מערכות ספרתיות · פרק 12 — חזרה כללית, מבחנים ופרויקטוניםמערכות ספרתיות · סמל מקצוע 11.002⌂📚🏠
פרק 12
חזרה כללית, מבחנים ופרויקטונים
תרגול מסכם
הגענו לסוף הספר. בפרק הזה לא לומדים דבר חדש: מתרגלים. נתחיל בחזרה מהירה על כל פרק, אחר כך נפתור שאלות מסכמות שמקשרות כמה פרקים יחד, כמו בבחינה, אחר כך נבחן את עצמנו בשלושה מבחנים מלאים, ולבסוף נתכנן ארבעה פרויקטונים — המערכות שבונים במעבדה.
בסוף הפרק הזה נדע:
נפתור במהירות ובביטחון תרגילים קצרים מכל פרקי הספר.
נעבור מתיאור מילולי לטבלת אמת, למפת קרנו, למעגל של שערי NAND ולדיאגרמת זמנים.
ננתח מערכת עקיבה: דלגלגים, אוגרים ומונים, ונסרטט את דיאגרמת הזמנים שלה.
נבחן את עצמנו ב-90 דקות ונבדוק את התשובות בעזרת מפתח התשובות.
נתכנן מערכת ספרתית שלמה מתוך תרשים מלבנים: אורות רצים, מונה עם תצוגה, שעון ורמזור.
חזרה מהירה (Quick Review)
לכל אחד מאחד-עשר הפרקים תיבת תרגול אחת. נפתור כל תיבה בעשר דקות בערך, בלי להציץ בתשובות, ואז נבדוק. תיבה שטעינו בה יותר מפעמיים — נחזור לפרק שלה לפני שנמשיך.
10שעון בתדר 8000 Hz נכנס למונה MOD-8. מה התדר במוצא האחרון שלו?
11שעון בתדר 1000 Hz נכנס למונה MOD-10. מה התדר במוצא האחרון שלו?
12שעון בתדר 60 Hz נכנס למונה MOD-60. מה התדר במוצא האחרון שלו?
תשובות:132237455762738496101000 Hz11100 Hz121 Hz
שאלות מסכמות (Integrated Problems)
כל שאלה כאן מקשרת כמה פרקים יחד ובנויה מכמה סעיפים, כמו בבחינה. נפתור על דף: נכתוב את טבלת האמת במלואה, נסרטט את המפה ואת המעגל, ונשלים את דיאגרמת הזמנים. מתחת לכל שאלה התשובות הסופיות, ואיתן המפה, המעגל או דיאגרמת הזמנים המלאה.
שאלות לתרגול:
רמה ראשונה — בסיסי
1.
ועדה של שלושה שופטים A, B, C. כל שופט לוחץ על לחצן (1 = מסכים). הנורה F דולקת כאשר לפחות שני שופטים מסכימים. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0001 0111 (ב) F(A,B,C) = Σ(3,5,6,7) (ג) F = B·C + A·C + A·B (ד) F = B·C·A·C·A·B — דרושים 4 שערי NAND.
2.
מערכת אזעקה בבית: A מתג הפעלת המערכת (1 = המערכת פועלת), B חיישן הדלת ו-C חיישן החלון (1 = פתוח). הצופר F פועל כאשר המערכת פועלת והדלת או החלון פתוחים. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0111 (ב) F(A,B,C) = Σ(5,6,7) (ג) F = A·C + A·B (ד) F = A·C·A·B — דרושים 3 שערי NAND.
3.
משאבת מים F מעלה מים מבאר אל מכל. A = 1 כאשר המכל מלא, B = 1 כאשר יש מים בבאר, C = 1 כאשר המתג הידני לחוץ. המשאבה פועלת רק אם יש מים בבאר; ואז היא פועלת אם המכל אינו מלא או אם נלחץ המתג הידני. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0011 0001 (ב) F(A,B,C) = Σ(2,3,7) (ג) F = B·C + A·B (ד) F = B·C·A·B — דרושים 4 שערי NAND.
4.
מונה מציג את מספר הפריטים בארגז על שתי תצוגות של 7 מקטעים. המספר השמור בזיכרון הוא 3E16. (א) נמיר את המספר לשיטה הבינארית. (ב) נמיר אותו לשיטה העשרונית. (ג) נכתוב אותו בקוד BCD. (ד) אילו מקטעים דולקים בכל תצוגה?
מפענח תצוגה מקבל ספרה בקוד BCD (DCBA, ו-A היא הסיבית הפחות משמעותית) ומפעיל את המקטעים a עד g (1 = המקטע דולק). נשלים את שורות הטבלה לספרות 1, 4, 7, 9: מהם ערכי המבואות DCBA ומהם ערכי המוצאים abcdefg?
במעגל שבאיור שלושה שערי NAND. (א) נכתוב את ביטוי המוצא F כפי שהוא מופיע במעגל. (ב) נפשט את הביטוי בעזרת כלל דה-מורגן. (ג) נכתוב את עמודת F בטבלת האמת. (ד) באילו שני שערים בלבד אפשר לממש את אותה פונקציה?
תשובות: (א) F = A·B·A·C (ב) F = A·B + A·C = A·(B + C) (ג) 0000 0111 (ד) שער OR אחד למבואות B ו-C, ואחריו שער AND עם A
7.
מסכם של 4 סיביות בנוי מארבעה מסכמים מלאים (באיור). המבואות: A3A2A1A0 = 1011 ו-B3B2B1B0 = 0110. (א) מהו הנשא היוצא מכל דרגה: C1, C2, C3, C4? (ב) מהו הסכום S3S2S1S0? (ג) נבדוק את התוצאה בשיטה העשרונית, למספרים ללא סימן. (ד) אם המספרים כתובים במשלים ל-2 — מהי הפעולה ומהי תוצאתה?
תשובות: (א) C1 = 0, C2 = 1, C3 = 1, C4 = 1 (ב) 0001 (ג) 11 + 6 = 17, כלומר 100012 יחד עם הנשא C4 (ד) (−5) + (6) = 1, והתוצאה 0001 נכונה לאחר שמתעלמים מ-C4
8.
מרבב 4:1 שמבואות הנתונים שלו מחוברים לערכים קבועים (באיור), ושני קווי הבקרה שלו מחוברים לאותות A ו-B. (א) נכתוב את טבלת האמת של המוצא F. (ב) איזה שער יחיד נותן את אותה פונקציה? (ג) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא F.
תשובות: (א) עמודת F: 1001 (ב) שער XNOR: F = A ⊕ B (ג) דיאגרמת הזמנים המלאה:
9.
דלגלג D מדורבן בקצה העולה של השעון. בהתחלה Q = 0. נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצאים Q ו-Q.
תשובות: ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 0 1 1 0 1 0 0 1
10.
דלגלג T מדורבן בקצה היורד של השעון. בהתחלה Q = 0. נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. כמה פעמים הפך הדלגלג את מצבו?
תשובות: ערכי Q אחרי כל קצה יורד: 1 1 0 1 1 0 1; הוא הפך את מצבו 5 פעמים
11.
