Данная статья представляет собой практическое руководство по выполнению лабораторной работы, посвященной синтезу комбинационных логических устройств в среде визуального программирования FLProg. В материале подробно описаны необходимые компоненты, порядок проектирования схем на базе микроконтроллера Arduino Uno, методы упрощения логических функций и правила проведения экспериментальных исследований с использованием кнопок и светодиодов.
Практическое задание (Неделя 4)
Синтез оптимальной схемы комбинационного логического устройства
Цель работы: Синтез в системе визуального программирования FLProg логических схем, реализующих системы функций алгебры логики.
Необходимые детали и компоненты для выполнения проверочного задания:
- микроконтроллерный модуль Arduino Uno;
- 3 тактовые кнопки;
- беспаечная макетная плата;
- провода (джамперы);
- 3 светодиода;
- USB-кабель;
- по 3 резистора на 10 кОм и 220 Ом.
4.1 Задание на самостоятельную работу
- Синтезировать схему логического устройства, описанную системой уравнений.
- Упростить полученную на предыдущем этапе схему с учетом того, что в систему функций алгебры логики входит ряд общих членов.
- В проектируемой схеме три входа и три выхода. Входные логические переменные x2, x1, x0 должны задаваться при помощи тактовых кнопок SB2, SB1, SB0 соответственно. Состояние выходных логических переменных z2, z1, z0 должно отображаться при помощи светодиодов LED2, LED1, LED0 соответственно.
В проверочных заданиях № 2 и № 3 был создан ряд простейших функциональных узлов (логических элементов), которые могут быть использованы при выполнении настоящей лабораторной работы. Для этого в своей директории создайте папку с именем Lab03 и скопируйте в неё из папок Lab01 и Lab02 логические блоки двух– и трехвходовых элементов (И и ИЛИ), созданных в ходе выполнения предыдущих лабораторных работ.
4.2 Синтез логического устройства, описанного тремя функциями алгебры логики
Порядок выполнения задания:
- Проанализируйте систему уравнений функций алгебры логики. Самостоятельно синтезируйте логическую схему, реализующую данную систему логических функций.
- Соберите схему для экспериментального исследования проекта (рисунок 1). Обратите внимание! На представленной схеме тактовые кнопки соединены к плате без использования резисторов на 10 кОм (в своем проекте вы можете их использовать, для этого см. схему подключения тактовых кнопок из предыдущих занятий).
В таком случае для корректной работы необходимо программно подключить к цифровым пинам встроенные в плату резисторы номиналом 20 кОм. В среде визуального программирования FLProg это производится в настройках соответствующего входа проставлением галочки «Включить подтягивающий резистор». Однако соответствующий выход тактовой кнопки при этом необходимо инвертировать и это надо учитывать в проектах.
Рисунок 1 Схема проекта
- Создайте в FLProg новый проект и сохраните его под именем Lab03.
- Используя готовые функциональные блоки, созданные в предыдущих лабораторных работах, соберите логическую схему, реализующую заданную систему уравнений функций алгебры логики.
Обратите внимание, что для каждого блока, используемого в наших проектах, в его настройках имеется возможность ознакомиться с описанием его работы, кликнув на кнопку «Информация».
- Сохраните и откомпилируйте проект.
- Загрузите проект в микроконтроллерный модуль Arduino Uno.
- Используя разные комбинации включения кнопок SB0…SB2, проверьте правильность работы схемы. Результаты исследования занесите в таблицу.
| Входы | Входы | Входы | Выходы | Выходы | Выходы |
|---|---|---|---|---|---|
| x2 (SB2) | x1 (SB1) | x0 (SB0) | z2 (LED2) | z1 (LED1) | z0 (LED0) |
| 0 | 0 | 0 | |||
| 0 | 0 | 1 | |||
| 0 | 1 | 0 | |||
| 0 | 1 | 1 | |||
| 1 | 0 | 0 | |||
| 1 | 0 | 1 | |||
| 1 | 1 | 0 | |||
| 1 | 1 | 1 |
- После экспериментального заполнения таблицы истинности, синтезированная упрощенная схема логического устройства и полученные наборы значений функции z2, z1, z0 (8-мизначные двоичные коды) отправляются для проверки.
- Отправить на проверку также предложенную самостоятельно к синтезу цифровую схему в базисе ИЛИ-НЕ (указанное задание изложено в видеолекции на тему «Синтез цифровых схем в базисах: И, ИЛИ, НЕ; И-НЕ; ИЛИ-НЕ»).