Aufgaben zum Elektronik - Grundlagenpraktikum
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- Christel Kästner
- vor 6 Jahren
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1 UNIVERSITÄT LEIPZIG Institut für Informatik Wintersemester 1999/2000 Abt. Technische Informatik Dr. Hans-Joachim Lieske Aufgaben zum Elektronik - Grundlagenpraktikum 4. Praktikumskomplex - Teil 1 Nutzung des Elektronik - Simulationsprogramms Multisim von Electronics Workbench Schaltungen mit digitalen Grundgattern Bauen Sie die aus dem Praktikumskomplex bekannten Schaltungen mir Multisim auf und testen Sie diese mit verschiedenen Eingangspegeln. Nutzen Sie die Anzeigebauelemente zur Kontrolle. Protokoll: Für den Teil 1 genügt die Angabe des Versuches und der Bauelemente für die Eingabe und Anzeige. Für den Teil 2 kommt eine kurze Beschreibungsweise der Schaltng dazu (mindestens 1/2 Seite). Einstellungen: +5 V high - Pegel "1" ( logisch 1) 0 V low - Pegel "0" ( logisch 0) Symbole: E i = Eingänge, A j = Ausgänge, G k = Gatter, S l = Steuereingänge Schaltkreise im Multisim: 74 aus TTL Schalter für Takt und Eingabe der Pegel: aus Basic Position 1,8 von oben (SPDT) high-spannung: 5V Spannungsquelle aus Sources Position 2,2 von oben low -Spannung: Masse aus Sources Position 1,1 von oben Anzeigebauelemente: Leuchtdiode aus Indicator Position 1,2 von oben, Siebensegmentanzeige aus Indicator Position 1,3 von oben(dcd_hex) Nach Absolvierung der Pflichtversuche können auch andere Bauelemente verwendet werrden. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 1
2 Aufgabe Aufbau eines XOR - Gatters aus den Grundbausteinen Aufgabe Aufbau eines XOR - Gatters ausschließlich aus NAND - Bausteinen Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (E=E 1 E 0 mit E=0 D...3 D =0 H...3 H =00 B...11 B ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Aufgabe Aufbau eines XOR - Gatters aus AND, OR und NOT - Bausteinen Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (E=E 1 E 0 mit E=0 D...3 D ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 2
3 Aufgabe Aufbau eines 4:1 Multiplexers aus den Grundbausteinen Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (S=S 1,S 0 mit S=0 D...3 D sowie für E=E 3 E 2 E 1 E 0 mit E=6 D und E=10 D ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Aufgabe Aufbau eines 2:4 Dekoders aus den Grundbausteinen Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (E=E 1 E 0 mit E=0 D...3 D ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 3
4 Aufgabe Aufbau eines 1-Bit Volladders aus den Grundbausteinen Aufgabe Aufbau eines 1-Bit Volladders aus den Grundbausteinen (ohne Verwendung der XOR - Bausteine) Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (E=E 2 E 1 E 0 mit E=0 D...7 D ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte an A' und A. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Aufgabe Aufbau eines 1-Bit Volladders aus den Grundbausteinen unter Verwendung von zwei XOR - Bausteinen Abb Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller möglichen Eingangswerte (E=E 2 E 1 E 0 mit E=0 D...7 D ) und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Benutzen Sie zur Anzeige der Pegel der Ein- und Ausgänge die externen Leuchtdioden und die Siebensegmentanzeige. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 4