אוגר הזזה של 4 דלגלגי D (באיור): המבוא הטורי SI נכנס לדלגלג השמאלי Q3, וההזזה ימינה אל Q0. בהתחלה התוכן 0000. הסיביות נכנסות לפי הסדר: 1 0 1 1. (א) נכתוב טבלת מעקב: התוכן Q3Q2Q1Q0 אחרי כל דופק. (ב) אחרי כמה דפקים מופיעה הסיבית הראשונה ב-Q0? (ג) איזה סוג אוגר זה, אם קוראים את ארבעת המוצאים יחד?
מונה אסינכרוני (גלי) של שלושה דלגלגי JK, J = K = 1, המדורבנים בקצה היורד (באיור). Q0 היא הסיבית הפחות משמעותית. בהתחלה Q2Q1Q0 = 000. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של שלושת המוצאים. (ב) מהו מחזור המונה (MOD)? (ג) תדר השעון 8 kHz. מהו התדר של כל מוצא?
דיאגרמת המצבים שבאיור מתארת מכונת מצבים בעלת ארבעה מצבים; מתחת לשם כל מצב רשום ערך המוצאים Q1Q0. על כל חץ רשום ערך המבוא X שגורם למעבר. (א) מה עושה המכונה כאשר X = 1? וכאשר X = 0? (ב) המכונה במצב S0, וערכי X דופק אחר דופק הם: 1 1 0 1 1 1 0 0. נכתוב את רצף המצבים. (ג) כמה דלגלגים דרושים לבניית המכונה?
תשובות: (א) X = 1: סופרת מעלה; X = 0: סופרת מטה — מונה מעלה/מטה MOD-4 (ב) S0 → S1 → S2 → S1 → S2 → S3 → S0 → S3 → S2 (ג) שני דלגלגים, כי 22 = 4
רמה שנייה — בינוני
14.
זמזם אזהרה F במכונית. A = 1 המנוע פועל, B = 1 הנהג יושב, C = 1 חגורת הבטיחות חגורה, D = 1 הדלת סגורה. הזמזם פועל כאשר המנוע פועל וגם: הנהג יושב בלי חגורה, או הדלת אינה סגורה. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0000 1010 1110 (ב) F(A,B,C,D) = Σ(8,10,12,13,14) (ג) F = A·D + A·B·C (ד) F = A·D·A·B·C — דרושים 5 שערי NAND.
15.
מעגל מקבל מספר בינארי של 4 סיביות ABCD (A היא הסיבית המשמעותית ביותר). המוצא F = 1 כאשר המספר ראשוני: 2, 3, 5, 7, 11, 13. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0011 0101 0001 0100 (ב) F(A,B,C,D) = Σ(2,3,5,7,11,13) (ג) F = B·C·D + B·C·D + A·C·D + A·B·C (יש פתרון נוסף עם אותו מספר ליטרלים) (ד) F = B·C·D·B·C·D·A·C·D·A·B·C — דרושים 8 שערי NAND.
16.
מעגל מקבל ספרה עשרונית בקוד BCD: ABCD. המוצא F = 1 כאשר הספרה 5 או גדולה ממנה. הצירופים 1010 עד 1111 אינם מופיעים לעולם — אלה צירופי ברירה. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0111 11XXXXXX (ב) F(A,B,C,D) = Σ(5,6,7,8,9) + d(10,11,12,13,14,15) (ג) F = B·D + B·C + A (ד) F = B·D·B·C·A — דרושים 4 שערי NAND.
17.
מנוע מעלית F. A ו-B לחצני הקריאה בשתי הקומות (1 = לחוץ), C = 1 עומס יתר, D = 1 הדלת סגורה. המעלית נעה כאשר הדלת סגורה, אין עומס יתר, ולפחות אחד הלחצנים לחוץ. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0100 0100 0100 (ב) F(A,B,C,D) = Σ(5,9,13) (ג) F = B·C·D + A·C·D (ד) F = B·C·D·A·C·D — דרושים 4 שערי NAND.
18.
ננתח את המעגל שבאיור. (א) נכתוב את ביטוי המוצא F כפי שהוא מופיע במעגל. (ב) נכתוב את טבלת האמת. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא F.
תשובות: (א) F = (A + B)·C + A·C (ב) עמודת F: 0010 1111 (ג) F = B·C + A (ד) דיאגרמת הזמנים המלאה:
19.
במעגל שבאיור שלושה שערי NOR. (א) נכתוב את ביטוי המוצא F כפי שהוא מופיע במעגל. (ב) נפשט בעזרת כלל דה-מורגן עד שנקבל מכפלה של שני סכומים. (ג) נכתוב את טבלת האמת ונפשט לסכום מכפלות. (ד) נסרטט את הפונקציה המפושטת בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) F = A + B + B + C (ב) F = (A + B)·(B + C) (ג) עמודת F: 0011 0111; F = B + A·C (ד) F = B·A·C
20.
תלמיד פישט את הפונקציה F = A·B + A·B + A·B כך: שורה ראשונה F = A·(B + B) + A·B; שורה שנייה F = A + A·B; שורה שלישית F = A·B. (א) באיזו שורה הטעות? (ב) מהי התוצאה הנכונה, ולפי איזה כלל? (ג) נבדוק בטבלת אמת: נכתוב את עמודת הפונקציה המקורית ואת עמודת התוצאה של התלמיד.
תשובות: (א) בשורה השלישית (ב) A + A·B = A + B — כלל הצמצום (בליעה) (ג) הפונקציה המקורית: 0111; תוצאת התלמיד: 0001 — העמודות שונות
21.
מדחום ספרתי מחשב את ההפרש בין שתי מדידות: 37 − 58, ב-8 סיביות ובשיטת המשלים ל-2. (א) נכתוב את שני המספרים בשיטה הבינארית. (ב) נחשב את החיסור באמצעות חיבור המשלים ל-2. (ג) מהו ערך התוצאה? (ד) המכשיר מציג את גודל התוצאה על שתי תצוגות של 7 מקטעים, ונורית מיוחדת מציינת את הסימן. נכתוב את הגודל בקוד BCD, ואילו מקטעים דולקים?
באיור מסכם מלא הבנוי משני מסכמים למחצה ומשער OR. בכל מסכם למחצה: S = A ⊕ B ו-C = A·B. (א) נכתוב את ביטוי הסכום S ואת ביטוי הנשא היוצא Cout כפי שהם מתקבלים מן המעגל. (ב) נכתוב את טבלת האמת של שני המוצאים. (ג) נפשט את Cout במפת קרנו ונוודא שהוא שווה לביטוי מסעיף (א).
תשובות: (א) S = (A ⊕ B) ⊕ Cin; Cout = A·B + (A ⊕ B)·Cin (ב) עמודת S: 0110 1001; עמודת Cout: 0001 0111 (ג) Cout = A·B + A·Cin + B·Cin
23.
נממש את הפונקציה F(A,B,C) = Σ(0,3,5,6) באמצעות מרבב 8:1. קווי הבקרה: S2 = A, S1 = B, S0 = C. (א) לאיזה ערך נחבר כל מבוא נתונים D0 עד D7? (ב) נסרטט את המעגל. (ג) האם דרושים שערים נוספים?
