РОСІЯ
Федеральне агентство зв'язку
Бурятський філія ДОЗ ВПО СібГУТІ
Курсова робота
з дисципліни: «Обчислювальна техніка»
на тему: Синтез керуючого пристрою процесора у формі «Автомата Милі»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Керівник роботи:
Виконав студент:
групи: 3М-07 (2)
Улан-Уде2008 р.
Зміст
Введення
1. Постановка завдань
2. Основна частина
2.1 Теоретичні основи процесорів
2.1.1. Побудова процесорів
2.1.2. Загальна структура процесорів
2.1.3. Цифрові автомати
2.2. Практична частина
2.2.1. Визначення станів ЦА
2.2.2. Розрахунок кількості тригерів і кодування станів ЦА
2.2.3. Структурна схема пристрою, що управляє
2.2.4. Побудова графа функціонування пристрою
2.2.5. Заповнення таблиці функціонування пристрою
2.2.6. Запис логічних виразів у заданому базисі
2.2.7. Вибір мікросхем
2.2.8. Опис роботи
3.Заключеніе
4. Список використаної літератури
Завдання
Постановка завдання:
По заданому алгоритму функціонування керуючого пристрою процесора з жорсткою логікою синтезувати принципову електричну схему на заданій серії інтегральних мікросхем і типи тригерів.
Початковий стан цифрового автомата для всіх варіантів взяти а 0.
Вихідні дані:
Введення
У новому двадцять першому столітті людство не мислить себе без цифрових технологій. Цифрове телебачення, цифрова фото і відео зйомка, цифровий стільниковий і стаціонарний зв'язок і т. д.; людина користується цими благами цивілізації, не замислюючись про те, як і що там працює. Але ж там відбуваються дуже складні дії над інформацією, представленої в двійковій системі числення.
Пристрої, які забезпечують цифрову обробку інформації, називаються цифровими. Ці пристрої виконані на цифрових інтегральних мікросхемах, що дозволяє значно зменшити габарити пристроїв, масу, споживану потужність, вартість та значно поліпшити надійність. Застосування технологій великих і надвеликих інтегральних мікросхем дозволило перенести комп'ютери з лабораторій і спеціальних установ у кожен будинок. Крім поліпшення якості та надійності апаратури інтегральні мікросхеми також впливають на продуктивність і якість праці людини, за допомогою того, що робота стає автоматизованої і, отже, збільшується в рази обчислювальна здатність і зменшується ризик помилки.
З появою цифрових пристроїв в техніці зв'язку стало можливим надання величезного числа послуг, покращилася якість зв'язку і збільшився обсяг переданої інформації.
Вершиною цифрової техніки є мікропроцесор. Мало хто знає, що в сучасних японських автомобілях автоматичної підкачкою коліс управляє мікропроцесор.
Мікропроцесорні пристрої широко використовуються в апаратурі, яка забезпечує обмін, обробку, розподіл інформації. Тому нам, зв'язківцям необхідні знання в області обчислювальної техніки. Поглибити отримані в курсі лекцій знання нам допоможе дана курсова робота. Ми будемо синтезувати керуючий пристрій процесора і ознайомимося з принципом його роботи.
2. Основна частина
2.1 Теоретична частина
2.1.1 Побудова процесорів
Існує два підходи до проектування мікропрограмного автомата: використання принципу схемної (жорсткої) логіки або принципу програмованої логіки.
При використанні процесора з схемної логікою при проектуванні вибирається набір мікросхем і вибирається та схема, яка забезпечує необхідний функціонування. Пристрої, побудовані за таким принципом, здатні забезпечити найвищу швидкодію. Недолік: труднощі використання інтегральних мікросхем великої та надвеликої ступеня інтеграції. Це пов'язано з тим, що для різних процесорів потрібні різні БІС. Число БІС виявиться більшим, а потреба в кожному типі БІС виявиться низькою.
Принцип програмованої логіки припускає використання однієї або декількох ВІС деякого універсального пристрою, функціонування якого забезпечується укладанням в пам'ять пристрою певної програми. Залежно від програми такий пристрій може виконати найрізноманітніші функції. Число БІС виявиться невеликим, а потреба БІС кожного типу високою.
2.1.2 Загальна структура процесорів
Процесор здійснює безпосередньо обробку даних і програмне керування процесом обробки даних. Він синтезується у вигляді поєднання двох пристроїв: операційного і керуючого (рис. 1)
Вхід даних
U 1 U 2 .. Un
Y 1 Х 1
Y 2
x s +1
Y n X S
X L
Z 1 Z 2 .. Z n
Вихід даних
Операційний пристрій (ЗУ) - пристрій, в якому виконуються операції. Воно включає як вузлів регістри, суматори, канали передачі інформації, мультиплексори для комутації каналів, шифратори, дешифратори і т. д. Керуючий пристрій (УУ) координує дії вузлів операційного пристрою; воно виробляє в деякому часовій послідовності керуючі сигнали, під дією яких у вузлах операційного пристрою виконуються необхідні дії.
