الأنظمة الرقمية · الفصل 12 — مراجعة شاملة، اختبارات ذاتية ومشاريعחזרה כללית, מבחנים ופרויקטונים · מערכות ספרתיות · סמל מקצוע 11.002⌂📚🏠
الفصل 12
مراجعة شاملة، اختبارات ذاتية ومشاريع
חזרה כללית, מבחנים ופרויקטונים
تمرين شامل
وصلنا إلى نهاية الكتاب. في هذا الفصل لا نتعلم شيئا جديدا: نتمرن. نبدأ بمراجعة سريعة لكل فصل، ثم نحل أسئلة شاملة تربط عدة فصول معا، كما في الامتحان، ثم نمتحن أنفسنا بثلاثة اختبارات كاملة، وفي النهاية نصمم أربعة مشاريع صغيرة — الأنظمة التي نبنيها في المختبر.
في نهاية هذا الفصل سنعرف أن:
نحل بسرعة وبثقة تمارين قصيرة من كل فصول الكتاب.
ننتقل من وصف كلامي إلى جدول صواب، إلى خريطة كارنو، إلى دائرة من بوابات NAND وإلى مخطط زمن.
نحلل دائرة تتابعية: قلّابات، مسجِّلات وعدّادات، ونرسم مخطط الزمن لها.
نمتحن أنفسنا في 90 دقيقة ونفحص الإجابات بمفتاح الإجابات.
نصمم نظاما رقميا كاملا من مخطط صندوقي: أضواء متحركة، عدّاد مع شاشة عرض، ساعة وإشارة ضوئية.
חזרה מהירה – مراجعة سريعة (Quick Review)
لكل فصل من الفصول الأحد عشر صندوق تدريب واحد. نحل كل صندوق في عشر دقائق تقريبا، بدون أن ننظر إلى الإجابات، ثم نفحص. صندوق أخطأنا فيه أكثر من مرتين — نرجع إلى فصله قبل أن نكمل.
كل سؤال هنا يربط عدة فصول معا ويتكون من عدة بنود، كما في الامتحان. نحل على ورقة: نكتب جدول الصواب كاملا، نرسم الخريطة والدائرة، ونكمل مخطط الزمن. تحت كل سؤال الإجابات النهائية، ومعها الخريطة، الدائرة أو مخطط الزمن الكامل.
أسئلة للتمرين:
المستوى الأول — أساسي
1.
لجنة من ثلاثة حكّام A ، B ، C. كل حكم يضغط على زر (1 = موافق). المصباح F يضيء عندما يوافق حكمان على الأقل. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0001 0111 (ب) F(A,B,C) = Σ(3,5,6,7) (ج) F = B·C + A·C + A·B (د) F = B·C·A·C·A·B — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
2.
نظام إنذار في بيت: A مفتاح تشغيل النظام (1 = النظام يعمل)، B مجسّ الباب و C مجسّ الشباك (1 = مفتوح). الصفارة F تعمل عندما يكون النظام يعمل والباب أو الشباك مفتوحا. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0111 (ب) F(A,B,C) = Σ(5,6,7) (ج) F = A·C + A·B (د) F = A·C·A·B — نحتاج إلى 3 بوابات NAND.
3.
مضخة ماء F ترفع الماء من بئر إلى خزان. A = 1 عندما الخزان ممتلئ، B = 1 عندما يوجد ماء في البئر، C = 1 عندما المفتاح اليدوي مضغوط. المضخة تعمل فقط إذا كان في البئر ماء؛ وعندها تعمل إذا كان الخزان غير ممتلئ أو إذا ضُغط المفتاح اليدوي. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0011 0001 (ب) F(A,B,C) = Σ(2,3,7) (ج) F = B·C + A·B (د) F = B·C·A·B — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
4.
عدّاد يعرض عدد القطع في صندوق على شاشتي عرض ذواتي سبع قطع. العدد المخزون في الذاكرة هو 3E16. (أ) نحوّل العدد إلى النظام الثنائي. (ب) نحوّله إلى النظام العشري. (ج) نكتبه بشيفرة BCD. (د) أي قطع تضيء في كل شاشة؟
الإجابات: (أ) 0011 11102 (ب) 6210 (ج) 0110 0010BCD (د) الرقم 6: القطع acdefg ؛ الرقم 2: القطع abdeg
5.
مفكّك شيفرة العرض يستقبل رقما بشيفرة BCD (DCBA ، و A هو البت الأدنى وزنا) ويشغّل القطع a حتى g (1 = القطعة تضيء). نكمل صفوف الجدول للأرقام 1 ، 4 ، 7 ، 9: ما هي قيم المداخل DCBA وما هي قيم المخارج abcdefg ؟
في الدائرة التي في الرسم ثلاث بوابات NAND. (أ) نكتب تعبير المخرج F كما يظهر في الدائرة. (ب) نبسّط التعبير بقانون دي مورغان. (ج) نكتب عمود F في جدول الصواب. (د) بأي بوابتين فقط نستطيع بناء نفس الدالة؟
الإجابات: (أ) F = A·B·A·C (ب) F = A·B + A·C = A·(B + C) (ج) 0000 0111 (د) بوابة OR واحدة للمدخلين B و C ، وبعدها بوابة AND مع A
7.
جامع من 4 بتات مبني من أربعة جوامع كاملة (الرسم). المداخل: A3A2A1A0 = 1011 و B3B2B1B0 = 0110. (أ) ما هو الحمل الخارج من كل مرحلة: C1 ، C2 ، C3 ، C4 ؟ (ب) ما هو المجموع S3S2S1S0 ؟ (ج) نفحص النتيجة في النظام العشري، للأعداد بدون إشارة. (د) إذا كانت الأعداد مكتوبة بالمتمم إلى 2 — ما هي العملية وما نتيجتها؟
ناخب 4:1 مداخل المعطيات فيه موصولة إلى قيم ثابتة (الرسم)، وخطا الاختيار موصولان إلى الإشارتين A و B. (أ) نكتب جدول الصواب للمخرج F. (ب) أي بوابة واحدة تعطي نفس الدالة؟ (ج) نكمل مخطط الزمن للمخرج F.
الإجابات: (أ) عمود F: 1001 (ب) بوابة XNOR: F = A ⊕ B (ج) مخطط الزمن الكامل:
9.
قلّاب D يعمل عند الحافة الصاعدة للساعة. في البداية Q = 0. نكمل مخطط الزمن للمخرجين Q و Q.
الإجابات: قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 0 1 1 0 1 0 0 1
10.
قلّاب T يعمل عند الحافة الهابطة للساعة. في البداية Q = 0. نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. كم مرة عكس القلّاب حالته؟
الإجابات: قيم Q بعد كل حافة هابطة: 1 1 0 1 1 0 1 ؛ عكس حالته 5 مرات
11.