תשובות: (א) D0D1 ... D7 = 10010110 (ב) המעגל באיור (ג) לא — המבוא Di שווה לערך הפונקציה בשורה i של טבלת האמת
24.
נבנה מסכם מלא באמצעות מפענח 3:8 ושני שערי OR (באיור). מבואות המפענח: A, B, C (A המשמעותי ביותר, ו-C הוא הנשא הנכנס). (א) נכתוב את שני המוצאים בייצוג מספרי. (ב) אילו מוצאים של המפענח נכנסים לשער הסכום S, ואילו לשער הנשא Cout? (ג) איזה מוצא של המפענח מחובר לשני השערים גם יחד, ומדוע?
תשובות: (א) S(A,B,C) = Σ(1,2,4,7); Cout(A,B,C) = Σ(3,5,6,7) (ב) אל S: Y1, Y2, Y4, Y7; אל Cout: Y3, Y5, Y6, Y7 (ג) Y7: כאשר A = B = C = 1 הסכום 1 והנשא 1
25.
דלגלג JK מדורבן בקצה היורד של השעון. בהתחלה Q = 0. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. (ב) באילו דפקים היה הדלגלג במצב של היפוך מצב (J = K = 1)?
תשובות: (א) ערכי Q אחרי כל קצה יורד: 1 1 0 0 0 1 1 (ב) בדפקים: 1, 3, 6
26.
דלגלג T שמבואו T = 1 תמיד, מדורבן בקצה העולה, ויש לו מבוא איפוס ישיר CLR הפעיל ברמה נמוכה. בהתחלה Q = 0. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. (ב) מדוע השתנה Q פעם אחת בלי קצה שעון?
תשובות: (א) ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 1 0 1 0 1 0 1 0 (ב) כאשר CLR = 0 הדלגלג מתאפס מיד: המבוא הישיר אסינכרוני ואינו מחכה לשעון
27.
באיור דלגלג D שמוצאו Q מחובר למבואו D. בהתחלה Q = 0. (א) מה קורה למוצא Q בכל קצה עולה? (ב) נשלים את דיאגרמת הזמנים. (ג) תדר השעון 50 Hz. מהו התדר של Q? (ד) כמו איזה דלגלג פועל המעגל הזה?
תשובות: (א) D = Q, ולכן הדלגלג הופך את מצבו בכל קצה (ב) הדיאגרמה המלאה באיור (ג) 25 Hz — מחלק תדר ב-2 (ד) כמו דלגלג T עם T = 1
28.
אוגר הזזה ימינה של 4 סיביות, והמבוא הטורי מחובר ל-0. התוכן ההתחלתי Q3Q2Q1Q0 = 1011. (א) נכתוב את התוכן אחרי כל דופק, עד שהאוגר מתרוקן. (ב) נכתוב את הערך העשרוני של התוכן אחרי כל דופק. מה עושה למספר הזזה אחת ימינה? (ג) איזו סיבית יוצאת מ-Q0 בכל דופק?
תשובות: (א) 1011 → 0101 → 0010 → 0001 → 0000 (ב) 11 → 5 → 2 → 1 → 0 — כל הזזה ימינה מחלקת את המספר ב-2 (בלי השארית) (ג) 1, 1, 0, 1 — סיביות המספר מן הפחות משמעותית אל המשמעותית ביותר
29.
באיור אוגר הזזה שמוצאו האחרון Q0 מחובר למבוא הדלגלג הראשון (מונה טבעת). התוכן ההתחלתי Q3Q2Q1Q0 = 1000. (א) נכתוב את התוכן אחרי כל דופק, חמישה דפקים. (ב) אחרי כמה דפקים חוזר התוכן להתחלה? (ג) מה קורה אם התוכן ההתחלתי הוא 0000? (ד) תדר השעון 2 Hz. כמה שניות נשאר כל מוצא ב-1?
תשובות: (א) 1000 → 0100 → 0010 → 0001 → 1000 → 0100 (ב) אחרי 4 דפקים — מחזור המונה 4 (ג) נשאר 0000 תמיד (ד) 0.5 s
30.
אוגר PISO של 4 סיביות (באיור): כאשר LOAD = 1 נטען המספר D3D2D1D0 = 1101 בבת אחת, ולאחר מכן בכל קצה עולה התוכן מוזז ימינה ו-0 נכנס משמאל. המוצא הטורי SO הוא Q0. (א) נכתוב את תוכן האוגר אחרי הטעינה ואחרי כל דופק הזזה. (ב) באיזה סדר יוצאות הסיביות מ-SO? (ג) כמה דפקי הזזה דרושים אחרי הטעינה כדי שכל הסיביות ייצאו?
תשובות: (א) 1101 → 0110 → 0011 → 0001 → 0000 (ב) 1, 0, 1, 1 — הסיבית הפחות משמעותית ראשונה (ג) אחרי הטעינה הסיבית הראשונה כבר נמצאת ב-SO, ושלושה דפקי הזזה מוציאים את שלוש הסיביות הנותרות; דופק רביעי מרוקן את האוגר
31.
במונה הגלי שבאיור השעון של כל דלגלג מחובר למוצא Q של הדלגלג שלפניו. הדלגלגים מדורבנים בקצה היורד ו-J = K = 1. בהתחלה Q2Q1Q0 = 000. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים. (ב) נכתוב את רצף המצבים במספרים עשרוניים. (ג) איזה מונה זה?
באיור מונה בינארי מעלה של 4 סיביות עם מבוא איפוס ישיר CLR. שער NAND מחובר ל-Q2 ול-Q1. (א) באיזה מצב נעשה מוצא שער ה-NAND אפס? (ב) נכתוב את רצף המצבים. מהו מחזור המונה? (ג) מדוע איננו מונים את המצב 0110 כחלק מן המחזור? (ד) לאילו מוצאים נחבר את השער כדי לקבל MOD-10? וכדי לקבל MOD-12?
תשובות: (א) Q3Q2Q1Q0 = 0110 (המספר 6) (ב) 0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 5 ושוב מהתחלה — MOD-6 (ג) כי הוא מופיע לרגע קצר מאוד בלבד: מיד כשהוא מופיע המונה מתאפס (ד) MOD-10: Q3 ו-Q1 (1010); MOD-12: Q3 ו-Q2 (1100)
33.
מונה MOD-10 מחובר למפענח תצוגה ולתצוגת 7 מקטעים (באיור). המונה מתחיל מ-0. (א) איזו ספרה מציגה התצוגה אחרי 27 דפקים? (ב) מהם ערכי Q3Q2Q1Q0 באותו רגע? (ג) אילו מקטעים דולקים? (ד) נוסיף מונה שני MOD-6 לעשרות, שמתקדם בכל פעם שמונה האחדות חוזר ל-0. מה מציגות שתי התצוגות אחרי 137 דפקים מן ההתחלה? (ה) תדר השעון 10 Hz. מהו תדר המוצא Q3 של מונה האחדות?
ננתח את המערכת העקיבה שבאיור: שני דלגלגי D המדורבנים בקצה העולה של אותו שעון. בהתחלה Q1Q0 = 00. (א) נכתוב את משוואות המבואות D0 ו-D1. (ב) נכתוב את רצף המצבים Q1Q0. (ג) כמה מצבים במחזור? מה מיוחד בסדר המצבים? (ד) נשלים את דיאגרמת הזמנים. (ה) האם המערכת סינכרונית או אסינכרונית?