Процес функціонування операційного пристрою розпадається на послідовність елементарних дій у його вузлах:
1) установка регістра в деякий стан (наприклад, запис у регістр R1 числа 0, позначена R1 ← 0);
2) інвертування вмісту розрядів регістра (наприклад, якщо регістр R2 містив двійкове число 101101, то після інвертування його вміст буде одно 010010; така дія позначають R2 ← (
3) пересилання вмісту одного вузла в інший (наприклад, пересилання вмісту регістра R2 в регістр R1, що позначається R1 ← (R2));
4) зсув вмісту вузла вліво, вправо (наприклад, зсув на один розряд вліво вмісту регістра R1, що позначається R1 ← СдвЛ (R1));
5) рахунок, при якому число у лічильнику (регістрі) зростає або зменшується на одиницю (Сч ← (Сч ± 1));
6) додавання (наприклад, R2 ← (R2) + (R1));
7) порівняння вмісту регістра на рівність з деяким числом; результат порівняння: лог.1 (при виконанні рівності) або лог.0 (при невиконанні рівності);
8) деякі логічні дії (поразрядно виконувані операції кон'юнкції, диз'юнкції та ін.)
Кожне таке елементарне дія, що виконується в одному з вузлів ОУ протягом одного тактового періоду, називається мікрооперацій.
У певні тактові періоди одночасно можуть виконуватися кілька мікрооперацій, наприклад R2 ← 0, Сч ← (Сч) -1. Така сукупність одночасно виконуваних мікрооперацій називається мікрокоманд, а весь набір мікрокоманд, призначений для вирішення певної задачі, - мікропрограмою.
Таким чином, якщо в операційному пристрої передбачається можливість виконання n різних мікрооперацій, то з керуючого пристрою виходять n керуючих ланцюгів, кожна з яких відповідає певній мікрооперації. І якщо необхідно в операційному пристрої виконати деяку мікрооперацію, досить з керуючого пристрою з певної керуючої ланцюга, що відповідає цій мікрооперації, подати сигнал (наприклад, напруга рівня лог.1). У силу того, що керуючий пристрій визначає мікропрограму, тобто які і в якій часовій послідовності повинні виконуватися мікрооперації, воно отримало назву мікропрограмного автомата.
Формування керуючих сигналів Y 1, ..., Y n (рис.1) для виконання мікрокоманд може відбуватися в залежності від стану вузлів операційного пристрою, що визначається сигналами Х 1, ..., Х S, які подають з відповідних виходів операційного пристрою на входи керуючого пристрою. Керуючі сигнали Y 1, ..., Y n можуть також залежати від зовнішніх сигналів Х S +1, ..., Х L.
Для скорочення числа керуючих ланцюгів, які виходять з керуючого пристрою (у тих випадках, коли воно конструктивно виконується окремо від операційного), мікрокоманд можуть кодуватися.
2.1.3 Цифрові автомати.
Цифрові автомати - це логічний пристрій, в яких крім логічних елементів є елементи пам'яті. Значення вихідних сигналів такого пристрою залежить не тільки від аргументів на вході в даний момент часу, але і від попереднього стану автомата, яке фіксується елементами пам'яті. Як елементи пам'яті можуть використовуватися тригери. Кожне внутрішній стан цифрового автомата визначається вихідним станом тригерів і послідовністю вхідних сигналів, що діють на вході в даний момент часу, тому такі пристрої називаються послiдовнiсних схем. До послідовних схемами можна віднести: тригери, лічильники, регістри.
У загальному випадку структурна схема цифрового автомата може бути представлена у вигляді набору трьох вузлів: комбінаційної схеми формування вихідних сигналів, комбінаційної схеми формування сигналів управління тригерами і, власне, пам'яті (рис.2)
Рис.2. Керуючий пристрій зі схемної логікою.
На вхід комбінаційної схеми управління тригерами надходять комбінації вхідних сигналів Х 1, Х 2, ... Х К, комбінації сигналів, що відображають стан елементів пам'яті Q 1, Q 2, ... Q m. З урахуванням цих множин комбінаційна схема формує серії сигналів, керуючих станом тригерів . Кодові комбінації стану тригерів утворюють внутрішні стану цифрового автомата, які прийнято позначати буквою а.
Комбінаційна схема формування вихідних сигналів створює сигнали У 1, У 2, ... У Р. які можуть використовуватися для керування деякими вузлами, для активізації процесів в інших схемах. Ці сигнали можуть залежати тільки від внутрішніх станів: у цьому випадку пристрій прийнято називати автоматом Мура. А якщо вихідні сигнали залежать і від вхідних сигналів Х 1, Х 2, ... Х К, то - автоматом Мілі.
Таким чином, для завдання цифрового автомата необхідні три множини:
ü безліч вхідних сигналів: Х 1, Х 2, ... Х К;
ü безліч вихідних сигналів: У 1, У 2, ... У Р;
ü безліч внутрішніх станів: а 1, а 2, ... а Z.
На зазначених трьох множинах задають дві функції: функцію переходів і функцію виходів. Для автомата Мілі ці функції мають вигляд:
а (t +1) = F (a (t), (x (t))
y (t) = φ (a (t), x (t));
де а (t +1) - Новий стан цифрового автомата;
a (t) - попередній стан автомата;
y (t) - вихідні сигнали поточного часу;
x (t) - сигнали на вході в даний момент часу.