مسجِّل إزاحة من 4 قلّابات D (الرسم): المدخل التسلسلي SI يدخل إلى القلّاب الأيسر Q3 ، والإزاحة إلى اليمين نحو Q0. في البداية المحتوى 0000. تدخل البتات بالترتيب: 1 0 1 1. (أ) نكتب جدول التتبع: المحتوى Q3Q2Q1Q0 بعد كل نبضة. (ب) بعد كم نبضة يظهر البت الأول في Q0 ؟ (ج) أي نوع مسجِّل هذا إذا قرأنا المخارج الأربعة معا؟
عدّاد غير متزامن (تموّجي) من ثلاثة قلّابات JK ، J = K = 1 ، تعمل عند الحافة الهابطة (الرسم). Q0 هو البت الأدنى وزنا. في البداية Q2Q1Q0 = 000. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخارج الثلاثة. (ب) ما هي دورة العدّ (MOD)؟ (ج) تردد الساعة 8 kHz. ما هو تردد كل مخرج؟
مخطط الحالات في الرسم يصف آلة حالات بأربع حالات؛ تحت اسم كل حالة قيمة المخرجين Q1Q0. على كل سهم مكتوبة قيمة المدخل X التي تسبب الانتقال. (أ) ماذا تفعل الآلة عندما X = 1 ؟ وعندما X = 0 ؟ (ب) الآلة في الحالة S0 ، وقيم X نبضة بعد نبضة هي: 1 1 0 1 1 1 0 0. نكتب تسلسل الحالات. (ج) كم قلّابا نحتاج لبناء الآلة؟
الإجابات: (أ) X = 1: تعدّ إلى الأعلى ؛ X = 0: تعدّ إلى الأسفل — عدّاد تصاعدي/تنازلي MOD-4 (ب) S0 → S1 → S2 → S1 → S2 → S3 → S0 → S3 → S2 (ج) قلّابين، لأن 22 = 4
المستوى الثاني — متوسط
14.
جرس تحذير F في سيارة. A = 1 المحرك يعمل، B = 1 السائق جالس، C = 1 حزام الأمان مربوط، D = 1 الباب مغلق. الجرس يعمل عندما المحرك يعمل و: السائق جالس بدون حزام، أو الباب غير مغلق. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0000 1010 1110 (ب) F(A,B,C,D) = Σ(8,10,12,13,14) (ج) F = A·D + A·B·C (د) F = A·D·A·B·C — نحتاج إلى 5 بوابات NAND.
15.
دائرة تستقبل عددا ثنائيا من 4 بتات ABCD (A هو البت الأعلى وزنا). المخرج F = 1 عندما يكون العدد أوليا: 2 ، 3 ، 5 ، 7 ، 11 ، 13. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0011 0101 0001 0100 (ب) F(A,B,C,D) = Σ(2,3,5,7,11,13) (ج) F = B·C·D + B·C·D + A·C·D + A·B·C (يوجد حل آخر بنفس عدد الحروف) (د) F = B·C·D·B·C·D·A·C·D·A·B·C — نحتاج إلى 8 بوابات NAND.
16.
دائرة تستقبل رقما عشريا بشيفرة BCD : ABCD. المخرج F = 1 عندما الرقم 5 أو أكبر. التركيبات من 1010 حتى 1111 لا تظهر أبدا — هي حالات لامبالاة. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0111 11XXXXXX (ب) F(A,B,C,D) = Σ(5,6,7,8,9) + d(10,11,12,13,14,15) (ج) F = B·D + B·C + A (د) F = B·D·B·C·A — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
17.
محرك مصعد F. A و B زرّا الطلب في الطابقين (1 = مضغوط)، C = 1 حمل زائد، D = 1 الباب مغلق. المصعد يتحرك عندما الباب مغلق، لا يوجد حمل زائد، وأحد الزرين على الأقل مضغوط. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0100 0100 0100 (ب) F(A,B,C,D) = Σ(5,9,13) (ج) F = B·C·D + A·C·D (د) F = B·C·D·A·C·D — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
18.
نحلل الدائرة التي في الرسم. (أ) نكتب تعبير المخرج F كما يظهر في الدائرة. (ب) نكتب جدول الصواب. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نكمل مخطط الزمن للمخرج F.
الإجابات: (أ) F = (A + B)·C + A·C (ب) عمود F: 0010 1111 (ج) F = B·C + A (د) مخطط الزمن الكامل:
19.
في الدائرة التي في الرسم ثلاث بوابات NOR. (أ) نكتب تعبير المخرج F كما يظهر في الدائرة. (ب) نبسّط بقانون دي مورغان حتى نحصل على حاصل ضرب مجموعين. (ج) نكتب جدول الصواب ونبسّط إلى مجموع حواصل ضرب. (د) نرسم الدالة المبسطة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) F = A + B + B + C (ب) F = (A + B)·(B + C) (ج) عمود F: 0011 0111 ؛ F = B + A·C (د) F = B·A·C
20.
طالب بسّط الدالة F = A·B + A·B + A·B هكذا: السطر الأول F = A·(B + B) + A·B ؛ السطر الثاني F = A + A·B ؛ السطر الثالث F = A·B. (أ) في أي سطر الخطأ؟ (ب) ما هي النتيجة الصحيحة، وبأي قاعدة؟ (ج) نفحص بجدول الصواب: نكتب عمود الدالة الأصلية وعمود نتيجة الطالب.
الإجابات: (أ) في السطر الثالث (ب) A + A·B = A + B — قاعدة الاختصار (الامتصاص) (ج) الدالة الأصلية: 0111 ؛ نتيجة الطالب: 0001 — العمودان مختلفان
21.
ميزان حرارة رقمي يحسب الفرق بين قياسين: 37 − 58 ، بـ 8 بتات وبطريقة المتمم إلى 2. (أ) نكتب العددين في النظام الثنائي. (ب) نحسب الطرح بواسطة جمع المتمم إلى 2. (ج) ما هي قيمة النتيجة؟ (د) الشاشة تعرض مقدار النتيجة على شاشتي سبع قطع، ومصباح خاص يدل على الإشارة. نكتب المقدار بشيفرة BCD ، وأي قطع تضيء؟
الإجابات: (أ) 0010 0101 و 0011 1010 (ب) 0010 0101 + 1100 0110 = 1110 1011 (ج) بت الإشارة 1 ← النتيجة سالبة: −21 (د) 0010 0001BCD ؛ الرقم 2: abdeg ؛ الرقم 1: bc ؛ مصباح الإشارة يضيء
22.
في الرسم جامع كامل مبني من جامعين نصفيين وبوابة OR. في كل جامع نصفي: S = A ⊕ B و C = A·B. (أ) نكتب تعبير المجموع S وتعبير الحمل الخارج Cout كما يخرجان من الدائرة. (ب) نكتب جدول الصواب للمخرجين. (ج) نبسّط Cout بخريطة كارنو ونتأكد أنه يساوي التعبير من البند (أ).
الإجابات: (أ) S = (A ⊕ B) ⊕ Cin ؛ Cout = A·B + (A ⊕ B)·Cin (ب) عمود S: 0110 1001 ؛ عمود Cout: 0001 0111 (ج) Cout = A·B + A·Cin + B·Cin
23.
نبني الدالة F(A,B,C) = Σ(0,3,5,6) بواسطة ناخب 8:1. خطوط الاختيار: S2 = A ، S1 = B ، S0 = C. (أ) إلى أي قيمة نوصل كل مدخل معطيات D0 حتى D7 ؟ (ب) نرسم الدائرة. (ج) هل نحتاج إلى بوابات إضافية؟
الإجابات: (أ) D0D1 ... D7 = 10010110 (ب) الدائرة في الرسم (ج) لا — المدخل Di يساوي قيمة الدالة في الصف i من جدول الصواب
24.