תשובות: (א) D0 = Q1; D1 = Q0 (ב) 00 → 01 → 11 → 10 → 00 → 01 (ג) 4 מצבים; בין כל מצב למצב שאחריו משתנה סיבית אחת בלבד (ד) הדיאגרמה המלאה באיור (ה) סינכרונית: שני הדלגלגים מקבלים את אותו אות שעון
רמה שלישית — אתגר
35.
נורת חדר מדרגות F נשלטת משלושה מתגים A, B, C בשלוש קומות. שינוי מצבו של כל מתג הופך את מצב הנורה, וכאשר כל המתגים ב-0 הנורה כבויה. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי ונסרטט מפת קרנו. האם אפשר ליצור קבוצות? (ג) נכתוב את הפונקציה בשערי XOR. (ד) כמה שערי NAND דרושים למימוש סכום המכפלות?
תשובות: (א) עמודת F: 0110 1001 (ב) F(A,B,C) = Σ(1,2,4,7); אין שתי משבצות סמוכות שבהן 1, ולכן אין פישוט: F = A·B·C + A·B·C + A·B·C + A·B·C (ג) F = A ⊕ B ⊕ C (ד) 8: ארבעה שערים למכפלות, אחד לסכום ושלושה כמהפכים
36.
מעגל מקבל את מספר החודש (1 עד 12) כמספר בינארי ABCD. המוצא F = 1 כאשר בחודש 31 ימים (החודשים 1, 3, 5, 7, 8, 10, 12). הצירופים 0, 13, 14, 15 אינם מופיעים — צירופי ברירה. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: X101 0101 1010 1XXX (ב) F(A,B,C,D) = Σ(1,3,5,7,8,10,12) + d(0,13,14,15) (ג) F = A·D + A·D (ד) F = A·D·A·D — דרושים 5 שערי NAND.
37.
ועדה של ארבעה חברים: היושב-ראש A והחברים B, C, D. ההחלטה F מתקבלת כאשר הרוב מסכים; ואם הקולות שקולים (2 מול 2) מכריע קולו של היושב-ראש. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
תשובות: (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0001 0111 1111 (ב) F(A,B,C,D) = Σ(7,9,10,11,12,13,14,15) (ג) F = B·C·D + A·D + A·C + A·B (ד) F = B·C·D·A·D·A·C·A·B — דרושים 5 שערי NAND.
38.
למעגל שבאיור שני מוצאים: X ו-Y. (א) נכתוב את הביטוי של כל מוצא כפי שהוא מופיע במעגל. (ב) נכתוב את טבלת האמת של שני המוצאים. (ג) נתבונן במספר הבינארי YX בכל שורה. מה מחשב המעגל? מה שמו? (ד) נפשט את Y במפת קרנו.
תשובות: (א) X = (A ⊕ B) ⊕ C; Y = (A ⊕ B)·C + A·B (ב) עמודת X: 0110 1001; עמודת Y: 0001 0111 (ג) YX הוא מספר המבואות שערכם 1, כלומר A + B + C בחיבור חשבוני: מסכם מלא, X הסכום ו-Y הנשא היוצא (ד) Y = B·C + A·C + A·B
39.
באיור מסכם של 4 סיביות. המבוא B עובר דרך ארבעה מהפכים (מהפך לכל סיבית), והנשא הנכנס מחובר ל-1. (א) מה מחשב המעגל? נסביר בעזרת המשלים ל-2. (ב) נחשב את המוצא S ואת הנשא היוצא כאשר A = 0101 ו-B = 0011. (ג) נחשב כאשר A = 0011 ו-B = 0101. על מה מעיד הנשא היוצא בשני המקרים?
תשובות: (א) S = A + B + 1 = A − B, כי B + 1 הוא המשלים ל-2 של המספר B (ב) 0101 + 1100 + 1 = 10010 ← S = 0010 (2), Cout = 1 (ג) S = 1110 (−2 במשלים ל-2), Cout = 0; Cout = 1 מעיד על תוצאה לא שלילית (A ≥ B), ו-Cout = 0 על תוצאה שלילית
40.
(א) למשווה של סיבית אחת שלושה מוצאים: G (A > B), E (A = B), L (A < B). נכתוב את טבלת האמת ואת הביטוי של כל מוצא. (ב) נתכנן את המוצא G של משווה בין שני מספרים בני שתי סיביות: A1A0 ו-B1B0. נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי לפי סדר המשתנים A1A0B1B0, ונפשט אותה במפת קרנו. (ג) נסביר במילים כל מכפלה בתוצאה.
תשובות: (א) G = A·B; E = A ⊕ B; L = A·B (ב) G(A1,A0,B1,B0) = Σ(4,8,9,12,13,14); G = A0·B1·B0 + A1·B1 + A1·A0·B0 (ג) המכפלה הראשונה: הסיבית הגבוהה של A גדולה יותר; שתי המכפלות האחרות: הסיביות הגבוהות שוות והסיבית הנמוכה של A גדולה יותר
במפה: A = A1, B = A0, C = B1, D = B0.
41.
נממש את הפונקציה F(A,B,C) = Σ(1,2,4,7) באמצעות מרבב 4:1 בלבד (ומהפך אחד). קווי הבקרה: S1 = A, S0 = B. (א) נחלק את טבלת האמת לארבעה זוגות שורות לפי AB, ונכתוב לכל זוג: האם F שווה ל-0, ל-1, ל-C או ל-C? (ב) נסרטט את המעגל. (ג) איזו פונקציה מוכרת זו?
תשובות: (א) AB = 00: D0 = C; AB = 01: D1 = C; AB = 10: D2 = C; AB = 11: D3 = C (ב) המעגל באיור (ג) F = A ⊕ B ⊕ C — מוצא הסכום של המסכם המלא
42.
נתכנן חלק ממפענח התצוגה: הפונקציה שמפעילה את המקטע e (המקטע השמאלי התחתון). המבואות: ספרה בקוד BCD, ABCD, ו-A היא הסיבית המשמעותית ביותר. (א) באילו ספרות דולק המקטע e? (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי, עם צירופי הברירה. (ג) נפשט במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל.
דלגלג D מדורבן בקצה העולה, ויש לו שני מבואות ישירים הפעילים ברמה נמוכה: PRE לקביעה ו-CLR לאיפוס. בהתחלה Q = 1. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. (ב) מי "חזק" יותר: המבוא D עם השעון, או המבואות הישירים? (ג) מדוע אסור ש-PRE = CLR = 0 בו בזמן?
תשובות: (א) ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 1 0 1 0 1 1 1 0 (ב) המבואות הישירים: הם אסינכרוניים וגוברים על D ועל השעון (ג) כי אנחנו דורשים מן הדלגלג להיות גם 1 וגם 0 — מצב אסור
44.
במעגל שבאיור שער XOR מחובר למבוא D של דלגלג D. (א) נכתוב את משוואת המצב הבא Qn+1. (ב) מה עושה הדלגלג כאשר A = 0? וכאשר A = 1? כמו איזה דלגלג פועל המעגל? (ג) נשלים את דיאגרמת הזמנים. בהתחלה Q = 0.