Для автомата Мура:
а (t +1) = F (a (t), (x (t))
y (t) = φ (a (t));
Послідовність дій автомата з формування вихідних сигналів і сигналів управління тригерами з урахуванням вихідних сигналів може бути задана за допомогою алгоритму. Алгоритм фактично є формалізованим поданням завдання з побудови цифрового пристрою, де визначені групи вихідних сигналів для ініціалізації пристроїв схеми (наприклад, операційне пристрій процесу в залежності від надходження тих чи інших вхідних сигналів - х). Задавати цифровий автомат зручно за допомогою графа. Графом називається непорожня скінченна множина вузлів (вершин) разом з безліччю дуг (гілок), що з'єднують пари різних вузлів. Граф зазвичай представляється у наочній формі, при цьому вершини зображуються точками або колами, які позначаються з метою ідентифікації, а гілки зображуються лініями, що з'єднують відповідні вузли. Якщо кожній дузі також приписано напрямок, то такий граф називається орієнтованим. Якщо напрямку не вказані, то граф називається неорієнтованим. Дані уявлення корисні зважаючи на їх наочності.
Вершини зазвичай відповідають об'єктам деякого виду (в цифровому автоматі - внутрішнім станом), а дуги - фізичним чи логічним зв'язкам між ними.
Таким чином, графи можна використовувати для математичного моделювання різноманітних систем і структур: електричних схем, обчислювальних мереж і т.д.
2.2 Практична частина.
2.2.1 Визначення станів ЦА.
На заданій за варіантом блок-схемою алгоритму проставимо стану цифрового автомата. Новим станом позначається вхід блоку наступного за "процесом". За початковий стан візьмемо а0.
Федеральне агентство зв'язку
Бурятський філія ДОЗ ВПО СібГУТІ
Курсова робота
з дисципліни: «Обчислювальна техніка»
«Багатоканальні телекомунікаційні системи» |
За фахом: |
на тему: Синтез керуючого пристрою процесора у формі «Автомата Милі»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Керівник роботи:
Виконав студент:
групи: 3М-07 (2)
Улан-Уде2008 р.
Зміст
Введення
1. Постановка завдань
2. Основна частина
2.1 Теоретичні основи процесорів
2.1.1. Побудова процесорів
2.1.2. Загальна структура процесорів
2.1.3. Цифрові автомати
2.2. Практична частина
2.2.1. Визначення станів ЦА
2.2.2. Розрахунок кількості тригерів і кодування станів ЦА
2.2.3. Структурна схема пристрою, що управляє
2.2.4. Побудова графа функціонування пристрою
2.2.5. Заповнення таблиці функціонування пристрою
2.2.6. Запис логічних виразів у заданому базисі
2.2.7. Вибір мікросхем
2.2.8. Опис роботи
3.Заключеніе
4. Список використаної літератури
Завдання
Постановка завдання:
По заданому алгоритму функціонування керуючого пристрою процесора з жорсткою логікою синтезувати принципову електричну схему на заданій серії інтегральних мікросхем і типи тригерів.
Початковий стан цифрового автомата для всіх варіантів взяти а 0.
Вихідні дані:
| № варіанту | № алгоритму | Серія ІМС | Тип тригера |
| 3 | 3 | КР1533 | ТМ8 |
Введення
У новому двадцять першому столітті людство не мислить себе без цифрових технологій. Цифрове телебачення, цифрова фото і відео зйомка, цифровий стільниковий і стаціонарний зв'язок і т. д.; людина користується цими благами цивілізації, не замислюючись про те, як і що там працює. Але ж там відбуваються дуже складні дії над інформацією, представленої в двійковій системі числення.
Пристрої, які забезпечують цифрову обробку інформації, називаються цифровими. Ці пристрої виконані на цифрових інтегральних мікросхемах, що дозволяє значно зменшити габарити пристроїв, масу, споживану потужність, вартість та значно поліпшити надійність. Застосування технологій великих і надвеликих інтегральних мікросхем дозволило перенести комп'ютери з лабораторій і спеціальних установ у кожен будинок. Крім поліпшення якості та надійності апаратури інтегральні мікросхеми також впливають на продуктивність і якість праці людини, за допомогою того, що робота стає автоматизованої і, отже, збільшується в рази обчислювальна здатність і зменшується ризик помилки.
З появою цифрових пристроїв в техніці зв'язку стало можливим надання величезного числа послуг, покращилася якість зв'язку і збільшився обсяг переданої інформації.
Вершиною цифрової техніки є мікропроцесор. Мало хто знає, що в сучасних японських автомобілях автоматичної підкачкою коліс управляє мікропроцесор.
Мікропроцесорні пристрої широко використовуються в апаратурі, яка забезпечує обмін, обробку, розподіл інформації. Тому нам, зв'язківцям необхідні знання в області обчислювальної техніки. Поглибити отримані в курсі лекцій знання нам допоможе дана курсова робота. Ми будемо синтезувати керуючий пристрій процесора і ознайомимося з принципом його роботи.
2. Основна частина
2.1 Теоретична частина
2.1.1 Побудова процесорів
Існує два підходи до проектування мікропрограмного автомата: використання принципу схемної (жорсткої) логіки або принципу програмованої логіки.
