. Синтезувати комбінаційне пристрій у базисі І-НЕ, АБО-НЕ.

Рисунок 14 – Схема до завдання 6

ДД1, ДД2 – інвертори, знак «–» в таблице 4 означає, що елемент відсутній, знак «+» відповідає наявності інвертора в схемі

Таблиця 4 – Варіанти завдань

Розділ 2. Архітектура та структура МП та МПС

1 Основні поняття та визначення.

2Організація шин.

3Принципи побудови мікропроцесорних систем.

1 Основні поняття і визначення

Мікропроцесор (МП), мікроконтролер (МК), мікрокомп'ютер (МКП) слова схожі, але за змістом різні. Спрощена структурна схема типового мікропроцесора показана на рисунку 1. У його основі – центральний процесорний пристрій (ЦПП), який містить арифметичний обчислювач, логічне ядро і регістри загального призначення. Із зовнішнім світом ЦПП спілкується за допомогою трьох шин: адреси, даних і управління. По цих же шинах в нього поступають коди програми керування, яка зберігається на зовнішньому носії. Початкова установка регістрів ЦПП виконується по сигналу скидання RESET, а синхронізація роботи здійснюється від тактових імпульсів SYN.

Якщо до ЦПП на кристал додати оперативний і постійний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП, ПЗП), таймери, лічильники, аналогоцифрові і цифро-аналогові перетворювачі (АЦП, ЦАП), інтерфейсні вузли і порти введення/виведення, то мікропроцесор перетвориться на МК (рисунок 2). Тактові імпульси виробляє вбудований синхрогенератор, частота якого стабілізується кварцовим резонатором. Для програмування ПЗП використовується окремий вхід PROG або шина з декількох сигналів.

Раніше МК називали однокристальними мікро ЕОМ, віддаючи належне вітчизняним мікросхемам К1816ВЕхх, КР1830ВEхх. Однак ця назва не закріпилася, оскільки зараз переважні позиції на ринку займають МК (microcontroller) закордонного виробництва сімейств AVR, MCS-51, PIC, Scenix, Z8.

Мікроконвертор - це вдалий рекламний винахід фірми Analog Devices. Першим мікроконвертором був ADUC812, випущений в 1998 р. Ключове слово «MicroConverter» є офіційною торгівельною маркою і захищено юридичними правами фірми Analog Devices. Відноситься воно до лінійок мікросхем ADuC7xxx, ADuC8xx, що виконують функцію центрального ядра інтелектуальних систем збору інформації.

«Родзинкою» мікроконверторів є швидкодіючий прецизійний АЦП, доповнений універсальним блоком логічної обробки даних і багато розрядним ЦАП. Якщо врахувати наднизьке споживання струму і малі

1

габарити мікроконверторів, то стає ясно, що спеціалізовані ІМС по праву займають свою нішу на ринку.

Центральне обчислювальне ядро

МП

RESET SYN

Рисунок 1 – Функціональна схема мікропроцесора (МП)

Рисунок 2 – Функціональна схема мікроконтролера (МК)

Проте, структурні схеми в мікроконверторів і МК повністю збігаються. Проте принципова різниця все ж є. Для звичайного МК спочатку вибирається цифрове обчислювальне ядро, а потім до нього додається АЦП і ЦАП. В протилежність цьому, ядром мікроконвертора спочатку служить зв'язка прецизійних АЦП і ЦАП, до яких додається процесор, що управляє.

Цифрові сигнальні процесори (англ. DSP - Digital Signal Processor) теж відносяться до підвиду «мікроконтролерних» (рисунок 3). Їх «коником» є обробка широкосмугових сигналів в режимі реального часу. Це характерно

2