نبني جامعا كاملا بواسطة مفكّك شيفرة 3:8 وبوابتي OR (الرسم). مداخل المفكّك: A ، B ، C (A الأعلى وزنا، و C هو الحمل الداخل). (أ) نكتب المخرجين بالتمثيل العددي. (ب) أي مخارج من المفكّك تدخل إلى بوابة المجموع S ، وأيها إلى بوابة الحمل Cout ؟ (ج) أي مخرج من المفكّك موصول إلى البوابتين معا، ولماذا؟
الإجابات: (أ) S(A,B,C) = Σ(1,2,4,7) ؛ Cout(A,B,C) = Σ(3,5,6,7) (ب) إلى S: Y1 ، Y2 ، Y4 ، Y7 ؛ إلى Cout: Y3 ، Y5 ، Y6 ، Y7 (ج) Y7 : عندما A = B = C = 1 المجموع 1 والحمل 1
25.
قلّاب JK يعمل عند الحافة الهابطة للساعة. في البداية Q = 0. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. (ب) عند أي نبضات كان القلّاب في وضع عكس الحالة (J = K = 1)؟
الإجابات: (أ) قيم Q بعد كل حافة هابطة: 1 1 0 0 0 1 1 (ب) عند النبضات: 1 ، 3 ، 6
26.
قلّاب T مدخله T = 1 دائما، يعمل عند الحافة الصاعدة، وله مدخل تصفير مباشر CLR فعّال في المستوى المنخفض. في البداية Q = 0. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. (ب) لماذا تغيّر Q مرة بدون حافة ساعة؟
الإجابات: (أ) قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 1 0 1 0 1 0 1 0 (ب) عندما CLR = 0 القلّاب يتصفّر فورا: المدخل المباشر غير متزامن ولا ينتظر الساعة
27.
في الرسم قلّاب D مخرجه Q موصول إلى مدخله D. في البداية Q = 0. (أ) ماذا يحدث للمخرج Q عند كل حافة صاعدة؟ (ب) نكمل مخطط الزمن. (ج) تردد الساعة 50 Hz. ما هو تردد Q ؟ (د) مثل أي قلّاب تعمل هذه الدائرة؟
الإجابات: (أ) D = Q ، فالقلّاب يعكس حالته عند كل حافة (ب) المخطط الكامل في الرسم (ج) 25 Hz — مقسِّم تردد على 2 (د) مثل قلّاب T مع T = 1
28.
مسجِّل إزاحة إلى اليمين من 4 بتات، والمدخل التسلسلي موصول إلى 0. المحتوى الابتدائي Q3Q2Q1Q0 = 1011. (أ) نكتب المحتوى بعد كل نبضة، حتى يفرغ المسجِّل. (ب) نكتب القيمة العشرية للمحتوى بعد كل نبضة. ماذا تفعل إزاحة واحدة إلى اليمين بالعدد؟ (ج) أي بت يخرج من Q0 في كل نبضة؟
الإجابات: (أ) 1011 → 0101 → 0010 → 0001 → 0000 (ب) 11 → 5 → 2 → 1 → 0 — كل إزاحة إلى اليمين تقسم العدد على 2 (بدون الباقي) (ج) 1 ، 1 ، 0 ، 1 — بتات العدد من الأدنى وزنا إلى الأعلى
29.
في الرسم مسجِّل إزاحة مخرجه الأخير Q0 موصول إلى مدخل القلّاب الأول (عدّاد حلقي). المحتوى الابتدائي Q3Q2Q1Q0 = 1000. (أ) نكتب المحتوى بعد كل نبضة، خمس نبضات. (ب) بعد كم نبضة يرجع المحتوى إلى البداية؟ (ج) ماذا يحدث إذا كان المحتوى الابتدائي 0000 ؟ (د) تردد الساعة 2 Hz. كم ثانية يبقى كل مخرج في 1 ؟
الإجابات: (أ) 1000 → 0100 → 0010 → 0001 → 1000 → 0100 (ب) بعد 4 نبضات — دورة العدّ 4 (ج) يبقى 0000 دائما (د) 0.5 s
30.
مسجِّل PISO من 4 بتات (الرسم): عند LOAD = 1 يُحمَّل العدد D3D2D1D0 = 1101 دفعة واحدة، وبعدها عند كل حافة صاعدة يُزاح المحتوى إلى اليمين ويدخل 0 من اليسار. المخرج التسلسلي SO هو Q0. (أ) نكتب محتوى المسجِّل بعد التحميل وبعد كل نبضة إزاحة. (ب) بأي ترتيب تخرج البتات من SO ؟ (ج) كم نبضة إزاحة نحتاج بعد التحميل لكي تخرج كل البتات؟
الإجابات: (أ) 1101 → 0110 → 0011 → 0001 → 0000 (ب) 1 ، 0 ، 1 ، 1 — البت الأدنى وزنا أولا (ج) بعد التحميل البت الأول موجود في SO ، وثلاث نبضات إزاحة تُخرج البتات الثلاثة الباقية؛ نبضة رابعة تفرغ المسجِّل
31.
في العدّاد التموّجي الذي في الرسم ساعة كل قلّاب موصولة إلى المخرج Q للقلّاب الذي قبله. القلّابات تعمل عند الحافة الهابطة و J = K = 1. في البداية Q2Q1Q0 = 000. (أ) نكمل مخطط الزمن. (ب) نكتب تسلسل الحالات بالأعداد العشرية. (ج) أي عدّاد هذا؟
الإجابات: (أ) المخطط الكامل في الرسم (ب) 0 → 7 → 6 → 5 → 4 → 3 → 2 → 1 → 0 (ج) عدّاد تنازلي غير متزامن MOD-8
32.
في الرسم عدّاد ثنائي تصاعدي من 4 بتات مع مدخل تصفير مباشر CLR. بوابة NAND موصولة إلى Q2 و Q1. (أ) عند أي حالة يصبح مخرج بوابة NAND صفرا؟ (ب) نكتب تسلسل الحالات. ما هي دورة العدّ؟ (ج) لماذا لا نعدّ الحالة 0110 ضمن الدورة؟ (د) إلى أي مخارج نوصل البوابة لنحصل على MOD-10 ؟ وعلى MOD-12 ؟
الإجابات: (أ) Q3Q2Q1Q0 = 0110 (العدد 6) (ب) 0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 5 ثم من جديد — MOD-6 (ج) لأنها تظهر لحظة قصيرة جدا فقط: فور ظهورها يتصفّر العدّاد (د) MOD-10: Q3 و Q1 (1010) ؛ MOD-12: Q3 و Q2 (1100)
33.
