Praktikumsanleitung. "Technische Informatik"

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Otto Keller
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1 Praktikumsanleitung "Technische Informatik" Studiengang: WIW Dr. K. Debes FG Neuroinformatik Kognitive Robotik Dr. K. Henke FG Integrierte Hard- und Softwaresysteme Versuch: Kombinatorische Schaltungen Version 1.4 vom April LATEX+ KD + KombSchaltungen*SS12.tex April TU Ilmenau, Fakultät Informatik und Automatisierung Institut für Technische Informatik

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Module Grundmodule Zusatzmodule Aufgaben Kombinatorische Schaltungen I Kombinatorische Schaltungen II Maximum-Erkennung Pseudotetraden-Erkennung Empfohlene Literatur 4 1 Einleitung Das Praktikum Schaltsysteme dient dazu, die in der Lehrveranstaltung Technische Informatik (Kap. 2 und 3) vermittelten Prinzipien kombinatorischer Strukturen zu vertiefen und praktisch zu veranschaulichen. Der Praktikumsaufbau besteht aus einem Grundgerät und einem umfangreichen Modulsortiment. Das Grundgerät besteht aus Netzteil und Grundplatte. Es liefert alle Versorgungsspannungen und bietet mechanische Befestigungsmöglichkeiten für alle Module, die eine Vielzahl logischer Schaltungen enthalten. 2 Module 2.1 Grundmodule Die Grundmodule realisieren elementare Funktionen wie z.b. AND, NOR usw. Alle Module werden intern durch programmierbare Logik realisiert. Der logische Zustand aller Modulausgänge wird von LED s angezeigt. Dadurch ist eine Kontrolle des Verhaltens der realisierten Schaltung gegeben. Jeder Signaleingang oder -ausgang ist auf Buchsen geführt, damit Verzweigungen möglich sind. Alle Signaleingänge werden über interne Pull-Up-Widerstände auf +5V geschaltet. Diese Maßnahme verhindert, daß offene Eingänge durch Störungen beeinflußbar sind. Folgende Modulvarianten sind für das Praktikum in ausreichender Stückzahl verfügbar: 4 AND/NAND-Gatter 1 pro Modul mit je 2 Eingängen 2 AND/NAND-Gatter pro Modul mit je 4 Eingängen 1 Sämtliche Gatterausgänge stehen auch negiert zur Verfügung. Dazu ist an jeden Ausgang innerhalb des Moduls zusätzlich ein Negator geschaltet. 1

3 4 OR/NOR-Gatter pro Modul mit je 2 Eingängen 2 OR/NOR-Gatter pro Modul mit je 4 Eingängen 2.2 Zusatzmodule Schaltermodul (je 4 entprellte Schalter) Verteilermodul (Es ist durch dieses Modul möglich, Signale zu verteilen, die mehrfach für logische Verknüpfungen benötigt werden.) 3 Aufgaben In Vorbereitung auf das Praktikum ist ein Protokoll unter Berücksichtigung folgender Gesichtspunkte vorzubereiten: 1. Aufgabenstellung 2. Lösungsansatz 3. Ermittlung der Funktion der Schaltung 4. Synthese der Schaltungsstruktur 5. Aufbau der Schaltung aus den entsprechenden Modulen 6. Versuchsauswertung (wird während des Praktikums ins Protokoll übertragen) 3.1 Kombinatorische Schaltungen I Gegeben ist folgende Schaltung: x 3 x 2 x 1 x 0 > =1 y 1. die logische Gleichung füry 2

4 2. die logische Gleichung für die minimierte Funktiony min 3. die schaltungstechnische Realisierung füry 4. die schaltungstechnische Realisierung füry min unter Verwendung von NAND-Gattern 5. der Nachweis der Werteverlaufsgleichheit anhand der aufgebauten Schaltungen 3.2 Kombinatorische Schaltungen II Gegeben ist folgende Schaltung: x 3 x 2 x 1 x y 1. die logische Gleichung füry 2. die logische Gleichung für die minimierte Funktiony min 3. die schaltungstechnische Realisierung füry 4. die schaltungstechnische Realisierung füry min unter Verwendung von NOR-Gattern 5. der Nachweis der Werteverlaufsgleichheit anhand der aufgebauten Schaltungen 3.3 Maximum-Erkennung Zwei Binärzahlen, gegeben als Eingangsvektoren a = [a 1,a 0 ] und b = [b 1,b 0 ], sollen miteinander verglichen werden. Die größere der beiden Zahlen soll an den Ausgängen p 1 und p 0 mit dem Ausgangsvektorp = [p 1,p 0 ] ausgegeben werden. Entwerfen Sie für dieses Problem eine kombinatorische Schaltung. 3

5 a 1 (2 1 ) a 0 (2 0 ) b 1 (2 1 ) Maximum-Erkennung p 1 p 0 b 0 (2 0 ) 1. die Wertetabelle 2. die logischen Gleichungen fürp 1 und p 0 3. die schaltungstechnische Realisierung vonp 3.4 Pseudotetraden-Erkennung Zwei Ziffern im direkten BCD-Code wurden addiert. Das Ergebnis liege als Belegung des binären Summenvektors x = [x 3,x 2,x 1,x 0 ] vor, der Übertrag bleibe unberücksichtigt. Das Ergebnis soll gemäß der Korrekturvorschrift für Pseudotetraden korrigiert werden. Entwerfen Sie für dieses Problem eine kombinatorische Schaltung, die ermittelt, ob eine Pseudotetrade vorliegt. x 3 (2 3 ) x 2 (2 2 ) x 1 (2 1 ) x 0 (2 0 ) Pseudotetraden-Erkennung k 1. die Wertetabelle 2. die logische Gleichungen fürk 3. die schaltungstechnische Realisierung vonk 4 Empfohlene Literatur K. Beuth: Digitaltechnik. Vogel Buchverlag Würzburg, 1993 UB Lehrbuchsammlung 79 ELT ZN 5600 B 569 E. Leonhardt: Grundlagen der Digitaltechnik. Vogel Buchverlag Würzburg, 1993 UB Lehrbuchsammlung 79 ELT ZN 5600 L 584 K. Debes; H.-D. Wuttke; K. Henke: Arbeitsblätter zum Seminar Technische Informatik TU Ilmenau, Fakultät IA, TU Ilmenau

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