При використанні процесора з схемної логікою при проектуванні вибирається набір мікросхем і вибирається та схема, яка забезпечує необхідний функціонування. Пристрої, побудовані за таким принципом, здатні забезпечити найвищу швидкодію. Недолік: труднощі використання інтегральних мікросхем великої та надвеликої ступеня інтеграції. Це пов'язано з тим, що для різних процесорів потрібні різні БІС. Число БІС виявиться більшим, а потреба в кожному типі БІС виявиться низькою.
Принцип програмованої логіки припускає використання однієї або декількох ВІС деякого універсального пристрою, функціонування якого забезпечується укладанням в пам'ять пристрою певної програми. Залежно від програми такий пристрій може виконати найрізноманітніші функції. Число БІС виявиться невеликим, а потреба БІС кожного типу високою.
2.1.2 Загальна структура процесорів
Процесор здійснює безпосередньо обробку даних і програмне керування процесом обробки даних. Він синтезується у вигляді поєднання двох пристроїв: операційного і керуючого (рис. 1)
Управляє пристрій |
Операційний пристрій |
U 1 U 2 .. Un
Y 1 Х 1
Y 2
x s +1
Y n X S
X L
|
Z 1 Z 2 .. Z n
Вихід даних
Процес функціонування операційного пристрою розпадається на послідовність елементарних дій у його вузлах:
1) установка регістра в деякий стан (наприклад, запис у регістр R1 числа 0, позначена R1 ← 0);
2) інвертування вмісту розрядів регістра (наприклад, якщо регістр R2 містив двійкове число 101101, то після інвертування його вміст буде одно 010010; така дія позначають R2 ← (
3) пересилання вмісту одного вузла в інший (наприклад, пересилання вмісту регістра R2 в регістр R1, що позначається R1 ← (R2));
4) зсув вмісту вузла вліво, вправо (наприклад, зсув на один розряд вліво вмісту регістра R1, що позначається R1 ← СдвЛ (R1));
5) рахунок, при якому число у лічильнику (регістрі) зростає або зменшується на одиницю (Сч ← (Сч ± 1));
6) додавання (наприклад, R2 ← (R2) + (R1));
7) порівняння вмісту регістра на рівність з деяким числом; результат порівняння: лог.1 (при виконанні рівності) або лог.0 (при невиконанні рівності);
8) деякі логічні дії (поразрядно виконувані операції кон'юнкції, диз'юнкції та ін.)
Кожне таке елементарне дія, що виконується в одному з вузлів ОУ протягом одного тактового періоду, називається мікрооперацій.
У певні тактові періоди одночасно можуть виконуватися кілька мікрооперацій, наприклад R2 ← 0, Сч ← (Сч) -1. Така сукупність одночасно виконуваних мікрооперацій називається мікрокоманд, а весь набір мікрокоманд, призначений для вирішення певної задачі, - мікропрограмою.
Таким чином, якщо в операційному пристрої передбачається можливість виконання n різних мікрооперацій, то з керуючого пристрою виходять n керуючих ланцюгів, кожна з яких відповідає певній мікрооперації. І якщо необхідно в операційному пристрої виконати деяку мікрооперацію, досить з керуючого пристрою з певної керуючої ланцюга, що відповідає цій мікрооперації, подати сигнал (наприклад, напруга рівня лог.1). У силу того, що керуючий пристрій визначає мікропрограму, тобто які і в якій часовій послідовності повинні виконуватися мікрооперації, воно отримало назву мікропрограмного автомата.
Формування керуючих сигналів Y 1, ..., Y n (рис.1) для виконання мікрокоманд може відбуватися в залежності від стану вузлів операційного пристрою, що визначається сигналами Х 1, ..., Х S, які подають з відповідних виходів операційного пристрою на входи керуючого пристрою. Керуючі сигнали Y 1, ..., Y n можуть також залежати від зовнішніх сигналів Х S +1, ..., Х L.
Для скорочення числа керуючих ланцюгів, які виходять з керуючого пристрою (у тих випадках, коли воно конструктивно виконується окремо від операційного), мікрокоманд можуть кодуватися.
2.1.3 Цифрові автомати.
Цифрові автомати - це логічний пристрій, в яких крім логічних елементів є елементи пам'яті. Значення вихідних сигналів такого пристрою залежить не тільки від аргументів на вході в даний момент часу, але і від попереднього стану автомата, яке фіксується елементами пам'яті. Як елементи пам'яті можуть використовуватися тригери. Кожне внутрішній стан цифрового автомата визначається вихідним станом тригерів і послідовністю вхідних сигналів, що діють на вході в даний момент часу, тому такі пристрої називаються послiдовнiсних схем. До послідовних схемами можна віднести: тригери, лічильники, регістри.
У загальному випадку структурна схема цифрового автомата може бути представлена у вигляді набору трьох вузлів: комбінаційної схеми формування вихідних сигналів, комбінаційної схеми формування сигналів управління тригерами і, власне, пам'яті (рис.2)
Y p |
Y 1 |
Y 2 |
S n, R n |
S 1, R 1 |
S 2, R 2 |
Q m |
Q 1 |
Q 2 |
Х До |
Х 1 |
Комбінаційна схема формування сигналів управління тригерами |
Пам'ять |
Комбінаційна схема формування вихідних сигналів |
Рис.2. Керуючий пристрій зі схемної логікою.