عدّاد MOD-10 موصول إلى مفكّك شيفرة العرض وإلى شاشة سبع قطع (الرسم). العدّاد يبدأ من 0. (أ) أي رقم تعرض الشاشة بعد 27 نبضة؟ (ب) ما هي قيم Q3Q2Q1Q0 عندها؟ (ج) أي قطع تضيء؟ (د) نضيف عدّادا ثانيا MOD-6 للعشرات يتقدم كلما رجع عدّاد الآحاد إلى 0. ماذا تعرض الشاشتان بعد 137 نبضة من البداية؟ (هـ) تردد الساعة 10 Hz. ما هو تردد المخرج Q3 لعدّاد الآحاد؟
نحلل الدائرة التتابعية التي في الرسم: قلّابان D يعملان عند الحافة الصاعدة لنفس الساعة. في البداية Q1Q0 = 00. (أ) نكتب معادلتي المدخلين D0 و D1. (ب) نكتب تسلسل الحالات Q1Q0. (ج) كم حالة في الدورة؟ ما المميز في ترتيب الحالات؟ (د) نكمل مخطط الزمن. (هـ) هل الدائرة متزامنة أم غير متزامنة؟
الإجابات: (أ) D0 = Q1 ؛ D1 = Q0 (ب) 00 → 01 → 11 → 10 → 00 → 01 (ج) 4 حالات؛ بين كل حالة والتي بعدها يتغير بت واحد فقط (د) المخطط الكامل في الرسم (هـ) متزامنة: القلّابان يستقبلان نفس إشارة الساعة
المستوى الثالث — تحدٍّ
35.
مصباح درج F نتحكم به من ثلاثة مفاتيح A ، B ، C في ثلاثة طوابق. تغيير وضع أي مفتاح يعكس حالة المصباح، وعندما كل المفاتيح في 0 المصباح مطفأ. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي ونرسم خريطة كارنو. هل يمكن تكوين مجموعات؟ (ج) نكتب الدالة ببوابات XOR. (د) كم بوابة NAND نحتاج لبناء مجموع حواصل الضرب؟
الإجابات: (أ) عمود F: 0110 1001 (ب) F(A,B,C) = Σ(1,2,4,7) ؛ لا توجد خانتان متجاورتان فيهما 1 ، فلا يوجد تبسيط: F = A·B·C + A·B·C + A·B·C + A·B·C (ج) F = A ⊕ B ⊕ C (د) 8: أربع بوابات للحدود، واحدة للجمع وثلاث كعواكس
36.
دائرة تستقبل رقم الشهر (1 حتى 12) كعدد ثنائي ABCD. المخرج F = 1 عندما في الشهر 31 يوما (الأشهر 1 ، 3 ، 5 ، 7 ، 8 ، 10 ، 12). التركيبات 0 ، 13 ، 14 ، 15 لا تظهر — حالات لامبالاة. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: X101 0101 1010 1XXX (ب) F(A,B,C,D) = Σ(1,3,5,7,8,10,12) + d(0,13,14,15) (ج) F = A·D + A·D (د) F = A·D·A·D — نحتاج إلى 5 بوابات NAND.
37.
لجنة من أربعة أعضاء: الرئيس A والأعضاء B ، C ، D. القرار F يُقبل عندما توافق الأغلبية؛ وإذا تعادلت الأصوات (2 مقابل 2) يحسم صوت الرئيس. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
الإجابات: (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0001 0111 1111 (ب) F(A,B,C,D) = Σ(7,9,10,11,12,13,14,15) (ج) F = B·C·D + A·D + A·C + A·B (د) F = B·C·D·A·D·A·C·A·B — نحتاج إلى 5 بوابات NAND.
38.
للدائرة التي في الرسم مخرجان: X و Y. (أ) نكتب تعبير كل مخرج كما يظهر في الدائرة. (ب) نكتب جدول الصواب للمخرجين. (ج) ننظر إلى العدد الثنائي YX في كل صف. ماذا تحسب الدائرة؟ ما اسمها؟ (د) نبسّط Y بخريطة كارنو.
الإجابات: (أ) X = (A ⊕ B) ⊕ C ؛ Y = (A ⊕ B)·C + A·B (ب) عمود X: 0110 1001 ؛ عمود Y: 0001 0111 (ج) YX هو عدد المداخل التي قيمتها 1 ، أي A + B + C بالجمع الحسابي: جامع كامل، X المجموع و Y الحمل الخارج (د) Y = B·C + A·C + A·B
39.
في الرسم جامع من 4 بتات. المدخل B يمرّ في أربعة عواكس (عاكس لكل بت)، والحمل الداخل موصول إلى 1. (أ) ماذا تحسب الدائرة؟ نشرح بمساعدة المتمم إلى 2. (ب) نحسب المخرج S والحمل الخارج عندما A = 0101 و B = 0011. (ج) نحسب عندما A = 0011 و B = 0101 . ماذا يدل الحمل الخارج في الحالتين؟
الإجابات: (أ) S = A + B + 1 = A − B ، لأن B + 1 هو المتمم إلى 2 للعدد B (ب) 0101 + 1100 + 1 = 10010 ← S = 0010 (2) ، Cout = 1 (ج) S = 1110 (−2 بالمتمم إلى 2) ، Cout = 0 ؛ Cout = 1 يدل على نتيجة غير سالبة (A ≥ B) ، و Cout = 0 على نتيجة سالبة
40.
(أ) مقارِن ببت واحد له ثلاثة مخارج: G (A > B) ، E (A = B) ، L (A < B). نكتب جدول الصواب والتعبير لكل مخرج. (ب) نصمم المخرج G لمقارِن بين عددين من بتين: A1A0 و B1B0. نكتب الدالة بالتمثيل العددي بحسب ترتيب المتغيرات A1A0B1B0 ، ونبسّطها بخريطة كارنو. (ج) نشرح كل حد في النتيجة بالكلمات.
الإجابات: (أ) G = A·B ؛ E = A ⊕ B ؛ L = A·B (ب) G(A1,A0,B1,B0) = Σ(4,8,9,12,13,14) ؛ G = A0·B1·B0 + A1·B1 + A1·A0·B0 (ج) الحد الأول: البت الأعلى في A أكبر؛ الحدان الآخران: البتان الأعليان متساويان والبت الأدنى في A أكبر
في الخريطة: A = A1 ، B = A0 ، C = B1 ، D = B0.
41.
نبني الدالة F(A,B,C) = Σ(1,2,4,7) بواسطة ناخب 4:1 فقط (وعاكس واحد). خطا الاختيار: S1 = A ، S0 = B. (أ) نقسّم جدول الصواب إلى أربعة أزواج من الصفوف بحسب AB ، ونكتب في كل زوج: هل F يساوي 0 ، 1 ، C أم C ؟ (ب) نرسم الدائرة. (ج) أي دالة معروفة هذه؟
الإجابات: (أ) AB = 00: D0 = C ؛ AB = 01: D1 = C ؛ AB = 10: D2 = C ؛ AB = 11: D3 = C (ب) الدائرة في الرسم (ج) F = A ⊕ B ⊕ C — مخرج المجموع في الجامع الكامل
42.
نصمم جزءا من مفكّك شيفرة العرض: الدالة التي تشغّل القطعة e (القطعة اليسرى السفلى). المداخل: رقم بشيفرة BCD ، ABCD ، و A هو البت الأعلى وزنا. (أ) لأي أرقام تضيء القطعة e ؟ (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي مع حالات اللامبالاة. (ج) نبسّط بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة.
الإجابات: (أ) 0 ، 2 ، 6 ، 8 (ب) e(A,B,C,D) = Σ(0,2,6,8) + d(10,11,12,13,14,15) (ج) e = C·D + B·D (د) الدائرة في الرسم
43.