5 3. Stellen Sie die Ergebnisse in einer Logiktabelle für die Eingangs- und Ausgangswerte dar und erstellen Sie die Gleichung der logischen Verknüpfung für jeden Ausgang. 4. Erklären Sie die Funktionsweise der Schaltung und der relevanten Gatter. Welche Funktionen erfüllen die Ausgänge A' 0,A' 1,A 0,A Protokollieren Sie die Ergebnisse. Einstellungen: +5 V high - Pegel "1" ( logisch 1) 0 V low - Pegel "0" ( logisch 0) Symbole: E i = Eingänge, A j = Ausgänge, G k = Gatter, S l = Steuereingänge E 0 entspricht dem Übertag von der vorherigen Stelle. E 1 und E 2 sind die zu addierenden Bits. A 0 ist die Summe und A 1 ist der Übertrag am Ausgang. A' 0 ist die Summe und A' 1 ist der Übertrag am Ausgang des niederwertigeren Halbadders. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 5
6 4. Praktikumskomplex - Teil 1.2 Nutzung des Elektronik - Simulationsprogramms Multisim von Electronics Workbench Schaltungen mit digitalen Speicherschaltkreisen Bauen Sie die folgende Schaltungen mir Multisim auf und testen Sie diese mit verschiedenen Eingangspegeln. Nutzen Sie die Anzeigebauelemente zur Kontrolle. Einstellungen: +5 V high - Pegel "1" ( logisch 1) 0 V low - Pegel "0" ( logisch 0) Symbole: E i = Eingänge, A j = Ausgänge, G k = Gatter, S l = Steuereingänge Schaltkreise im Multisim: 74 aus TTL Schalter: aus Basic Position 1,8 von oben (SPDT) high-spannung: 5V Spannungsquelle aus Sources Position 2,2 von oben low -Spannung: Masse aus Sources Position 1,1 von oben Anzeigebauelemente:Leuchtdiode aus Indicator Position 1,2 von oben, Siebensegmentanzeige aus Indicator Position 1,3 von oben(dcd_hex) Aufgabe Zählschaltungen mit digitalen Schaltkreisen Aufgabe Aufbau eines Synchronzählers mit JK-Flipflops für den Zählbereich Abb. 7 Benutzen Sie zur Kontrolle der Pegel die Eingänge der Leuchtdioden, die Siebensegmentanzeige und den 4-Bit ABCD zu Siebensegmentdekoder. Benutzen Sie zur Ansteuerung des Takteinganges unbedingt einen entprellten Schalter! 2. Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller sinnvollen Eingangswerte und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Kontrollieren Sie den Vorgang des Bitlöschens (clear). Überprüfen Sie die Arbeitsweise über mindestens zwei Zyklen. 3. Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise der Schaltung. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 6
7 Aufgabe Aufbau eines Asynchonzählers mit JK-Flipflops für den Zählbereich Abb. 8 Benutzen Sie zur Kontrolle der Pegel die Eingänge der Leuchtdioden, die Siebensegmentanzeige und den 4-Bit ABCD zu Siebensegmentdekoder. Benutzen Sie zur Ansteuerung des Takteinganges unbedingt einen entprellten Schalter! 2. Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller sinnvollen Eingangswerte und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Kontrollieren Sie den Vorgang des Bitlöschens (clear). Überprüfen Sie die Arbeitsweise über mindestens zwei Zyklen. 3. Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise der Schaltung. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 7
8 Aufgabe Vereinfachte Ein- und Ausgabesteuerung für den Toy - Rechner Aufgabe Erzeugung des enter-signals für den Toy - Rechner Die nachfolgende Schaltung stellt eine stark vereinfachte Simulation des in der Vorlesung ausführlich behandelten Toy - Rechners dar. Die Schaltung bewirkt die Erzeugung des enter-signals für den Rechner. Dieses Signal ist lowaktiv! Der Schalter S 1 simuliert die interne Umschaltung zwischen der Instruction-Phase und der Execution-Phase im Rechner. Liegt am Punkt i/ high-signal an, so ist die Instruction-Phase aktiv, bei low-signal dagegen die Execution-Phase. Diese Umschaltung zwischen low und high ändert