Schaltwerke

Universität Koblenz – Landau
Name:
.....................
Institut für Physik
Vorname:
.....................
Hardwarepraktikum für Informatiker
Matr. Nr.:
.....................
Schaltwerke
Versuch Nr. 3
Vorkenntnisse:
Schaltnetz, Schaltwerk: Eingangsvektor, Ausgangsvektor, Zustandsvektor;
Moore–Automat, Mealy–Automat, Flipflop–Typen: Master–Slave–Flipflop,
JK–Master–Slave–Flipflop, D–Flipflop, T–Flipflop, Zustandsgraph, Automatentabelle.
Versuch 3
1.
1.1
2
Entwurf eines Taktzustandsgesteuerten RS–FlippFlop
Aufgabe
Es soll ein taktzustandsgeteuertes RS-FF mit einem SN7400 realisiert werden. Entwerfen Sie dazu die vollständige Übergangstabelle und leiten Sie
daraus die Übergangsfunktions her:
1.2
Aufgabe
Formen Sie die Übergangsfunktion so um, dass sie mit 4 NAND–Gattern mit
je zwei Eingängen auskommen. Zeichnen und realisieren Sie das Schaltwerk:
2
Versuch 3
2.
2.1
3
Ampelsteuerung als Synchronschaltwerk
Aufgabe
Es soll eine Ampelsteuerung mit einem 3–Bit–Dualzähler realisiert werden.
– Zyklische Signalfolge –rot–rot/gelb–grün–gelb–rot.
– Ein voller Zyklus soll aus 8 Takten bestehen, wobei die rot–Phase 3
Takte, die grün–Phase 3 Takte und die rot/gelb– und die gelb–Phase
je 1 Takt dauern sollen.
2.2
Zustandsgraph
Geben Sie den Zustandsgraphen an.
3
Versuch 3
2.3
4
Funktionstabelle
Wählen Sie geeignete Zustands–, Folgezustands– und Ausgangsvariable.
Schreiben Sie die Funktionstabelle auf.
A+
A
0
0
0
0
1
1
1
1
A
0
0
0
0
1
1
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
B
0
0
1
1
0
0
1
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
C
0
1
0
1
0
1
0
1
A+
B+
C+
00
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
00
01
11
10
0
1
B+
0
1
C+
rot
gelb
grün
0
1
rot
0
1
gelb
0
1
grün
0
1
2.4
Funktionsgleichungen
Geben Sie die Übergangs– und Ausgangsfunktionen in der minimalen Form
an.
4
Versuch 3
2.5
5
Schaltbild
Zeichnen Sie das Schaltbild auf der nächsten Seite.
2.6
Realisierung
Realisieren Sie das Schaltwerk mit folgenden Bausteinen:
– Taktgeneratorbaustein oder Taster
– Ampelbaustein oder Lampenanzeige
– D–Flipflops 74175
– TTl–Schaltglieder
5
Versuch 3
6
Schaltbild zu 2.5
6
Versuch 3
7
• D–Flipflop 74175 (Vier D–Flip–Flops mit gemeinsamem Rückstelleingang)
Logisches Verhalten:
Eingang bei tn
D
H
L
Q
H
L
Ausgänge bei tn+1
Q
L
H
tn = Zeitpunkt vor dem Taktimpuls
tn+1 = Zeitpunkt nach dem Taktimpuls
L–Potential an R legt Ausgänge Q auf L–Signal.
R arbeitet unabhängig von T.
7
Versuch 3
3.
3.1
8
4–Bit–Schieberegister mit Multiplexern
Aufgabe
Das Schieberegister soll folgende Fähigkeiten haben:
• Rechts verschieben
• Links verschieben
• Parallel einlesen
• Löschen
3.2
Schaltbild
Zeichnen Sie das Schaltbild mit D–Flipflops und Multiplexern und kennzeichnen Sie die Variablen:
• Steuereingänge
• Paralleleingänge
• Löscheingänge
• Ausgänge
• Takteingang
8
Versuch 3
9
Zeichnen und realisieren Sie das Schaltbild
9
Versuch 3
4.
4.1
10
Elektronischer Würfel
Aufgabe
Es ist ein Zähler zu entwerfen, der die Zahlen 1 bis 6 in beliebiger Reihenfolge
durchzählt. Eine Eingangsvariable x legt fest, ob der Zähler läuft (x=1),
oder an der momentanen Position stehenbleibt (x=0). Mit den Ausgaben
des Zählers ist der Würfelbaustein wie folgt anzusteuern:
4.2
1
2
3
4
5
6
Aufgabe
Erstellen die Zustandsfolgetabelle (D-Flipflops) und die Funktionstabelle für
die Würfelansteuerung:
X
Q2
Q1
Q0
Q+
2
Q+
1
Q+
0
10
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
Versuch 3
4.3
11
Aufgabe
Vereinfachen Sie die Übergangs– und Ausgangsfunktionen mit Hilfe der
KV–Tafeln, und geben Sie die vereinfachten Funktionen an:
11
Versuch 3
12
Q+
0 =
Q+
1 =
Q+
2 =
A0 =
A1 =
A2 =
A3 =
A4 =
A5 =
A6 =
4.4
Aufgabe
Zeichnen und realisieren Sie das Schaltwerk mit D–Flipflops (74175), AND
(7408, 7411), OR (7432), und NOT (7404) Gattern.
12

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