Введение з
Глава 1. Теоретические аспекты изучения арифметико- логических устройств в курсе «Схемотехника» 7
1.1. Структура и принципы работы микропроцессоров 7
1.2. Арифметико- логические устройства 10
Выводы по главе 1 14
Глава 2. Разработка лабораторного практикума и арифметико- логических устройств по дисциплине «Схемотехника» 15
2.1 Среда программирования “Processing” для реализации практикума
«Арифметико- логические устройства» 15
2.2 Лабораторный практикум по изучению арифметико- логических
устройств с использованием контроллера 23
Выводы по главе 2 26
Заключение 27
Список литературы 29
Приложение 1. Скетч основной программы 31
Приложение 2. Скетч программы определения стенда 38
Приложение 3. Скетч программы «Арифметико- логического устройства» 41
Приложение 4. Скетч программы «Тестовых заданий» 48
Купить

Курс «Схемотехника» был введен в высших учебных заведениях с 1987г. Целью этого курса является подготовка будущего учителя физики способного технически грамотно эксплуатировать учебную вычислительную технику, знать ее устройство и принципы действия.
К настоящему времени компьютерная техника существенно изменилась, появились мощные компьютеры с огромным быстродействием и ресурсами памяти. При этом все четче на первый план выступает потребность в подготовке не просто хороших специалистов, обладающих той или иной определенной суммой знаний, но прежде всего людей умеющих творчески мыслить, способных быстро адаптироваться к непрерывно изменяющимся требованиям.
Таким образом, задача подготовки высококвалифицированных кадров, вооруженных современными знаниями, практическими навыками, является одной из важнейших задач на данном этапе. Поэтому сейчас, как никогда остро, ощущается необходимость приложения максимальных усилий для совершенствования содержания обучения, средств и методов подготовки специалистов.
Одним из направлений, по которому должно идти это совершенствование, является развитие и укрепление материально-технической базы учебного заведения. Сюда относятся, в первую очередь, широкое внедрение технических средств обучения, оснащение лабораторий и кабинетов новейшим оборудованием и приборами, модернизация лабораторных стендов и макетов, с учетом последних достижений науки и техники на современной компонентной базе.
Выполнение учащимися лабораторных работ является важным средством более глубокого усвоения и изучения учебного материала, а также приобретения практических навыков по экспериментальному исследованию и обращению с радиоизмерительными приборами.
С 2002 года в лаборатории ОАВТ ЕГПУ ведется работа по замене компьютерной техники. Это повлекло за собой разработку аппаратных средств, для связи лабораторного стенда с ЭВМ, программного обеспечения лабораторного практикума, возникла необходимость в разработке наиболее рационального и технологически простого способа для изготовления печатных плат при фронтальном проведении лабораторных работ.
Передо мной была поставлена задача по изготовлению лабораторного стенда «Арифметико-логические устройства» и программного обеспечения к нему, а так же освоение технологии изготовления печатных плат.
В стенде используется широко применяемая в технике микросхема К155ИП3, предназначенная для выполнения 32 операций (16 логических, 16 арифметических) с двумя четырехразрядными двоичными словами.
Лабораторный стенд выполнен из двухстороннего фольгированного текстолита, с одной стороны которого нанесены условные обозначения микросхемы, с другой печатный монтаж проводников. Технология изготовления стенда заключается в том, что нужный рисунок предварительно изображается в компьютере. Для этого есть специальные программы, такие как SprintLayoutV4.0. Распечатывается рисунок на лазерном принтере в зеркальном изображении на глянцевую бумагу. Вырезаем необходимых размеров фольгированный текстолит и прикладываем напечатанный рисунок стороной с тонером к фольге. Затем берем нагретый утюг и ставим его на распечатку рисунка платы. Через 30 с. начинаем проглаживать плату. Затем убираем утюг и ставим на плату груз. После остывания платы помещаем ее в теплую воду, для размокания бумаги. В итоге получаем четкий рисунок дорожек платы. Травим плату в растворе хлорного железа (или 2 столовые ложки поваренной соли и 1 столовая ложка медного купороса). После того как плата вытравилась, ватным тампоном, смоченным ацетоном, снимаем с платы слой тонера. На плате остаются вытравленные дорожки. Сверлим отверстия, залуживаем дорожки (покрываем тонким слоем припоя), обрезаем плату по размерам. Подбираем необходимые элементы и запаиваем их на плату. Если необходима двусторонняя печатная плата, то одна сторона рисунка печатается в зеркальном отображении, а другая — в прямом.
При создании стенда мы придерживались следующих требований:
1) С одной стороны стенд должен обеспечивать максимальную наглядность изучаемой схемы, с другой стенд должен иметь по возможности минимальные размеры.
2) Стенд должен давать учащимся практические навыки в сборке различных устройств, так как при этом теоретические сведения можно будет применить на практике. Поэтому минимальное количество внешних соединительных проводников определяется количеством и сложностью собираемых схем.
3) Элементной базой стенда должны быть интегральные микросхемы широко распространенных серий, и имеющих малое потребление, например серии К155, К555. Что касается индикаторных элементов, то они так же должны быть доступными, например светодиоды АЛ307Б.
Студенты начинают исследование работы микросхемы в качестве четырехразрядного компаратора. Рассматривается комбинация входных сигналов, при котором арифметико-логическое устройство работает в качестве компаратора, и анализируются выходные сигналы микросхемы, в случае их равенства и неравенства.
Следующим этапом является исследование арифметико-логических устройств. Студенты рассматривают логические, арифметические операции над двумя четырехразрядными словами. Модуль "АЛУ" предназначен для преобразования кодов чисел в процессе вычислений путем выполнения над ними арифметических, логических и прочих операций.
Далее студентам предлагается исследовать арифметико-логическое устройство как составную часть микропроцессора. Это устройство создано методом микроэлектронной технологии и способно, как и основное устройство ЭВМ — процессор, работать по изменяемой программе. Микропроцессор можно определить как обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное в виде- большой интегральной схемы и способное выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод, принятие решений, арифметические и логические операции. Микропроцессор является центральной частью любой системы управления и обработки информации, но не самой системой.
Используя ресурсы ЭВМ можно исследовать схему в качестве других устройств не предусмотренных программой данного курса.
Данный лабораторный комплекс совмещает компьютерную модель и реально выполняемый физический эксперимент. Компьютер является элементом экспериментальной установки, демонстрирует физический эксперимент.
Программное обеспечение создано на языке «Бейсик», но также возможна работа на других языках программирования. Разработка программного обеспечения необходима для связи лабораторного стенда с персональным компьютером, сбора данных со стенда, обработка их и управления экспериментальной установкой. Устанавливается связь студента по средствам компьютера с лабораторным стендом.

Купить