قلّاب D يعمل عند الحافة الصاعدة، وله مدخلان مباشران فعّالان في المستوى المنخفض: PRE للتثبيت و CLR للتصفير. في البداية Q = 1. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. (ب) من «أقوى»: المدخل D مع الساعة أم المداخل المباشرة؟ (ج) لماذا يُمنع أن يكون PRE = CLR = 0 في نفس الوقت؟
الإجابات: (أ) قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 1 0 1 0 1 1 1 0 (ب) المداخل المباشرة: هي غير متزامنة وتغلب على D والساعة (ج) لأننا نطلب من القلّاب أن يكون 1 و 0 معا — حالة ممنوعة
44.
في الدائرة التي في الرسم بوابة XOR موصولة إلى المدخل D لقلّاب D. (أ) نكتب معادلة الحالة التالية Qn+1. (ب) ماذا يفعل القلّاب عندما A = 0 ؟ وعندما A = 1 ؟ مثل أي قلّاب تعمل الدائرة؟ (ج) نكمل مخطط الزمن. في البداية Q = 0.
الإجابات: (أ) Qn+1 = D = A ⊕ Qn (ب) A = 0: لا تغيير ؛ A = 1: عكس الحالة ← الدائرة تعمل مثل قلّاب T والمدخل A هو T (ج) قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 1 1 0 1 1 0 0 0
45.
مسجِّل إزاحة SIPO من 4 قلّابات D ، كما في السؤال عن المسجِّل في المستوى الأول: SI يدخل إلى Q3 والإزاحة نحو Q0. في البداية المحتوى 0000. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخارج الأربعة. (ب) نكتب محتوى المسجِّل Q3Q2Q1Q0 بعد النبضة الرابعة وبعد النبضة الثامنة. (ج) بكم نبضة يتأخر Q0 عن Q3 ؟
الإجابات: (أ) المخطط الكامل في الرسم (ب) بعد الرابعة: 1011 ؛ بعد الثامنة: 0100 (ج) بثلاث نبضات: كل قلّاب يؤخّر الإشارة نبضة واحدة
46.
نصمم عدّادا متزامنا MOD-5 من ثلاثة قلّابات D : يعدّ 0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 0. الحالات 5 ، 6 ، 7 لا تظهر — حالات لامبالاة. (أ) نكتب جدول الحالات: الحالة الحالية Q2Q1Q0 والحالة التالية. (ب) في قلّاب D الحالة التالية هي المدخل: Di = Qi التالي. نبسّط D2 ، D1 و D0 بثلاث خرائط كارنو. (ج) نفحص: نبدأ من 000 ونحسب خمس نبضات بالمعادلات. (د) إلى أين ينتقل العدّاد إذا بدأ بالخطأ من الحالات 5 ، 6 أو 7 ؟
في الرسم عدّاد متزامن تصاعدي من 4 بتات مع تحميل متوازٍ: عندما LD = 0 العدّاد لا يعدّ، بل يحمّل عند الحافة التالية العدد الموجود في D3D2D1D0. المخرج TC يساوي 1 فقط عندما العدّاد في 1111 ، وهو موصول عبر عاكس إلى LD. المداخل D3D2D1D0 = 1010 ، والعدّاد يبدأ من هذا العدد. (أ) نكتب تسلسل الحالات بالأعداد العشرية. (ب) ما هي دورة العدّ؟ (ج) أي عدد نحمّل لنحصل على MOD-10 ؟ نكتبه بالثنائي. (د) ما الفرق بين هذه الطريقة وبين التصفير ببوابة NAND و CLR ؟
الإجابات: (أ) 10 → 11 → 12 → 13 → 14 → 15 → 10 → 11 (ب) 16 − 10 = 6 ← MOD-6 (ج) 16 − 10 = 6 ، أي 0110 (د) التحميل هنا متزامن — يحدث عند حافة الساعة، ولا تظهر حالة قصيرة زائدة
48.
غسالة بسيطة هي آلة حالات بثلاث حالات (الرسم): S0 انتظار، S1 غسيل، S2 تنشيف. المدخل X هو زر التشغيل. تحت كل حالة شيفرتها Q1Q0 ، وعلى كل سهم قيمة X التي تسبب الانتقال. الشيفرة 11 لا تُستعمل. (أ) نكتب جدول الحالات: لكل حالة ولكل قيمة للمدخل X — الحالة التالية. (ب) نبني الآلة من قلّابين D. نبسّط D1 و D0 بخريطتي كارنو للمتغيرات Q1 ، Q0 ، X ، مع حالات اللامبالاة. (ج) الآلة في S0 ، وقيم X نبضة بعد نبضة: 0 0 1 0 0 1 1 0. نكتب تسلسل الحالات.
ثلاثة اختبارات كاملة. الاختبار الأول عن الدوائر التوافقية (الفصول 1–7)، الثاني عن الدوائر التتابعية (الفصول 8–11)، والثالث عن الكتاب كله. نحل كل اختبار في جلسة واحدة، كما في امتحان حقيقي. علامة أقل من 70 في اختبار تعني: نرجع إلى «المراجعة السريعة» وإلى الأسئلة الشاملة في الموضوع الذي أخطأنا فيه.
الاختبار 1 — الدوائر التوافقية (الفصول 1–7) – מבחן 1:
تعليمات: الزمن المقترح: 90 دقيقة · 6 أسئلة · المجموع 100 نقطة. نحل بدون كتاب، نكتب كل خطوة ونرسم بالمسطرة. بعد أن ننتهي نفحص بمفتاح الإجابات الذي بعد الاختبار ونحسب العلامة.
1.
(15 نقطة) (أ) نحوّل B616 إلى النظام الثنائي وإلى النظام العشري. (ب) نكتب −45 بطريقة المتمم إلى 2 بـ 8 بتات. (ج) نحسب 52 − 77 بواسطة جمع المتمم إلى 2 بـ 8 بتات، ونكتب قيمة النتيجة. (د) نكتب 409 بشيفرة BCD.
2.
(15 نقطة) نبسّط جبريا، ونكتب بجانب كل خطوة اسم القاعدة: (أ) F = A·B + A·B·C (ب) F = A + B·C (ج) F = (A + B)·(A + C)
3.
(20 نقطة) معطاة الدالة F(A,B,C,D) = Σ(0,2,5,7,8,10,13) + d(15). (أ) نرسم خريطة كارنو للدالة. (ب) نكتب أبسط مجموع حواصل ضرب. (ج) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
4.
(20 نقطة) نافذة دفيئة F تُفتح آليا. A = 1 الحرارة عالية، B = 1 الرطوبة عالية، C = 1 تهبّ ريح قوية. النافذة تُفتح عندما لا توجد ريح قوية، والحرارة أو الرطوبة عالية. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
5.
(15 نقطة) نحلل الدائرة التي في الرسم. (أ) نكتب تعبير المخرج F كما يظهر في الدائرة. (ب) نكتب جدول الصواب. (ج) نبسّط إلى مجموع حواصل ضرب. (د) نكمل مخطط الزمن للمخرج F.
6.