תשובות: (א) Qn+1 = D = A ⊕ Qn (ב) A = 0: אין שינוי; A = 1: היפוך מצב ← המעגל פועל כמו דלגלג T, והמבוא A הוא T (ג) ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 1 1 0 1 1 0 0 0
45.
אוגר הזזה SIPO של 4 דלגלגי D, כמו בשאלה על האוגר ברמה הראשונה: SI נכנס אל Q3 וההזזה אל Q0. בהתחלה התוכן 0000. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של ארבעת המוצאים. (ב) נכתוב את תוכן האוגר Q3Q2Q1Q0 אחרי הדופק הרביעי ואחרי הדופק השמיני. (ג) בכמה דפקים מפגר Q0 אחרי Q3?
תשובות: (א) הדיאגרמה המלאה באיור (ב) אחרי הרביעי: 1011; אחרי השמיני: 0100 (ג) בשלושה דפקים: כל דלגלג משהה את האות בדופק אחד
46.
נתכנן מונה סינכרוני MOD-5 משלושה דלגלגי D: הוא מונה 0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 0. המצבים 5, 6, 7 אינם מופיעים — צירופי ברירה. (א) נכתוב את טבלת המצבים: המצב הנוכחי Q2Q1Q0 והמצב הבא. (ב) בדלגלג D המצב הבא הוא המבוא: Di = Qi הבא. נפשט את D2, D1 ו-D0 בשלוש מפות קרנו. (ג) נבדוק: נתחיל מ-000 ונחשב חמישה דפקים בעזרת המשוואות. (ד) לאן עובר המונה אם התחיל בטעות מן המצבים 5, 6 או 7?
באיור מונה סינכרוני מעלה של 4 סיביות עם טעינה מקבילית: כאשר LD = 0 המונה אינו מונה, אלא טוען בקצה הבא את המספר שנמצא ב-D3D2D1D0. המוצא TC שווה 1 רק כאשר המונה ב-1111, והוא מחובר דרך מהפך אל LD. המבואות D3D2D1D0 = 1010, והמונה מתחיל מן המספר הזה. (א) נכתוב את רצף המצבים במספרים עשרוניים. (ב) מהו מחזור המונה? (ג) איזה מספר נטען כדי לקבל MOD-10? נכתוב אותו בבינארי. (ד) מה ההבדל בין השיטה הזאת לבין איפוס בעזרת שער NAND ו-CLR?
תשובות: (א) 10 → 11 → 12 → 13 → 14 → 15 → 10 → 11 (ב) 16 − 10 = 6 ← MOD-6 (ג) 16 − 10 = 6, כלומר 0110 (ד) הטעינה כאן סינכרונית — היא מתרחשת בקצה השעון, ולא מופיע מצב קצר מיותר
48.
מכונת כביסה פשוטה היא מכונת מצבים בעלת שלושה מצבים (באיור): S0 המתנה, S1 כביסה, S2 ייבוש. המבוא X הוא לחצן ההפעלה. מתחת לכל מצב רשום הקוד שלו Q1Q0, ועל כל חץ ערך X שגורם למעבר. הקוד 11 אינו בשימוש. (א) נכתוב את טבלת המצבים: לכל מצב ולכל ערך של המבוא X — המצב הבא. (ב) נבנה את המכונה משני דלגלגי D. נפשט את D1 ואת D0 בשתי מפות קרנו למשתנים Q1, Q0, X, עם צירופי הברירה. (ג) המכונה ב-S0, וערכי X דופק אחר דופק: 0 0 1 0 0 1 1 0. נכתוב את רצף המצבים.
שלושה מבחנים מלאים. המבחן הראשון עוסק במערכות צירופים (פרקים 1–7), השני במערכות עקיבה (פרקים 8–11), והשלישי בספר כולו. נפתור כל מבחן בישיבה אחת, כמו בבחינה אמיתית. ציון נמוך מ-70 במבחן פירושו: חוזרים אל "חזרה מהירה" ואל השאלות המסכמות בנושא שטעינו בו.
מבחן 1 — מערכות צירופים (פרקים 1–7):
הנחיות: הזמן המומלץ: 90 דקות · 6 שאלות · סך הכול 100 נקודות. נפתור בלי ספר, נכתוב כל שלב ונסרטט בסרגל. בסיום נבדוק בעזרת מפתח התשובות שאחרי המבחן ונחשב את הציון.
1.
(15 נקודות) (א) נמיר את B616 לשיטה הבינארית ולשיטה העשרונית. (ב) נכתוב את −45 בשיטת המשלים ל-2 ב-8 סיביות. (ג) נחשב 52 − 77 באמצעות חיבור המשלים ל-2 ב-8 סיביות, ונכתוב את ערך התוצאה. (ד) נכתוב את 409 בקוד BCD.
2.
(15 נקודות) נפשט אלגברית, ונכתוב ליד כל שלב את שם הכלל: (א) F = A·B + A·B·C (ב) F = A + B·C (ג) F = (A + B)·(A + C)
3.
(20 נקודות) נתונה הפונקציה F(A,B,C,D) = Σ(0,2,5,7,8,10,13) + d(15). (א) נסרטט את מפת קרנו של הפונקציה. (ב) נכתוב את סכום המכפלות הפשוט ביותר. (ג) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
4.
(20 נקודות) חלון של חממה F נפתח אוטומטית. A = 1 הטמפרטורה גבוהה, B = 1 הלחות גבוהה, C = 1 נושבת רוח חזקה. החלון נפתח כאשר אין רוח חזקה, והטמפרטורה או הלחות גבוהה. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
5.
(15 נקודות) ננתח את המעגל שבאיור. (א) נכתוב את ביטוי המוצא F כפי שהוא מופיע במעגל. (ב) נכתוב את טבלת האמת. (ג) נפשט לסכום מכפלות. (ד) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא F.
6.
(15 נקודות) באיור מרבב 4:1. קווי הבקרה: S1 = A, S0 = B. (א) נכתוב את טבלת האמת של המוצא F לפי המשתנים A, B, C. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט במפת קרנו.
2. (א) A·(B + B·C) = A·(B + C) — הוצאת גורם משותף ואז כלל הצמצום (ב) A·B·C = A·(B + C) = A·B + A·C — דה-מורגן פעמיים ואז פילוג (ג) A + A·C + A·B + B·C = A + B·C — פילוג ואז בליעה
3. (א) המפה באיור (ב) F = B·D + B·D (ג) F = B·D·B·D — דרושים 5 שערי NAND.
4. (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0010 1010 (ב) F(A,B,C) = Σ(2,4,6) (ג) F = B·C + A·C (ד) F = B·C·A·C — דרושים 4 שערי NAND.
5. (א) F = A·B·(B + C) (ב) עמודת F: 0111 0100 (ג) F = B·C + A·B (ד) דיאגרמת הזמנים המלאה:
הנחיות: הזמן המומלץ: 90 דקות · 6 שאלות · סך הכול 100 נקודות. נפתור בלי ספר, נכתוב כל שלב ונסרטט בסרגל. בסיום נבדוק בעזרת מפתח התשובות שאחרי המבחן ונחשב את הציון.
