Генератор двоичных слов

Лабораторная работа №10. Построение четырёхразрядного сумматора. Вычитание

Время, отводимое на выполнение практической работы - 2 часа.

Перечень необходимых технических средств обучения:

ü персональные компьютеры Core i3 3.0, 2 Gb, 4 ГБ ОЗУ, 250 Gb HDD;

ü локальная сеть;

ü коммутатор для подключения в сети Internet.

Перечень необходимых программных средств обучения:

ü ОС Windows XP (7);

ü Программа для моделирования Electronic Work Bench 5.12 и выше

1. Цель занятия: Изучение назначения и принцип работы виртуального генератора слова. Знакомство с базовыми функциями виртуального генератора слов. Анализ работы сумматора с помощью виртуального генератора слов.

2. Основные теоретические положения:

Реализация вычитания с помощью сумматора

Вычитание числа В из А выполняется путем суммирования отрицательного числа В в дополнительном коде с числом А. Представление отрицательного двоичного числа можно получить путем инвертирования всех битов числа и добавлением 1. Прибавление этой единицы эффективно реализуется в полном сумматоре путем замены его первого каскада (полусумматора) на полный сумматор, вход переноса которого подключается к напряжению с уровнем логической 1.

Генератор двоичных слов

Генератор (его еще называют кодовым генератором) предназначен для генерации 16 разрядных двоичных слов. Кодовые комбинации необходимо задавать в шестнадцатеричном коде.

Каждая комбинация заносится с помощью клавиатуры, номер редактируемой ячейки фиксируется в окошке EDIT блока AD R ESS. Всего таких ячеек и следовательно, комбинаций – 2048. В процессе работы генератора в отсеке ADRESS индицируется номер текущей ячейки (CURRENT), ячейки инициализации или начала работы (INITIAL) и конечной ячейки (FINAL). Выдаваемые на 16 выходов (В нижней части генератора) кодовые комбинации индицируются в текстовом (ASCII) и двоичном коде (BINARY).

Сформированные слова выдаются на 16 расположенных в нижней части виртуального прибора клемм-индикаторов:

• В пошаговом (при нажатии кнопки STEP), циклическом (при нажатии кнопки CYCLE) или с выбранного слова до конца (при нажатии клавиши BURST) при заданной частоте посылок (установка – нажатиями кнопок в окнах FREQUENCY);

• При внутреннем (при нажатии кнопки INTERNAL) или внешнем запуске (при нажатии кнопки EXTERNAL по готовности данных (клемма DATA READY), рядом расположена клемма для подключения канала синхронизации);

• При запуске по переднему или заднему фронту.

Кнопка BREAK POINT – прерывание работы генератора в указанной ячейке.

При нажатии на кнопку PATTERN выпадает меню:

- Clear buffer – стереть содержимое буфера (содержимое буфера экрана);

- Open – загрузить кодовые комбинации (из файла с расширением.dp);

- Save – записать все набранные на экране комбинации в файл (.dp);

- Up counter - заполнить буфер экрана кодовыми комбинациями, начиная с 0 в нулевой ячейке и далее с прибавлением 1 в каждой последующей ячейке;

- Down counter – заполнить буфер кодовыми комбинациями, начиная с FFFF в нулевой ячейке и далее с уменьшением на 1 в каждой последующей ячейке;

- Shift right – заполнить каждые четыре ячейки комбинациями 1-2-4-8 со смещением их в следующих четырех ячейках вправо;

- Shift left – тоже самое, но со смещением влево.

3. Задание к работе

3.1 Исследование полусумматора.

3.1.1 Постройте схему работы полусумматора (рис.16).

3.1.2 Проанализируйте работу полусумматора, используя генератор слов.

Рисунок 6 Схема работы полусумматора

3.2 Построение схемы полного одноразрядного сумматора. Исследование полного сумматора

3.2.1 Постройте схему функционирования полного одноразрядного сумматора.

3.2.2 Проанализируйте работу одноразрядного сумматора с использованием генератора слов.

Рисунок 7 Генератор слов

3.3 Требуется исследовать четырехразрядный сумматор с помощью виртуального генератора слов

3.3.1 Откройте панель виртуального генератора слова.

3.3.2 Собираем четырехразрядный сумматор, состоящий из одного полусумматора и трех полных сумматоров.

Рисунок 18. Четырёхразрядный сумматор

3.3.3 Из панели Indicators выбираем 4 индикатора и подключаем к выходам сумматора (при сигнале 1 – зажигаются).

3.3.4 Выходы виртуального генератора слов подключаем к входам сумматора; четыре первых разряда соответствуют первому слагаемому, четыре последующих разряда – второму слагаемому.

3.3.5 В лицевой панели генератора вводим шестнадцатиразрядные числа 0, 1, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17.

3.3.6 Запустить генератор слов в режиме Step. Проанализировать работу сумматора.

3.3.7 Постройте пятиразрядный сумматор и проанализируйте с помощью генератора слов. Какие шестнадцатиразрядные числа необходимо ввести для анализа работы сумматора?

3.4 Самостоятельно постройте четырёхразрядный вычитатель

4. Содержание отчёта:

4.1 Схемы полусумматора, полного одноразрядного сумматора.

4.2 Схема четырехразрядного сумматора, построенная с помощью виртуального генератора слов

4.3 Схема четырёхразрядного вычитателя.

5. Контрольные вопросы:

5.1 Объяснить предназначение виртуального генератора слов.

5.2 Перечислить основные функции генератора слов

5.3 Объяснить, почему выбраны шестнадцатиразрядные числа 0, 1, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 для анализа работы сумматора?

5.4 Как обеспечить вычитание двух чисел?

6. Список литературы

Основная литература

1. Ижевский А.С., Калиниченко Б.Б. Методические указания для лабораторных работ «Моделирование и анализ электрических схем на основе логических элементов Electronic Workbench», 2009. - 38с.

Дополнительная литература

1. Келим Ю.М. Вычислительная техника.- М.:Академия,2007. - 384с.

2. Вычислительная техника: метод. пособие /авт.-сост. Б.В. Цыбаков.- М., 2004. - 112с.