(15 نقطة) في الرسم ناخب 4:1. خطا الاختيار: S1 = A ، S0 = B. (أ) نكتب جدول الصواب للمخرج F بحسب المتغيرات A ، B ، C. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط بخريطة كارنو.
2. (أ) A·(B + B·C) = A·(B + C) — إخراج عامل مشترك ثم قاعدة الاختصار (ب) A·B·C = A·(B + C) = A·B + A·C — دي مورغان مرتين ثم التوزيع (ج) A + A·C + A·B + B·C = A + B·C — التوزيع ثم الامتصاص
3. (أ) الخريطة في الرسم (ب) F = B·D + B·D (ج) F = B·D·B·D — نحتاج إلى 5 بوابات NAND.
4. (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0010 1010 (ب) F(A,B,C) = Σ(2,4,6) (ج) F = B·C + A·C (د) F = B·C·A·C — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
5. (أ) F = A·B·(B + C) (ب) عمود F: 0111 0100 (ج) F = B·C + A·B (د) مخطط الزمن الكامل:
الاختبار 2 — الدوائر التتابعية (الفصول 8–11) – מבחן 2:
تعليمات: الزمن المقترح: 90 دقيقة · 6 أسئلة · المجموع 100 نقطة. نحل بدون كتاب، نكتب كل خطوة ونرسم بالمسطرة. بعد أن ننتهي نفحص بمفتاح الإجابات الذي بعد الاختبار ونحسب العلامة.
1.
(15 نقطة) (أ) ما الفرق بين دائرة توافقية ودائرة تتابعية؟ (ب) ما الفرق بين دائرة تتابعية متزامنة ودائرة غير متزامنة؟ (ج) نكمل جدول القلّاب JK : ما هي Qn+1 لكل تركيبة من التركيبات الأربع للمدخلين JK ؟ (د) قلّاب T في الحالة Q = 1. يستقبل T = 1 في ثلاث نبضات ثم T = 0 في نبضتين. ما هي حالته في النهاية؟
2.
(20 نقطة) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q في كل واحد من القلّابين. في البداية Q = 0. (أ) قلّاب D يعمل عند الحافة الصاعدة. (ب) قلّاب JK يعمل عند الحافة الهابطة.
3.
(15 نقطة) قلّاب T يعمل عند الحافة الصاعدة، وله مدخلان مباشران PRE و CLR فعّالان في المستوى المنخفض. في البداية Q = 0. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. (ب) أي المداخل متزامنة وأيها غير متزامنة؟
4.
(15 نقطة) مسجِّل إزاحة إلى اليمين من 4 قلّابات D (الرسم). المحتوى الابتدائي Q3Q2Q1Q0 = 0110 ، والبتات التي تدخل من SI بالترتيب: 1 1 0 1. (أ) نكتب جدول التتبع: المحتوى بعد كل نبضة. (ب) أي بتات خرجت من Q0 وضاعت؟ (ج) كم نبضة نحتاج لتبديل كل محتوى مسجِّل من 8 بتات؟
5.
(20 نقطة) في الرسم عدّاد تموّجي من ثلاثة قلّابات JK ، J = K = 1 ، تعمل عند الحافة الهابطة. في البداية كل المخارج 0. (أ) نكمل مخطط الزمن. (ب) تردد الساعة 40 kHz. ما هو تردد Q2 ؟ (ج) نريد عدّادا MOD-5 : نضيف بوابة NAND إلى مداخل التصفير المباشرة CLR للقلّابات. إلى أي مخارج نوصل مداخل البوابة؟ نكتب تسلسل الحالات الجديد. (د) لماذا يسمى هذا العدّاد «غير متزامن»؟
6.
(15 نقطة) دائرة تتابعية متزامنة مبنية من قلّابين D يعملان عند الحافة الصاعدة. معادلتا المدخلين: D0 = Q0 و D1 = Q1 ⊕ Q0. في البداية Q1Q0 = 00. (أ) نكتب جدول الحالات: لكل حالة Q1Q0 — الحالة التالية. (ب) نكمل مخطط الزمن. (ج) ما هي وظيفة الدائرة؟
مفتاح الإجابات — الاختبار 2
1. (أ) في التوافقية المخرج يتعلق بالمداخل الحالية فقط؛ في التتابعية يتعلق أيضا بالحالة السابقة — فيها ذاكرة (ب) في المتزامنة كل القلّابات تستقبل نفس إشارة الساعة وتتغير معا؛ في غير المتزامنة ليست كلها موصولة إلى نفس الساعة (ج) 00: Qn ؛ 01: 0 ؛ 10: 1 ؛ 11: Qn (د) Q = 0
2. (أ) قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 1 0 0 1 1 0 1 0 (ب) قيم Q بعد كل حافة هابطة: 0 1 0 0 1 1 0
3. (أ) قيم Q بعد كل حافة صاعدة: 1 0 0 1 0 0 1 0 (ب) T متزامن — يؤثر عند حافة الساعة فقط؛ PRE و CLR غير متزامنين — يؤثران فورا
5. (أ) تسلسل الحالات Q2Q1Q0: 000 → 001 → 010 → 011 → 100 → 101 → 110 → 111 → 000 (ب) 40 : 8 = 5 kHz (ج) إلى Q2 و Q0 (الحالة 101) ؛ 0 → 1 → 2 → 3 → 4 ثم من جديد (د) لأن إشارة الساعة تصل إلى القلّاب الأول فقط، وكل قلّاب آخر يُقدح من مخرج القلّاب الذي قبله
تعليمات: الزمن المقترح: 90 دقيقة · 6 أسئلة · المجموع 100 نقطة. نحل بدون كتاب، نكتب كل خطوة ونرسم بالمسطرة. بعد أن ننتهي نفحص بمفتاح الإجابات الذي بعد الاختبار ونحسب العلامة.
1.
(15 نقطة) (أ) ما هي قيمة العدد 9C16 إذا قرأناه كعدد من 8 بتات بدون إشارة؟ وإذا قرأناه بطريقة المتمم إلى 2 ؟ (ب) نجمع 0110 1011 + 0011 1001 . نكتب النتيجة بالثنائي وبالعشري (بدون إشارة). (ج) هل يحدث فيضان إذا كان العددان مكتوبين بالمتمم إلى 2 ؟ نشرح. (د) نكتب 75 بشيفرة BCD ، وأي قطع تضيء في كل شاشة من شاشتي السبع قطع؟
2.
(15 نقطة) معطاة الدالة F(A,B,C,D) = Σ(1,3,7,11,15) + d(0,2,5). (أ) نرسم خريطة كارنو للدالة. (ب) نكتب أبسط مجموع حواصل ضرب. (ج) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
3.
(20 نقطة) خزنة بنك F تُفتح بمفاتيح: A مفتاح المدير، B مفتاح نائبه، C و D مفتاحا موظفَين (1 = المفتاح في القفل). الخزنة تُفتح عندما يكون مفتاح المدير مع مفتاح واحد آخر على الأقل، أو عندما تكون مفاتيح النائب والموظفَين الثلاثة معا. (أ) نكتب جدول الصواب. (ب) نكتب الدالة بالتمثيل العددي. (ج) نبسّط الدالة بخريطة كارنو. (د) نرسم الدائرة ببوابات NAND فقط.
4.