1.
(15 נקודות) (א) מה ההבדל בין מערכת צירופים למערכת עקיבה? (ב) מה ההבדל בין מערכת עקיבה סינכרונית למערכת אסינכרונית? (ג) נשלים את טבלת הדלגלג JK: מהו Qn+1 לכל אחד מארבעת הצירופים של המבואות JK? (ד) דלגלג T במצב Q = 1. הוא מקבל T = 1 בשלושה דפקים ואחר כך T = 0 בשני דפקים. מהו מצבו בסוף?
2.
(20 נקודות) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q בכל אחד משני הדלגלגים. בהתחלה Q = 0. (א) דלגלג D מדורבן בקצה העולה. (ב) דלגלג JK מדורבן בקצה היורד.
3.
(15 נקודות) דלגלג T מדורבן בקצה העולה, ויש לו שני מבואות ישירים PRE ו-CLR הפעילים ברמה נמוכה. בהתחלה Q = 0. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. (ב) אילו מבואות סינכרוניים ואילו אסינכרוניים?
4.
(15 נקודות) אוגר הזזה ימינה של 4 דלגלגי D (באיור). התוכן ההתחלתי Q3Q2Q1Q0 = 0110, והסיביות הנכנסות מ-SI לפי הסדר: 1 1 0 1. (א) נכתוב טבלת מעקב: התוכן אחרי כל דופק. (ב) אילו סיביות יצאו מ-Q0 ואבדו? (ג) כמה דפקים דרושים כדי להחליף את כל התוכן של אוגר בן 8 סיביות?
5.
(20 נקודות) באיור מונה גלי של שלושה דלגלגי JK, J = K = 1, המדורבנים בקצה היורד. בהתחלה כל המוצאים 0. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים. (ב) תדר השעון 40 kHz. מהו התדר של Q2? (ג) רוצים מונה MOD-5: נוסיף שער NAND אל מבואות האיפוס הישירים CLR של הדלגלגים. לאילו מוצאים נחבר את מבואות השער? נכתוב את רצף המצבים החדש. (ד) מדוע המונה הזה נקרא "אסינכרוני"?
6.
(15 נקודות) מערכת עקיבה סינכרונית בנויה משני דלגלגי D המדורבנים בקצה העולה. משוואות המבואות: D0 = Q0 ו-D1 = Q1 ⊕ Q0. בהתחלה Q1Q0 = 00. (א) נכתוב את טבלת המצבים: לכל מצב Q1Q0 — המצב הבא. (ב) נשלים את דיאגרמת הזמנים. (ג) מה תפקיד המערכת?
מפתח התשובות — מבחן 2
1. (א) במערכת צירופים המוצא תלוי במבואות הנוכחיים בלבד; במערכת עקיבה הוא תלוי גם במצב הקודם — יש בה זיכרון (ב) בסינכרונית כל הדלגלגים מקבלים את אותו אות שעון ומשתנים יחד; באסינכרונית לא כולם מחוברים לאותו שעון (ג) 00: Qn; 01: 0; 10: 1; 11: Qn (ד) Q = 0
2. (א) ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 1 0 0 1 1 0 1 0 (ב) ערכי Q אחרי כל קצה יורד: 0 1 0 0 1 1 0
3. (א) ערכי Q אחרי כל קצה עולה: 1 0 0 1 0 0 1 0 (ב) T סינכרוני — משפיע רק בקצה השעון; PRE ו-CLR אסינכרוניים — משפיעים מיד
4. (א) 0110 → 1011 → 1101 → 0110 → 1011 (ב) הסיביות 0 1 1 0 בסדר 0, 1, 1, 0 — כל התוכן הישן (ג) 8 דפקים
5. (א) רצף המצבים Q2Q1Q0: 000 → 001 → 010 → 011 → 100 → 101 → 110 → 111 → 000 (ב) 40 : 8 = 5 kHz (ג) אל Q2 ואל Q0 (המצב 101); 0 → 1 → 2 → 3 → 4 ושוב מהתחלה (ד) כי אות השעון מגיע רק לדלגלג הראשון, וכל דלגלג אחר מדורבן ממוצא הדלגלג שלפניו
הנחיות: הזמן המומלץ: 90 דקות · 6 שאלות · סך הכול 100 נקודות. נפתור בלי ספר, נכתוב כל שלב ונסרטט בסרגל. בסיום נבדוק בעזרת מפתח התשובות שאחרי המבחן ונחשב את הציון.
1.
(15 נקודות) (א) מהו ערך המספר 9C16 אם קוראים אותו כמספר של 8 סיביות ללא סימן? ואם קוראים אותו בשיטת המשלים ל-2? (ב) נחבר 0110 1011 + 0011 1001. נכתוב את התוצאה בבינארי ובעשרוני (ללא סימן). (ג) האם מתרחשת גלישה אם שני המספרים כתובים במשלים ל-2? נסביר. (ד) נכתוב את 75 בקוד BCD, ואילו מקטעים דולקים בכל אחת משתי תצוגות 7 המקטעים?
2.
(15 נקודות) נתונה הפונקציה F(A,B,C,D) = Σ(1,3,7,11,15) + d(0,2,5). (א) נסרטט את מפת קרנו של הפונקציה. (ב) נכתוב את סכום המכפלות הפשוט ביותר. (ג) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
3.
(20 נקודות) כספת בנק F נפתחת במפתחות: A מפתח המנהל, B מפתח סגנו, C ו-D מפתחות של שני פקידים (1 = המפתח במנעול). הכספת נפתחת כאשר מפתח המנהל נמצא יחד עם לפחות מפתח אחד נוסף, או כאשר שלושת המפתחות של הסגן ושל שני הפקידים נמצאים יחד. (א) נכתוב את טבלת האמת. (ב) נכתוב את הפונקציה בייצוג מספרי. (ג) נפשט את הפונקציה במפת קרנו. (ד) נסרטט את המעגל בשערי NAND בלבד.
4.
(15 נקודות) באיור מפענח 3:8 (A הוא המבוא המשמעותי ביותר) ושני שערי OR. (א) נכתוב כל מוצא בייצוג מספרי. (ב) נכתוב את טבלת האמת של שני המוצאים. (ג) נפשט את F2 במפת קרנו. (ד) באיזה צירוף מבואות שני המוצאים הם 1 יחד?
5.
(15 נקודות) דלגלג JK מדורבן בקצה העולה, עם מבוא איפוס ישיר CLR. בהתחלה Q = 0. (א) נשלים את דיאגרמת הזמנים של המוצא Q. (ב) איך הופכים דלגלג JK לדלגלג T? ולדלגלג D?
6.
(20 נקודות) באיור מונה בינארי מעלה של 4 סיביות עם שער NAND המחובר למבוא האיפוס הישיר. מוצאי המונה מחוברים גם למפענח תצוגה ולתצוגת 7 מקטעים. (א) באיזה מצב מתאפס המונה? מהו מחזור המונה? (ב) המונה מתחיל מ-0. איזו ספרה מציגה התצוגה אחרי 43 דפקים, ואילו מקטעים דולקים? (ג) תדר השעון 1 kHz. מהו תדר המוצא Q3? (ד) רוצים למנות מ-00 עד 99. כמה מונים כאלה דרושים, וכמה דלגלגים יש בהם יחד?