sich dauernd mit der Taktfrequenz. Wird die Enter-Taste S 2 während der Instruction-Phase gedrückt, so findet eine Speicherung der Tastaturinformation im Flip- Flop G 1 statt. In der Execution-Phase wird die enter-information vom Flip-Flop G 2 übernommen und auf den lowaktiven Ausgang übergeben. Gleichzeitig wird über den Ausgang Q 2 des Flip-Flops G 2 das Flip-Flop G 1 über R 1 zurückgesetzt. Die RS-Flipflops sind mittels NOR-Gattern aufzubauen, da hier bei (RS)=(00) der Speicherzustand auftritt. Die Prinzipschaltung zeigt Abb. 9. Abb. 9 Abb. 10 Benutzen Sie zur Kontrolle der Pegel die Eingänge der Leuchtdioden. Benutzen Sie für die Enter-Taste unbedingt einen Druckschalter, der beim Drücken high-pegel hat! 2. Überprüfen Sie die Funktionsweise beim Drücken der Entertaste während der Instruction-Phase durch folgende Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 8
9 Eingaben: 1. Eingang i/ auf i/ =1 (high-potential) bringen. Nur die Dioden am Punkt i/ und Punkt enter dürfen leuchten (eventuell nochmals hin und zurück schalten!). 2. Enter-Taste drücken (Punkt 1 kurzzeitig auf den Wert "1" bringen. 3. Eingang i/ auf i/ =0 (low-potential) bringen. 4. Eingang i/ auf i/ =1 (high-potential) bringen. 5. Eingang i/ auf i/ =0 (low-potential) bringen. 6. Eingang i/ auf i/ =1 (high-potential) bringen. Kontrollieren Sie die Ausgangswerte. 3. Überprüfen Sie die Funktionsweise beim Drücken der Entertaste während der Execution-Phase durch folgende Eingaben: 1. Eingang i/ auf i/ =0 (low-potential) bringen. Nur Diode an Punkt enter darf leuchten (eventuell nochmals hin und zurück schalten!). 2. Enter-Taste drücken (Punkt 1 kurzzeitig auf den Wert "1" bringen. 3. Eingang i/ auf i/ =1 (high-potential) bringen. 4. Eingang i/ auf i/ =0 (low-potential) bringen. 5. Eingang i/ auf i/ =1 (high-potential) bringen. 6. Eingang i/ auf i/ =0 (low-potential) bringen. Kontrollieren Sie die Ausgangswerte. 4. Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise der Schaltung. Aufgabe Vereinfachte Ausgabesteuerung des Akkumulatorinhaltes des Toy - Rechners Die nachfolgende Schaltung stellt eine stark vereinfachte Simulation des in der Vorlesung ausführlich behandelten Toy - Rechners dar. Mit Hilfe der Schalter S 1 - S 4 wird der Inhalt des Datenbusses simuliert. Die Leuchtdioden LD 1 - LD 4 zeigen den Inhalt des Ausgabepuffers, und die Siebensegmentanzeige die Ausgangswerte nach der Datenfreigabe an. Durch den Druckschalter S 5 wird beim Übergang von low auf high der Inhalt des Datenbusses in den Ausgabepuffer übernommen. Wird durch den Schalter S 6 der Pegel von low auf high gebracht, so wird, solange der high - Pegel anhält, die Information für den Ausgang freigegeben. In diesem Fall wird das Steuersignal vom Mikroprozessor geliefert. Abb. 11 Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 9
10 Benutzen Sie zur Kontrolle der Pegel die Eingänge der Leuchtdioden, die Siebensegmentanzeige und den 4-Bit ABCD zu Siebensegmentdekoder. Benutzen Sie zur Ansteuerung des Takteinganges unbedingt einen entprellten Schalter! 2. Überprüfen Sie die Funktionsweise durch Eingabe aller sinnvollen Eingangswerte und kontrollieren Sie die Ausgangswerte. Geben Sie dabei die Werte (D 3 D 2 D 1 D 0 )=1001B=9H=9 und (D 3 D 2 D 1 D 0 )=1011B=BH=11 ein. 3. Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise der Schaltung. Version 2 Elektronikpraktikum Aufgaben - 4. Themenkomplex -Datei: EP04aw00.wpd - 7. Dezember Seite 10
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