(15 نقطة) في الرسم مفكّك شيفرة 3:8 (A هو المدخل الأعلى وزنا) وبوابتا OR. (أ) نكتب كل مخرج بالتمثيل العددي. (ب) نكتب جدول الصواب للمخرجين. (ج) نبسّط F2 بخريطة كارنو. (د) لأي تركيبة مداخل المخرجان معا 1 ؟
5.
(15 نقطة) قلّاب JK يعمل عند الحافة الصاعدة، مع مدخل تصفير مباشر CLR. في البداية Q = 0. (أ) نكمل مخطط الزمن للمخرج Q. (ب) كيف نحوّل قلّاب JK إلى قلّاب T ؟ وإلى قلّاب D ؟
6.
(20 نقطة) في الرسم عدّاد ثنائي تصاعدي من 4 بتات مع بوابة NAND موصولة إلى مدخل التصفير المباشر. مخارج العدّاد موصولة أيضا إلى مفكّك شيفرة العرض وشاشة سبع قطع. (أ) عند أي حالة يتصفّر العدّاد؟ ما هي دورة العدّ؟ (ب) العدّاد يبدأ من 0. أي رقم تعرض الشاشة بعد 43 نبضة، وأي قطع تضيء؟ (ج) تردد الساعة 1 kHz. ما هو تردد المخرج Q3 ؟ (د) نريد أن نعدّ من 00 حتى 99. كم عدّادا كهذا نحتاج، وكم قلّابا فيها معا؟
مفتاح الإجابات — الاختبار 3
1. (أ) 156 ؛ −100 (ب) 1010 01002 = 164 (ج) نعم: جمعنا عددين موجبين (107 و 57) وبت الإشارة في النتيجة 1 — النتيجة أكبر من +127 (د) 0111 0101 ؛ الرقم 7: abc ؛ الرقم 5: acdfg
2. (أ) الخريطة في الرسم (ب) F = C·D + A·D (يوجد حل آخر بنفس عدد الحروف) (ج) F = C·D·A·D — نحتاج إلى 4 بوابات NAND.
3. (أ) عمود F من الأعلى إلى الأسفل: 0000 0001 0111 1111 (ب) F(A,B,C,D) = Σ(7,9,10,11,12,13,14,15) (ج) F = B·C·D + A·D + A·C + A·B (د) F = B·C·D·A·D·A·C·A·B — نحتاج إلى 5 بوابات NAND.
פרויקטונים מערכתיים – مشاريع صغيرة (Mini-Projects)
في المختبر نبني أربعة أنظمة صغيرة. كل نظام يجمع عدة دوائر تعلمناها: مولّد نبضات، عدّاد أو مسجِّل، دائرة توافقية وعرض. قبل أن نبني نصمم على الورق: نقرأ المخطط الصندوقي، نجيب عن أسئلة التصميم بالترتيب، ثم نفحص بالإجابات التي بعدها.
المشروع 1 — أضواء متحركة – אורות רצים:
أربعة مصابيح LED في صف. في كل لحظة يضيء مصباح واحد فقط، والضوء «يركض» من مصباح إلى الذي بجانبه. مولّد خارجي يعطي موجة مربعة، وهي إشارة الساعة لعدّاد حلقي؛ كل مخرج من العدّاد يشغّل مصباحا واحدا.
المخطط الصندوقي للأضواء المتحركة
العدّاد الحلقي: مسجِّل إزاحة مخرجه الأخير Q0 يرجع إلى مدخل القلّاب الأول
المركّب
العدد
الوظيفة
مولّد موجة مربعة (خارجي)
1
إشارة الساعة
قلّاب D مع مداخل مباشرة PRE و CLR
4
العدّاد الحلقي
مصباح LED مع مقاومة
4
العرض
زر ضغط
1
تحديد الحالة الابتدائية
أسئلة التصميم:
كم قلّابا نحتاج لأربعة مصابيح؟ وكم لثمانية مصابيح؟
عند تشغيل الدائرة يجب أن يكون المحتوى Q3Q2Q1Q0 = 1000. كيف نحصل على هذه الحالة بمساعدة المداخل المباشرة وزر ضغط واحد؟
نكتب جدول التتبع لثماني نبضات، ونرسم مخطط الزمن للمخارج الأربعة.
نريد أن يبقى كل مصباح مضاء 0.25 s. ما هو تردد الساعة المطلوب؟ وكم ثانية تستغرق دورة كاملة؟
ماذا نرى إذا كانت الحالة الابتدائية 0000 ؟ وإذا كانت 1100 ؟
نبني نفس النظام بطريقة أخرى: عدّاد ثنائي ومفكّك شيفرة. كم قلّابا نحتاج الآن لأربعة مصابيح؟ أي مفكّك شيفرة؟
كل مصباح LED يحتاج إلى 10 mA وعليه 2 V ، ومخرج القلّاب يعطي 5 V. ما هي المقاومة التي نوصلها على التوالي مع المصباح؟
إجابات أسئلة التصميم — المشروع 1
1. قلّاب لكل مصباح: 4 ، و 8 لثمانية مصابيح.
2. نوصل الزر إلى PRE للقلّاب الأول وإلى CLR للقلّابات الثلاثة الأخرى: ضغطة واحدة تعطي 1000.
المشروع 2 — عدّاد تصاعدي/تنازلي مع شاشة عرض – מונה מעלה/מטה:
كل ضغطة على زر تزيد العدد المعروض بواحد: 0 ، 1 ، 2 ... 9 ثم من جديد 0. الزر هو إشارة الساعة لعدّاد ثنائي من 4 بتات، مخارج العدّاد تدخل إلى مفكّك شيفرة العرض، وهو يشغّل شاشة سبع قطع.
المخطط الصندوقي للعدّاد مع شاشة العرض
العدّاد: بوابة NAND تصفّره عند 1010
من العدّاد إلى الشاشة
المركّب
العدد
الوظيفة
زر ضغط
1
نبضة العدّ
ماسك SR (بوابتا NAND)
1
منع ارتداد الزر
عدّاد ثنائي من 4 بتات
1
العدّ
بوابة NAND بمدخلين
1
تحديد دورة العدّ
مفكّك شيفرة العرض BCD / سبع قطع
1
تحويل العدد إلى قطع
شاشة سبع قطع مع 7 مقاومات
1
العرض
أسئلة التصميم:
عندما نضغط على زر ميكانيكي يتلامس طرفاه عدة مرات خلال أجزاء من الثانية («ارتداد»). ماذا يرى العدّاد إذا وصلنا الزر إليه مباشرة؟ كيف نحل المشكلة؟
العدّاد الثنائي من 4 بتات يعدّ من 0 حتى 15. إلى أي مخارج نوصل بوابة NAND لكي يعدّ من 0 حتى 9 فقط؟
نكمل الجدول: لكل رقم من 0 حتى 9 — قيم Q3Q2Q1Q0 وقيم المخارج a حتى g (1 = القطعة تضيء).