מפתח התשובות — מבחן 3
1. (א) 156; −100 (ב) 1010 01002 = 164 (ג) כן: חיברנו שני מספרים חיוביים (107 ו-57) וסיבית הסימן בתוצאה היא 1 — התוצאה גדולה מ-+127 (ד) 0111 0101; הספרה 7: abc; הספרה 5: acdfg
2. (א) המפה באיור (ב) F = C·D + A·D (יש פתרון נוסף עם אותו מספר ליטרלים) (ג) F = C·D·A·D — דרושים 4 שערי NAND.
3. (א) עמודת F מלמעלה למטה: 0000 0001 0111 1111 (ב) F(A,B,C,D) = Σ(7,9,10,11,12,13,14,15) (ג) F = B·C·D + A·D + A·C + A·B (ד) F = B·C·D·A·D·A·C·A·B — דרושים 5 שערי NAND.
במעבדה בונים ארבע מערכות קטנות. כל מערכת משלבת כמה מעגלים שלמדנו: מחולל דפקים, מונה או אוגר, מערכת צירופים ותצוגה. לפני שבונים מתכננים על הדף: נקרא את תרשים המלבנים, נענה על שאלות התכנון לפי הסדר, ואז נבדוק בעזרת התשובות שאחריהן.
פרויקטון 1 — אורות רצים:
ארבע נוריות LED בשורה. בכל רגע דולקת נורית אחת בלבד, והאור "רץ" מנורית אל זו שלידה. מחולל חיצוני מספק גל ריבועי, והוא אות השעון של מונה טבעת; כל מוצא של המונה מפעיל נורית אחת.
תרשים המלבנים של האורות הרצים
מונה הטבעת: אוגר הזזה שמוצאו האחרון Q0 חוזר אל מבוא הדלגלג הראשון
הרכיב
כמות
התפקיד
מחולל גל ריבועי (חיצוני)
1
אות השעון
דלגלג D עם מבואות ישירים PRE ו-CLR
4
מונה הטבעת
נורית LED עם נגד
4
התצוגה
לחצן
1
קביעת המצב ההתחלתי
שאלות התכנון:
כמה דלגלגים דרושים לארבע נוריות? וכמה לשמונה נוריות?
בהפעלת המעגל התוכן צריך להיות Q3Q2Q1Q0 = 1000. איך מקבלים את המצב הזה בעזרת המבואות הישירים ולחצן אחד?
נכתוב טבלת מעקב לשמונה דפקים, ונסרטט את דיאגרמת הזמנים של ארבעת המוצאים.
רוצים שכל נורית תדלוק 0.25 s. מהו תדר השעון הדרוש? וכמה שניות נמשך מחזור שלם?
מה רואים אם המצב ההתחלתי הוא 0000? ואם הוא 1100?
נבנה את אותה מערכת בדרך אחרת: מונה בינארי ומפענח. כמה דלגלגים דרושים עכשיו לארבע נוריות? איזה מפענח?
כל נורית LED צורכת 10 mA והמתח עליה 2 V, ומוצא הדלגלג מספק 5 V. איזה נגד נחבר בטור לנורית?
תשובות לשאלות התכנון — פרויקטון 1
1. דלגלג לכל נורית: 4, ו-8 לשמונה נוריות.
2. נחבר את הלחצן אל PRE של הדלגלג הראשון ואל CLR של שלושת הדלגלגים האחרים: לחיצה אחת נותנת 1000.
4. כל דופק מעביר את האור נורית אחת, ולכן זמן המחזור של השעון 0.25 s: f = 10.25 = 4 Hz. מחזור שלם: 4·0.25 = 1 s.
5.0000: שום נורית אינה דולקת לעולם. 1100: שתי נוריות סמוכות רצות יחד: 1100 → 0110 → 0011 → 1001 → 1100.
6. שני דלגלגים בלבד (מונה MOD-4) ומפענח 2:4. לשמונה נוריות: 3 דלגלגים ומפענח 3:8.
7.R = 5 − 20.01 = 300 Ω
פרויקטון 2 — מונה מעלה/מטה עם תצוגה:
כל לחיצה על לחצן מגדילה באחד את המספר המוצג: 0, 1, 2 ... 9 ושוב מהתחלה 0. הלחצן הוא אות השעון של מונה בינארי של 4 סיביות, מוצאי המונה נכנסים למפענח התצוגה, והוא מפעיל תצוגת 7 מקטעים.
תרשים המלבנים של המונה עם התצוגה
המונה: שער NAND מאפס אותו ב-1010
מן המונה אל התצוגה
הרכיב
כמות
התפקיד
לחצן
1
דופק המנייה
נועל SR (שני שערי NAND)
1
מניעת ריתוד הלחצן
מונה בינארי של 4 סיביות
1
המנייה
שער NAND בעל שני מבואות
1
קביעת מחזור המונה
מפענח תצוגה BCD / 7 מקטעים
1
המרת המספר למקטעים
תצוגת 7 מקטעים עם 7 נגדים
1
התצוגה
שאלות התכנון:
כשלוחצים על לחצן מכני, המגעים שלו נוגעים זה בזה כמה פעמים בתוך שברירי שנייה ("ריתוד"). מה רואה המונה אם נחבר אליו את הלחצן ישירות? איך פותרים את הבעיה?
המונה הבינארי של 4 סיביות מונה מ-0 עד 15. לאילו מוצאים נחבר שער NAND כדי שימנה מ-0 עד 9 בלבד?
נשלים את הטבלה: לכל ספרה מ-0 עד 9 — ערכי Q3Q2Q1Q0 וערכי המוצאים a עד g (1 = המקטע דולק).
כמה מקטעים דולקים בספרה 8? ובספרה 1? איזו ספרה צורכת הכי מעט זרם?
נוסיף מתג לכיוון המנייה. במנייה מטה הוא מונה 9, 8 ... 0 ואחר כך 9. אחרי האפס המונה הבינארי עובר ל-1111. מה עושים כדי שיעבור ל-9?
המונה ב-7 ומונה מעלה. איזו ספרה מוצגת אחרי 18 לחיצות? ואיזו ספרה אם הוא מונה מטה?
תשובות לשאלות התכנון — פרויקטון 2
1. הוא רואה כמה דפקים בכל לחיצה, ולכן המספר קופץ בכמה ספרות. הפתרון: מעגל מניעת ריתוד — נועל SR זוכר את המגע הראשון ומתעלם מן השאר.
2. אל Q3 ואל Q1: ב-1010 (המספר 10) המונה מתאפס מיד — MOD-10.
3. הטבלה:
Dec
Q3Q2Q1Q0
a
b
c
d
e
f
g
0
0000
1
1
1
1
1
1
0
1
0001
0
1
1
0
0
0
0
2
0010
1
1
0
1
1
0
1
3
0011
1
1
1
1
0
0
1
4
0100
0
1
1
0
0
1
1
5
0101
1
0
1
1
0
1
1
6
0110
1
0
1
1
1
1
1
7
0111
1
1
1
0
0
0
0
8
1000
1
1
1
1
1
1
1
9
1001
1
1
1
1
0
1
1
4. הספרה 8: 7 מקטעים; הספרה 1: שני מקטעים בלבד (2), והיא שצורכת הכי מעט זרם.