На вхід комбінаційної схеми управління тригерами надходять комбінації вхідних сигналів Х 1, Х 2, ... Х К, комбінації сигналів, що відображають стан елементів пам'яті Q 1, Q 2, ... Q m. З урахуванням цих множин комбінаційна схема формує серії сигналів, керуючих станом тригерів . Кодові комбінації стану тригерів утворюють внутрішні стану цифрового автомата, які прийнято позначати буквою а.
Комбінаційна схема формування вихідних сигналів створює сигнали У 1, У 2, ... У Р. які можуть використовуватися для керування деякими вузлами, для активізації процесів в інших схемах. Ці сигнали можуть залежати тільки від внутрішніх станів: у цьому випадку пристрій прийнято називати автоматом Мура. А якщо вихідні сигнали залежать і від вхідних сигналів Х 1, Х 2, ... Х К, то - автоматом Мілі.
Таким чином, для завдання цифрового автомата необхідні три множини:
ü безліч вхідних сигналів: Х 1, Х 2, ... Х К;
ü безліч вихідних сигналів: У 1, У 2, ... У Р;
ü безліч внутрішніх станів: а 1, а 2, ... а Z.
На зазначених трьох множинах задають дві функції: функцію переходів і функцію виходів. Для автомата Мілі ці функції мають вигляд:
а (t +1) = F (a (t), (x (t))
y (t) = φ (a (t), x (t));
де а (t +1) - Новий стан цифрового автомата;
a (t) - попередній стан автомата;
y (t) - вихідні сигнали поточного часу;
x (t) - сигнали на вході в даний момент часу.
Для автомата Мура:
а (t +1) = F (a (t), (x (t))
y (t) = φ (a (t));
Послідовність дій автомата з формування вихідних сигналів і сигналів управління тригерами з урахуванням вихідних сигналів може бути задана за допомогою алгоритму. Алгоритм фактично є формалізованим поданням завдання з побудови цифрового пристрою, де визначені групи вихідних сигналів для ініціалізації пристроїв схеми (наприклад, операційне пристрій процесу в залежності від надходження тих чи інших вхідних сигналів - х). Задавати цифровий автомат зручно за допомогою графа. Графом називається непорожня скінченна множина вузлів (вершин) разом з безліччю дуг (гілок), що з'єднують пари різних вузлів. Граф зазвичай представляється у наочній формі, при цьому вершини зображуються точками або колами, які позначаються з метою ідентифікації, а гілки зображуються лініями, що з'єднують відповідні вузли. Якщо кожній дузі також приписано напрямок, то такий граф називається орієнтованим. Якщо напрямку не вказані, то граф називається неорієнтованим. Дані уявлення корисні зважаючи на їх наочності.
Вершини зазвичай відповідають об'єктам деякого виду (в цифровому автоматі - внутрішнім станом), а дуги - фізичним чи логічним зв'язкам між ними.
Таким чином, графи можна використовувати для математичного моделювання різноманітних систем і структур: електричних схем, обчислювальних мереж і т.д.
2.2 Практична частина.
2.2.1 Визначення станів ЦА.
На заданій за варіантом блок-схемою алгоритму проставимо стану цифрового автомата. Новим станом позначається вхід блоку наступного за "процесом". За початковий стан візьмемо а0.
пуск |
У5 |
У1 У2 |
У1 У5 У6 |
X1 |
У6 У5 |
У2 У5 У1 |
У2 У4 У5 |
Х5 |
У1 У3 У4 У6 |
Х3 |
Х4 |
У2 У3 У4 |
У2 У3 У4 |
Х2 |
останов |
У2 У5 У6 |
У2 |
У2 У6 |
Рис.3. Алгоритм функціонування цифрового автомата |
а0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
а1 |
а2 |
а4 |
а6 |
а3 |
а5 |
А9 |
а0 |
А7 |
А8 |
А10 |
Стан цифрового автомата зміниться після кожного блоку «процес», тому що даний блок вказує на вихідні сигнали, сформовані автоматом при заданому переході. Стану слід проставляти за зростанням. На алгоритмі кожне нове стан автомата фіксується хрестиком на стрілці переходу до наступного блоку і проставлено буквене позначення з відповідним індексом.
У результаті отримали 11 різних станів переходів автомата. Далі цим станам присвоюється двійковий код. Для того, щоб було менше розрядів, а отже і менше тригерів скористаємося двійковим кодом «8-4-2-1». Відповідність кодових комбінацій внутрішнім станам наведено в таблиці 2.
2.2.2. Розрахунок числа тригерів
Для розрахунку числа тригерів скористаємося формулою:
N ≥ log 2 a n
де a n - кількість станів в алгоритмі
N = log 2 a n = Log 11 лютого = 3,26 ≈ 4.
Для всіх станів автомата досить вибрати тригер як мінімум з чотирма виходами «Q». Кожний вихід фіксується в таблиці, потім цього виходу присвоюється «0» або «1» в залежності від обраного стану автомата.