كم قطعة تضيء في الرقم 8 ؟ وفي الرقم 1 ؟ أي رقم يستهلك أقل تيار؟
نضيف مفتاحا لاتجاه العدّ. في العدّ التنازلي يعدّ 9 ، 8 ... 0 ثم 9. بعد الصفر العدّاد الثنائي ينتقل إلى 1111. ماذا نفعل لكي ينتقل إلى 9 ؟
العدّاد في 7 ويعدّ إلى الأعلى. أي رقم يُعرض بعد 18 ضغطة؟ وأي رقم إذا كان يعدّ إلى الأسفل؟
إجابات أسئلة التصميم — المشروع 2
1. يرى عدة نبضات في كل ضغطة، فيقفز العدد عدة أرقام. الحل: دائرة منع الارتداد — ماسك SR يتذكر أول تلامس ويتجاهل الباقي.
2. إلى Q3 و Q1 : عند 1010 (العدد 10) يتصفّر العدّاد فورا — MOD-10.
3. الجدول:
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. الرقم 8: 7 قطع ؛ الرقم 1: قطعتان فقط (2)، وهو الذي يستهلك أقل تيار.
6. إلى الأعلى: 7 + 18 = 25 ، والباقي من القسمة على 10 هو 5. إلى الأسفل: 18 ضغطة هي دورة كاملة (10) وثماني ضغطات: 7 → 9.
المشروع 3 — ساعة لستين دقيقة – שעון ל-60 דקות:
ساعة رقمية تعرض الدقائق والثواني على أربع شاشات: من 00:00 حتى 59:59. مولّد يعطي نبضة كل ثانية (1 Hz). أربعة عدّادات موصولة في سلسلة: آحاد الثواني، عشرات الثواني، آحاد الدقائق وعشرات الدقائق؛ كل عدّاد يتقدم عندما يرجع العدّاد الذي قبله إلى الصفر.
ساعة الدقائق والثواني: النبضات تدخل من اليمين، وكل عدّاد يرسل شيفرة BCD إلى مفكّك شيفرة العرض وشاشته. المعروض: 25:40
المركّب
العدد
الوظيفة
مولّد نبضات 1 Hz
1
نبضة كل ثانية
عدّاد MOD-10
2
آحاد الثواني وآحاد الدقائق
عدّاد MOD-6
2
عشرات الثواني وعشرات الدقائق
مفكّك شيفرة العرض + شاشة سبع قطع
4
العرض
أزرار ضغط
2
ضبط الوقت والتصفير
مقارِن (للمنبّه، اختياري)
1
مقارنة الوقت مع وقت المنبّه
أسئلة التصميم:
كم قلّابا في كل عدّاد، وكم قلّابا في الساعة كلها؟
ما هو تردد النبضات التي تدخل إلى كل واحد من العدّادات الأربعة؟
عدّاد العشرات يعدّ 0 حتى 5. إلى أي مخارج نوصل بوابة NAND التي تصفّره؟
بعد كم ثانية ترجع الساعة إلى 00:00 ؟
نشغّل الساعة من 00:00. ماذا تعرض بعد 1000 نبضة؟ وبعد 3725 نبضة؟
نريد أن تبدأ الساعة من 25:40. نكتب شيفرة BCD التي نحمّلها تحميلا متوازيا في كل عدّاد.
طريقة أبسط لضبط الوقت: زر يوصل نبضات سريعة إلى عدّاد الدقائق. نشرح كيف يعمل.
المنبّه (اختياري): نختار وقتا بمفاتيح، ودائرة تقارنه مع محتوى العدّادات. كم بتا نقارن؟ من أي بوابات نبني المقارنة؟
7. ناخب 2:1 على مدخل الساعة لعدّاد آحاد الدقائق: في الوضع العادي يختار النبضة القادمة من عدّاد الثواني، وعند الضغط على الزر يختار نبضات سريعة (مثلا 2 Hz) فتتقدم الدقائق بسرعة.
8. نقارن 4 + 3 + 4 + 3 = 14 بتا. لكل زوج بتات بوابة XNOR (تعطي 1 عند التساوي)، وكل مخارجها تدخل إلى بوابة AND واحدة: مخرجها 1 فقط عندما كل البتات متساوية — عندها يعمل المنبّه.
المشروع 4 — التحكم بإشارة ضوئية – בקרת רמזור:
إشارة ضوئية للسيارات فيها ثلاثة مصابيح: أحمر R ، أصفر Y وأخضر G. الإشارة آلة حالات بأربع حالات تتكرر: أخضر، أصفر، أحمر، أحمر مع أصفر. نبنيها من عدّاد من 3 بتات يعدّ 0 حتى 7 (كل عدّة تستمر 5 s)، ودائرة توافقية تقرر من قيمة العدّاد أي مصباح يضيء.
المخطط الصندوقي للإشارة الضوئية
مخطط الحالات: في كل حالة اسم المصباح المضاء، وتحته قيم العدّاد التي تبقى فيها الآلة في هذه الحالة
المركّب
العدد
الوظيفة
مولّد نبضات (نبضة كل 5 s)
1
إشارة الساعة
عدّاد متزامن من 3 بتات
1
ذاكرة الحالة والتوقيت
بوابات NAND / AND / NOT
حسب التصميم
الدائرة التوافقية للمصابيح
مصابيح أحمر، أصفر، أخضر
3
الإشارة
زر ضغط وماسك SR (للتوسيع)
1
طلب المشاة
أسئلة التصميم:
كم ثانية تستمر كل حالة، وكم ثانية تستغرق الدورة الكاملة للإشارة؟
نكتب جدول الصواب: لكل قيمة للعدّاد Q2Q1Q0 — قيم المخارج R ، Y ، G.
نبسّط الدوال الثلاث بخرائط كارنو.
نرسم مخطط الزمن للمخارج الثلاثة خلال ثماني نبضات، ابتداء من 000.
هل يمكن أن يضيء الأحمر والأخضر معا؟ نفحص بالمعادلات.
توسيع — إشارة للمشاة: نضيف مصباحا أخضر للمشاة P. يضيء فقط عندما إشارة السيارات حمراء لوحدها، وليس في العدّة الأخيرة منها (العدّتان 4 و 5). نكتب الدالة ونبسّطها. مصباح المشاة الأحمر هو P.
توسيع — زر للمشاة: نريد أن تبقى الإشارة خضراء للسيارات حتى يضغط أحد المشاة على الزر. نقترح طريقة.
إجابات أسئلة التصميم — المشروع 4
1. أخضر: 3·5 = 15 s ؛ أصفر: 5 s ؛ أحمر: 15 s ؛ أحمر مع أصفر: 5 s . الدورة الكاملة: 8·5 = 40 s.
2. الجدول (مع عمود المشاة P من السؤال 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
في الخرائط: A = Q2 ، B = Q1 ، C = Q0.
4. مخطط الزمن:
5. لا: R = Q2 ، وفي كل حد من حدود G يظهر Q2 ، ولذلك R·G = 0 دائما.
6.P(Q2,Q1,Q0) = Σ(4,5) ؛ P = Q2·Q1
7. ماسك SR يتذكر الضغطة: الزر يثبّته (W = 1)، والمخرج P يصفّره. نوقف العدّاد في نهاية الأخضر (العدّة 2) ما دام W = 0 : مدخل التمكين للعدّاد EN = W + Q2·Q1·Q0 . بدون طلب تبقى الإشارة خضراء؛ بعد الضغطة يكمل العدّاد الدورة، وفي الأحمر يتصفّر الماسك.