5. נזהה את המצב 1111 בשער NAND בעל ארבעה מבואות, ומוצאו מפעיל טעינה מקבילית של המספר 1001.
6. מעלה: 7 + 18 = 25, והשארית בחלוקה ב-10 היא 5. מטה: 18 לחיצות הן מחזור שלם (10) ועוד שמונה לחיצות: 7 → 9.
פרויקטון 3 — שעון ל-60 דקות:
שעון ספרתי מציג דקות ושניות על ארבע תצוגות: מ-00:00 עד 59:59. מחולל מספק דופק בכל שנייה (1 Hz). ארבעה מונים מחוברים בשרשרת: אחדות השניות, עשרות השניות, אחדות הדקות ועשרות הדקות; כל מונה מתקדם כאשר המונה שלפניו חוזר לאפס.
שעון הדקות והשניות: הדפקים נכנסים מימין, וכל מונה שולח קוד BCD אל מפענח התצוגה ואל התצוגה שלו. מוצג: 25:40
הרכיב
כמות
התפקיד
מחולל דפקים 1 Hz
1
דופק בכל שנייה
מונה MOD-10
2
אחדות השניות ואחדות הדקות
מונה MOD-6
2
עשרות השניות ועשרות הדקות
מפענח תצוגה + תצוגת 7 מקטעים
4
התצוגה
לחצנים
2
כיוון השעה ואיפוס
משווה (לשעון מעורר, רשות)
1
השוואת הזמן לזמן המעורר
שאלות התכנון:
כמה דלגלגים בכל מונה, וכמה דלגלגים בשעון כולו?
מהו תדר הדפקים הנכנסים לכל אחד מארבעת המונים?
מונה העשרות מונה 0 עד 5. לאילו מוצאים נחבר את שער ה-NAND שמאפס אותו?
אחרי כמה שניות חוזר השעון ל-00:00?
מפעילים את השעון מ-00:00. מה הוא מציג אחרי 1000 דפקים? ואחרי 3725 דפקים?
רוצים שהשעון יתחיל מ-25:40. נכתוב את קוד ה-BCD שנטען בטעינה מקבילית בכל מונה.
דרך פשוטה יותר לכיוון השעה: לחצן שמחבר דפקים מהירים אל מונה הדקות. נסביר איך זה פועל.
השעון המעורר (רשות): בוחרים זמן בעזרת מתגים, ומעגל משווה אותו לתוכן המונים. כמה סיביות משווים? מאילו שערים בונים את ההשוואה?
תשובות לשאלות התכנון — פרויקטון 3
1.MOD-10: 4 דלגלגים; MOD-6: 3 דלגלגים. בסך הכול 4 + 3 + 4 + 3 = 14 דלגלגים.
2. אחדות השניות: 1 Hz; עשרות השניות: 110 Hz; אחדות הדקות: 160 Hz (דופק בכל דקה); עשרות הדקות: 1600 Hz.
6. עשרות הדקות 2: 010; אחדות הדקות 5: 0101; עשרות השניות 4: 100; אחדות השניות 0: 0000
7. מרבב 2:1 במבוא השעון של מונה אחדות הדקות: במצב הרגיל הוא בוחר בדופק המגיע ממונה השניות, ובלחיצה על הלחצן הוא בוחר בדפקים מהירים (למשל 2 Hz), וכך הדקות מתקדמות במהירות.
8. משווים 4 + 3 + 4 + 3 = 14 סיביות. לכל זוג סיביות שער XNOR (נותן 1 כשהן שוות), וכל המוצאים שלהם נכנסים לשער AND אחד: מוצאו 1 רק כאשר כל הסיביות שוות — ואז פועל המעורר.
פרויקטון 4 — בקרת רמזור:
ברמזור לכלי רכב שלוש נורות: אדום R, צהוב Y וירוק G. הרמזור הוא מכונת מצבים בעלת ארבעה מצבים שחוזרים על עצמם: ירוק, צהוב, אדום, אדום עם צהוב. נבנה אותו ממונה של 3 סיביות שמונה 0 עד 7 (כל מנייה נמשכת 5 s), וממערכת צירופים שקובעת לפי ערך המונה איזו נורה דולקת.
תרשים המלבנים של הרמזור
דיאגרמת המצבים: בכל מצב רשום שם הנורה הדולקת, ומתחתיו ערכי המונה שבהם המכונה נשארת במצב הזה
הרכיב
כמות
התפקיד
מחולל דפקים (דופק כל 5 s)
1
אות השעון
מונה סינכרוני של 3 סיביות
1
זיכרון המצב והתזמון
שערי NAND / AND / NOT
לפי התכנון
מערכת הצירופים של הנורות
נורות: אדום, צהוב, ירוק
3
הרמזור
לחצן ונועל SR (להרחבה)
1
בקשת הולכי רגל
שאלות התכנון:
כמה שניות נמשך כל מצב, וכמה שניות נמשך המחזור המלא של הרמזור?
נכתוב את טבלת האמת: לכל ערך של המונה Q2Q1Q0 — ערכי המוצאים R, Y, G.
נפשט את שלוש הפונקציות במפות קרנו.
נסרטט את דיאגרמת הזמנים של שלושת המוצאים במשך שמונה דפקים, החל מ-000.
האם ייתכן שהאדום והירוק ידלקו יחד? נבדוק בעזרת המשוואות.
הרחבה — רמזור להולכי רגל: נוסיף להולכי הרגל נורה ירוקה P, שדולקת רק כאשר רמזור הרכב אדום לבדו, ולא במנייה האחרונה (המניות 4 ו-5). נכתוב את הפונקציה ונפשט. הנורה האדומה: P.
הרחבה — לחצן להולכי רגל: רוצים שיישאר ירוק לרכב עד שהולך רגל ילחץ על הלחצן. נציע דרך.
תשובות לשאלות התכנון — פרויקטון 4
1. ירוק: 3·5 = 15 s; צהוב: 5 s; אדום: 15 s; אדום עם צהוב: 5 s. המחזור המלא: 8·5 = 40 s.
2. הטבלה (עם עמודת הולכי הרגל P משאלה 6):
Q2
Q1
Q0
R
Y
G
P
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
3.R = Q2; Y = Q1·Q0; G = Q2·Q0 + Q2·Q1 = Q2·Q1·Q0
במפות: A = Q2, B = Q1, C = Q0.
4. דיאגרמת הזמנים:
5. לא: R = Q2, ובכל מכפלה של G מופיע Q2, ולכן R·G = 0 תמיד.
6.P(Q2,Q1,Q0) = Σ(4,5); P = Q2·Q1
7. נועל SR זוכר את הלחיצה: הלחצן קובע אותו (W = 1), והמוצא P מאפס אותו. נעצור את המונה בסוף הירוק (המנייה 2) כל עוד W = 0: מבוא האפשור של המונה EN = W + Q2·Q1·Q0. בלי בקשה הרמזור נשאר ירוק; אחרי הלחיצה המונה משלים את המחזור, ובאדום הנועל מתאפס.