Таблиця 1. Кодування станів цифрового автомата
| Стан | Вихід тригера | |||
| a i | Q 4 | Q 3 | Q 2 | Q 1 |
| a 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| a 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| a 2 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| a 3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| a 4 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| a 5 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| a 6 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| a 7 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| a 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| a 9 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| a 10 | 1 | 0 | 1 | 0 |
Структурна схема пристрою, що управляє наведена на рис. .
Входами комбінаційного вузла будуть виходи тригерів (Q1; Q2; Q3; Q4), а також умовні переходи (Х1; Х2; Х3; Х4; Х5).
Виходами будуть сигнали (У1; У2; У3; У4; У5; У6) і сигнали управління тригерами (D1; D2; D3; D4). Також на тригери подаються сигнали синхронізації (С) і сигнали установки нуля (R).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
C |
х 5 |
х 4 |
х 3 |
х 2 |
х 1 |
у 6 |
у 5 |
у 4 |
у 3 |
у 2 |
у 1 |
Комбінаційний вузол |
R |
ТТ |
D |
Q1 |
R |
C |
4 |
3 |
2 |
1 |
Q2 |
Q4 |
Q3 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
Рис.4. Структурна схема пристрою, що управляє.
2.2.4. Побудова графа функціонування пристрою.
Граф функціонування пристрою будується на основі, даного в завданні курсової роботи алгоритму роботи, керуючого пристрою. Для того щоб почати складання потрібно відзначити на алгоритмі всі стани пристрої (а0 ... А10). Ці стани і визначать вузли графа. Колами позначаються стану, а дугами переходи з одного стану в інший. На дугах вказуються умовні переходи Xi, а також вихідні сигнали Yi
SHAPE \ * MERGEFORMAT
X1; У2, У4, У5 |
У2, У3, У4 |
Y1, Y2 |
У5, У6 |
Х1, У2, У6 |
Х4, У5 |
Х4 |
Х5, У5 |
Х5, У5, У6 |
X2; У2 |
У1, У3, У4 У6 |
а0 |
а1 |
а5 |
а3 |
а4 |
а6 |
А9 |
А8 |
А7 |
а2 |
А10 |
Х3 У1, У5, У6 |
У2, У4, У3 |
X3; У2, У3, У4 |
У2, У3, У4 |
Х2, У2, У5, У6 |
Рис 5. Граф функціонування
2.2.5. Заповнення таблиці роботи
Для заповнення таблиці роботи нам знадобиться таблиця переходів D-тригера (табл. 2).
Табл.2. Таблиця переходів D-тригерів
| Перехід | D |
| 0 → 0 | 0 |
| 0 → 1 | 1 |
| 1 → 0 | 0 |
| 1 → 1 | 1 |
Табл.3. Таблиця роботи
| Стан автомата | Умовні переходи | Вихідні сигнали | |||||||||
| вихідне | нове | ||||||||||
| a i | Q 4 | Q 3 | Q 2 | Q 1 | a i | Q 4 | Q 3 | Q 2 | Q 1 | Xi | Ji; Ki; Yi |
| a 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | a 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | ----- | D1; Y1, Y2 |
| a 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | a 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | ----- | D2; Y2, Y3, Y4 |
| a 2 | 0 | 0 | 1 | 0 | a 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | ----- | D1, D2; Y1, Y3, Y4, Y6 |
| a 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | a 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | D3; Y2 | |
| a 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | a 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | X2 | D1, D3; Y2, Y5, Y6 |
| a 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | a 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | X3 | D2, D3; Y1, Y5, Y6 |
| a 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | a 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | D1, D2, D3; Y2, Y3, Y4 | |
| a 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | a 10 | 1 | 0 | 1 | 0 | D2, D4; Y5, Y6 | |
| a 6 | 0 | 1 | 1 | 0 | a 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | X5 | D4; Y5 |
| a 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | a 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | X4 | ---------- |
| a 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | a 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | D4; Y5 | |
| a 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | a 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | X1 | D1, D4; Y2, Y6 |
| a 8 | 1 | 0 | 0 | 0 | a 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Y2, Y4, Y5 | |
| a 9 | 1 | 0 | 0 | 1 | a 10 | 1 | 0 | 1 | 0 | ----- | D2, D4; Y5, Y6 |
| a 10 | 1 | 0 | 1 | 0 | a 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | ----- | D1; Y1, Y2, Y5 |
| a 5 | 0 | 1 | 0 | 1 | a 7 | 0 | 1 | 1 | 1 | ----- | D1, D2, D3; Y2, Y3, Y4 |
2.2.6. Виведення рівнянь роботи автомата.
Після заповнення таблиці № 4 переходимо до запису вихідних рівнянь в СДНФ:
Y1 = a0 V a2 V a4 * x3 V a10
Тепер отримані рівняння ми можемо мінімізувати за допомогою закону склеювання, також для спрощення принципової схеми ми можемо застосувати правило Де Моргана. Таким чином, рівняння матимуть вигляд:
D1 = a0 & a2 & a3 * x2 & a4 * x3 & a8 * x1 & a10 & a5
D2 = a1 V a2 V a4 * (x3 V x3) V a6 * x5 V a9 V a5 = a1 & a2 & a4 & a6 * x5 & a9 & a5
D3 = a3 * (x2 V x2) V a4 * (x3 V x3) V a5 = a3 & a4 & a5
D4 = a6 * (x5 V x5) V a7 * x4 V a8 * x1 V a9 = a6 & a7 * x4 & a8 * x1 & a9
2.2.7 Вибір мікросхем в заданому базисі.
