Материал: 2677

2

УДК 004.384

Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике [Электронный ресурс]: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника / А. В. Стариков; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 16 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ

Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение

Учебный план по направлению подготовки бакалавра 15.03.06 – «Мехатроника и робототехника» включает изучение дисциплины «Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике» в течение 5-го семестра в объеме 144 часов. Из них 18 часов отводится для лекционных занятий, 36 часов для лабораторных работ, 54 часа для самостоятельной работы студентов, 36 часов на подготовку к прохождению итогового контроля (сдача экзамена). Кроме того, учебным планом предусматривается выполнение и защита курсовой работы по данной дисциплине.

Цель выполнения курсовой работы контроль качественного уровня усвоения студентами тем и вопросов дисциплины «Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике». Задание на курсовую работу содержит следующие четыре блока (части), относящиеся к различным разделам дисциплины:

1.Арифметические основы микропроцессорной техники.

2.Логические основы микропроцессорной техники.

3.Функциональные узлы и устройства микропроцессорной техники.

4.Архитектура и основы программирования микропроцессоров.

Для выполнения задания, относящегося к блоку «Арифметические основы микропроцессорной техники», необходимо знать:

1)Что такое позиционная система счисления?

2)Какие позиционные системы счисления получили распространение в вычислительной технике и информатике? Почему?

3)Как представляются различные формы чисел (целые и вещественные, положительные и отрицательные) в компьютере?

4)Как осуществляется перевод различных форм представления чисел из одной позиционной системы счисления в другую?

5)Как выполняются арифметические операции над числами в различных позиционных системах счисления?

6)Как кодируется информация для представления в компьютере? Какие системы кодировки наиболее распространены?

Необходимо уметь практически выполнить запись числа в различных позиционных системах счисления, перевод числа из одной позиционной системы счисления в другую, сложение чисел со знаком, кодирование нечисловой информации для представления в компьютере.

Для выполнения задания, относящегося к блоку «Логические основы микропроцессорной техники», необходимо знать:

1)понятия, операции (дизъюнкция, конъюнкция, инверсия), аксиомы и теоремы булевой алгебры (алгебры логики);

2)основные логические элементы (И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ), соответствующие им условные графические обозначения, таблицы истинности, временные диаграммы, представления в контактной и схемотехнической формах;

4

3)правила построения совершенных дизъюнктивных и конъюнктивных нормальных форм (СДНФ и СКНФ), основываясь на данных таблиц истинности;

4)правила минимизации выражений функций алгебры логики с использованием основных теорем булевой алгебры, карт Карно;

5)правила построения логических схем по заданной функции алгебры логики, формирования функции логики по заданной логической схеме.

Необходимо уметь практически построить СДНФ и СКНФ для заданной логической функции, выполнить их минимизацию, используя 1) основные теоремы булевой алгебры, 2) карты Карно (диаграммы Вейча). По полученной минимальной нормальной форме (МНФ) построить логическую структурную схему; уметь также выполнить обратную задачу, т.е. по заданной логической схеме получить логическую функцию в аналитическом виде.

Для выполнения задания, относящегося к блоку «Функциональные узлы и устройства микропроцессорной техники», необходимо знать:

1)отличия комбинационных и последовательностных функциональных узлов и устройств;

2)узлы последовательностного типа, их классификацию и варианты построения с использованием заданного логического базиса (И-НЕ, ИЛИ-НЕ): триггеры, регистры, счётчики;

3)узлы комбинационного типа, их классификацию и варианты построения с использованием заданного логического базиса (И-НЕ, ИЛИ-НЕ): мультиплексоры и демультиплексоры, шифраторы и

дешифраторы, сумматоры, умножители.

Необходимо уметь практически построить узлы последовательностного и комбинационного типов с использованием заданного логического базиса (И- НЕ, ИЛИ-НЕ), а также таблицы состояний для каждого из узлов и устройств.

Для выполнения задания, относящегося к блоку «Архитектура и основы программирования микропроцессоров», необходимо знать:

1) общие понятия и типичную архитектуру микропроцессора; 2) систему команд и режимы (способы) адресации одного из типовых

микропроцессоров; 3) основные возможности и директивы ассемблера;

4) алгоритмизацию и программирование задач обработки информации.

1 Примеры заданий для выполнения курсовой работы по дисциплине «Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике»

1.1 Арифметические основы микропроцессорной техники

Задание №1. Перевести число, представляющее номер зачётной книжки, в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. Схема перевода должна быть приведена в пояснительной записке по курсовой работе.

Задание №2. Представить результат (сумму) и схему сложения двух чисел: первое слагаемое первые две цифры номера зачётной книжки, второе слагаемое отрицательное число, представленное последними тремя цифрами

5

номера зачётной книжки. Сложение произвести в двоичной системе счисления, учитывая при этом, что отрицательное число должно представляться в дополнительном коде.

Задание №3. Используя таблицу кодов КОИ-7, записать свои фамилию и имя, разделённые пробелом, в виде последовательности двоичных и шестнадцатеричных кодов. Дополнить полученную последовательность кодов восьмым контрольным разрядом для контроля на чётность (бит контроля чётности) и записать новые последовательности кодов повышенной надёжности. Пояснить в чём состоит заключается повышение надёжности кодирования в данном случае.

1.2 Логические основы микропроцессорной техники

Задание №4. Записать логическое выражение для функции F(X,Y,Z) согласно заданной таблице истинности (таблица 1). Полученное логическое выражение упростить (минимизировать) с использованием алгебраических преобразований и с помощью метода карт Карно и составить по нему логическую схему. Вариант значений логической функции при различных значениях аргументов X, Y и Z определяется по последней цифре номера зачётной книжки.

Задание №5. Для заданной схемы, составленной из трёх логических элементов Э1, Э2 и Э3 (рисунок 1), записать логическое выражение и составить таблицу истинности. Вариант схемы выбирается на рисунке 1 в соответствии с последней цифрой номера зачётной книжки, вариант типов элементов Э1, Э2 и Э3 выбирается в таблице 2 в соответствии с предпоследней цифрой номера зачётной книжки.