а) Загальна характеристика мікросхем серії ТТЛ:
Серія являє собою комплект мікросхем побудованої на транзисторних-транзисторної логіки. Призначення: побудова вузлів ЕОМ і пристроїв дискретної інформатики високим швидкодією і малою споживаною потужністю.
В даний час випускається декілька серій мікросхем серії ТТЛ. Це стандартні серії 133, К155; малопотужні мікросхеми серій 134, КР134; мікросхеми з діодами Шотки серій 530, КР531; вдосконалені малопотужні мікросхеми з діодами Шотки серій 1533, КР1533; вдосконалені мікросхеми з високим швидкодією і малим споживанням потужності серій 1531, КР1531.
Схемотехнічні майже всі логічні елементи, що входять до складу зазначених серій, можуть бути утворені комбінуванням двох базових схем: елементами І-НЕ і елементом АБО. Елементи І-НЕ і елемент АБО утворюють логічний елемент І-АБО-НЕ.
Однією з переваг серії мікросхем ТТЛ є наявність в їх складі таких схем як JK-тригер, D-тригери, дешифратори, регістри зсуву, лічильники, суматори і елементи пам'яті (ОЗУ і ПЗУ) зі схемами управління.
Наявність схем, що представляють собою готові вузли ЕОМ на кілька двійкових розрядів, дозволяє значно зменшити число корпусів цифрових мікросхем та отримати істотний виграш в об'ємі апаратури.
б) загальна характеристика мікросхем серії КР1533:
Серія ІС 1533 є функціонально повною і містить у своєму складі логічні елементи, лічильники, регістри, АЛП, схеми порівняння, Формувачі і т.д.
Мікросхеми виконані за біполярною технологією на основі транзисторних-транзисторної логіки з діодами Шотки (ТТЛШ). Мікросхеми повністю сумісні з ІС К133; К155; КМ155 по логічним рівням, напрузі живлення, завадостійкості і при однаковому швидкодії споживають у п'ять разів меншу потужність від джерела живлення на один базовий ЛЕ.
Параметри серії КР1533:
Напруга живлення - 5В + 5%
Напруга логічної одиниці - 2,5 В
Напруга логічного нуля - 0,4 В
Потужність - 1 мВт / ЛЕ
Швидкодія (час затримки поширення сигналу) - 14 нс
1. Мікросхема КР 1533 ЛН 1 - інвертор. Дана мікросхема включає в себе 6 елементів «НЕ». Мікросхема перетворює сигнал в зворотний йому ж, тобто 0 → 1 або 1 → 0. Форма запису функції: f (x) =
Табл.4 Таблиця істинності:
Мікросхема КР 1353 ЛА 3 - елемент Пірса. Дана мікросхема включає в себе 4 логічних елемента «2І-НЕ». Кожен з чотирьох логічних елементів виконує кон'юнкцію над двома сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції:
f (x 1, x 2) =
Табл.5.Табліца істинності.
:
Мікросхема КР 1533 ЛА 2. Дана мікросхема включає в себе один елемент «8И-НЕ». Логічний елемент виконує кон'юнкцію над 8 сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4, x 5, x 6, х 7, х 8) =
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Мікросхема КР 1533 ЛА 1. Дана мікросхема включає в себе 2 логічних елемента «4И-НЕ». Кожен з двох логічних елементів виконує кон'юнкцію над чотирма сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4) =
Табл.6 Таблиця істинності КР 1533 ЛА 1
Мікросхема КР 1533 ЛА 4. Дана мікросхема включає в себе 3 логічних елемента «3 І-НЕ». Кожен з трьох логічних елементів виконують кон'юнкцію над трьома, потім отриманий результат інвертує.
Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4) =
2.2.8.Опісаніе роботи
Щоб описати роботу пристрою для прикладу ми візьмемо з графа одну дугу
При подачі на тригери імпульсу синхронізації, на вхід дешифратора з виходів тригерів подається сигнал 1000. На восьмому виході дешифратора утворюється логічний нуль, а на інших виходах одиниця. На комбінаційний вузол також буде подаватися сигнал Х1. Після проходження через логічні елементи на входах тригерів утворюється сигнал 1001, що означає зміну стану тригерів в a9, також утворюються сигнали У2 У6.
Висновок
У процесі написання курсової роботи нами були закріплені отримані теоретичні знання та практичні вміння. А так само поглиблення теоретичних знань з даної теми.
Ми навчилися використовувати довідкову, навчальну та іншу літературу. Отримали уявлення про цифрових автоматах і навчилися вибирати підходящі для синтезу мікросхеми. Розрізнені знання про обчислювальної техніки почали збиратися в систему так, як дана курсова робота є комплексною і охоплює весь курс обчислювальної техніки.
4. Список використаної літератури
1. Цифрові пристрої і мікропроцесорні системи, Б. А. Калабеков, І. А. мамзель, 1997, М . «Радіо і зв'язок».
2. Аналогові і цифрові інтегральні мікросхеми, довідкове
посібник під редакцією С. В. Якубовського, 1984, М . «Радіо і зв'язок».
3. Інтегральні мікросхеми, Б.В. Тарабрина 1983, М . «Радіо і зв'язок».
Дата:
Підпис:
Наявність схем, що представляють собою готові вузли ЕОМ на кілька двійкових розрядів, дозволяє значно зменшити число корпусів цифрових мікросхем та отримати істотний виграш в об'ємі апаратури.
б) загальна характеристика мікросхем серії КР1533:
Серія ІС 1533 є функціонально повною і містить у своєму складі логічні елементи, лічильники, регістри, АЛП, схеми порівняння, Формувачі і т.д.
Мікросхеми виконані за біполярною технологією на основі транзисторних-транзисторної логіки з діодами Шотки (ТТЛШ). Мікросхеми повністю сумісні з ІС К133; К155; КМ155 по логічним рівням, напрузі живлення, завадостійкості і при однаковому швидкодії споживають у п'ять разів меншу потужність від джерела живлення на один базовий ЛЕ.
Параметри серії КР1533:
Напруга живлення - 5В + 5%
Напруга логічної одиниці - 2,5 В
Напруга логічного нуля - 0,4 В
Потужність - 1 мВт / ЛЕ
Швидкодія (час затримки поширення сигналу) - 14 нс
1. Мікросхема КР 1533 ЛН 1 - інвертор. Дана мікросхема включає в себе 6 елементів «НЕ». Мікросхема перетворює сигнал в зворотний йому ж, тобто 0 → 1 або 1 → 0. Форма запису функції: f (x) =
Табл.4 Таблиця істинності:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
| х | f |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
|
Мікросхема КР 1353 ЛА 3 - елемент Пірса. Дана мікросхема включає в себе 4 логічних елемента «2І-НЕ». Кожен з чотирьох логічних елементів виконує кон'юнкцію над двома сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції:
f (x 1, x 2) =
Табл.5.Табліца істинності.
:
| x 2 | x 1 | f |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мікросхема КР 1533 ЛА 2. Дана мікросхема включає в себе один елемент «8И-НЕ». Логічний елемент виконує кон'юнкцію над 8 сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4, x 5, x 6, х 7, х 8) =
|
& |
1 |
3 |
12 |
2 |
5 |
11 |
4 |
8 |
6 |
& |
Мікросхема КР 1533 ЛА 1. Дана мікросхема включає в себе 2 логічних елемента «4И-НЕ». Кожен з двох логічних елементів виконує кон'юнкцію над чотирма сигналами, потім отриманий результат інвертує. Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4) =
| х 4 | х 3 | x 2 | x 1 | f |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл.6 Таблиця істинності КР 1533 ЛА 1
Мікросхема КР 1533 ЛА 4. Дана мікросхема включає в себе 3 логічних елемента «3 І-НЕ». Кожен з трьох логічних елементів виконують кон'юнкцію над трьома, потім отриманий результат інвертує.
Форма запису функції: f (x 1, x 2, x 3, х 4) =
2.2.8.Опісаніе роботи
Щоб описати роботу пристрою для прикладу ми візьмемо з графа одну дугу
a9 |
a8 |
| |||
При подачі на тригери імпульсу синхронізації, на вхід дешифратора з виходів тригерів подається сигнал 1000. На восьмому виході дешифратора утворюється логічний нуль, а на інших виходах одиниця. На комбінаційний вузол також буде подаватися сигнал Х1. Після проходження через логічні елементи на входах тригерів утворюється сигнал 1001, що означає зміну стану тригерів в a9, також утворюються сигнали У2 У6.
Висновок
У процесі написання курсової роботи нами були закріплені отримані теоретичні знання та практичні вміння. А так само поглиблення теоретичних знань з даної теми.
Ми навчилися використовувати довідкову, навчальну та іншу літературу. Отримали уявлення про цифрових автоматах і навчилися вибирати підходящі для синтезу мікросхеми. Розрізнені знання про обчислювальної техніки почали збиратися в систему так, як дана курсова робота є комплексною і охоплює весь курс обчислювальної техніки.
4. Список використаної літератури
1. Цифрові пристрої і мікропроцесорні системи, Б. А. Калабеков, І. А. мамзель,
2. Аналогові і цифрові інтегральні мікросхеми, довідкове
посібник під редакцією С. В. Якубовського,
3. Інтегральні мікросхеми, Б.В. Тарабрина
Дата:
Підпис:
Цей текст може містити помилки.
Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
Схожі роботи:
Синтез комбінаційної схеми та проектування керуючого автомата Мура
Проектування керуючого автомата
Проектування керуючого мікропроцесорного пристрою
Абстрактний синтез кінцевого автомата
Синтез послідовного коректуючого пристрою
Розробка пристрою логічного управління Структурний синтез
Розробка алгоритму операційного автомату синтез керуючого автомату з жорсткою логікою типу Мілі
Синтез послідовного коректуючого пристрою та оцінка показників якості перехідних
Симетричний доступ на останній милі