Ім'я файлу: Kursach.docx
Розширення: docx
Розмір: 312кб.
Дата: 03.08.2022
скачати

АНОТАЦІЯ


Курсове проектування є завершальним етапом вивчення студентами спеціальних дисциплін, передбачених робочим планом за фахом АМ.

Задачі курсового проектування - закріплення, систематизація, поглиблення і розвиток теоретичних і практичних знань, отриманих у процесі вивчення дисципліни, а також придбання ними практичних навичок самостійного рішення загальнотеоретичних, практичних і методичних питань проектування програмних продуктів.

Основна мета курсового проектування складається у вивченні й аналізі питань, зв'язаних зі спеціальними аспектами досліджуваних дисциплін, удосконалюванні загальнотеоретичної підготовки студентів, а також самостійному застосуванні отриманих знань.

Метою курсового проекту є проектування керуючих автоматів Милі і Мура, по заданій графі-схемі алгоритму, і побудова їхніх принципових схем на елементах заданої серії.

У курсовому проекті були реалізовані необхідні вимоги, і виконаний синтез керуючих автоматів на елементах серії КР555






ANNOTATION


Course project on the subject " Applied theory of digital machines " is a testing tool for theoretical knowledge and their application to practical skills in the art. This work includes the design of control Mealy and Moore automations defined by graph diagram. For designing machines encoded in their states for heuristic encoding method . Building machines is based on a series of elements KP555, so has practical importance of the ability to use the result for different purposes. Because of this , made the circuit can be used in practice. So this course project is of great importance for future work in the development of hardware.



ВВЕДЕННЯ

Метою курсового проекту по дисципліні "Прикладна теорія цифрових автоматів" є закріплення основних теоретичних знань і практичних навичок у ході самостійної роботи.

У ході роботи необхідно :1. спроектувати керуючий автомат Милі по заданої граф - схемі алгоритму. Побудувати принципову схему автомата з використанням елементів серії КР1533.2. спроектувати керуючий автомат Мура по заданої граф - схемі алгоритму. Побудувати принципову схему автомата з використанням елементів серії КР1533. Керуючий автомат генерує послідовність керуючих сигналів, запропоновану мікропрограмою, і відповідну значенням логічних елементів, тобто задає порядок виконання дій в операційному автоматі, що випливають з алгоритму виконання операцій. Кінцевий автомат, що інтерпретує мікропрограму роботи операційного пристрою, називається мікропрограмним автоматом. На практиці найбільше поширення одержали два класи автоматів - автомати Милі і Мура. Основна відмінність автомата Мура від автомата Милі полягає в тім, що вихідний сигнал в автоматі Мура залежить тільки від поточного стану автомата й у явному виді не залежить від вхідного сигналу.

1 ВИБІР ВАРІАНТА ЗАВДАННЯ







1.1 ГРАФ-СХЕМА АЛГОРИТМУ

Граф-схеми алгоритмів обираються кожним студентом в індивідуаль-ному порядку. Вона складається з чотирьох блоків: E, F, G, H. Студенти обирають граф-схему із п’яти блоків з номерами 0...4 на підставі чисел А, В, С та (А+В+С) за наступними правилами:

- блок "Е" – схема під номером (А) mod 5 = 05mod 5 = 3;

- блок "F" – схема під номером (В) mod 5 = 06mod 5 = 1;

- блок "G" – схема під номером (С) mod 5 = 3mod 5 = 0;

- блок "H" – схема під номером (А+В+С) mod 5 = 14 mod 5 = 2.

Розташування обирається з використанням номера групи. Остання цифра номеру у списку групи – 3, тоді N = N mod 4 =3 , тоді розташування – 15. Тип тригера знаходимо по таблиці на підставі числа (А) mod 4 = 05 mod 4 =1 .



Блоки E, F, G, H з’єднуються, утворюючи собою граф-схемою, що зображена у додатку 1.


1.2 ТИП ТРИГЕРА


Тип тригера знаходимо по таблиці 1 на підставі числа (А) mod 3 = 27 mod 3 = 1.

Таблиця 1 Для вибору варіанта тригера

(A) mod 3

ТИП ТРИГЕРА

0

Т

D

1

D

JK

2

JK

T

автомат

Мілі

Мура



Отримуємо D-тригер для автомата Мілі та JK-тригер для Мура.Отже, згідно з методичними вказівками, для автомата Мілі використовуємо D тригер, а для Мура – JK.

1.3 СЕРІЯ ІНИЕГРАЛЬНИХ МІКРОСХЕМ

Серія інтегральних мікросхем для побудови принципових мікросхем КР555 через те, що варіант є непарним.




  1. ОСНОВНА ЧАСТИНА

    1. СТРУКТУРНИЙ СИНТЕЗ АВТОМАТА МУРА



2.1.1РОЗМІТКА СТАНІВ ГСА


Для автомата Мура розмітка ГСА позначається буквою ai (Додаток 1) .

Відмічаються всі операторні вершини. Вершини початку та кінця позначається станом а1.Таким чином для автомата Мура ми отримали 26 станів.

2.1.2 КОДУВАННЯ СТАНІВ


Для оптимального кодування станів автомата використовуємо евристичний метод. Для цього будуємо матрицю Т. Перший стовбець цієї матриці номер вихідного стану, другий – номер стану в який переключається автомат, а третій кількість переходів між даними станами.

Таблиця 1. Матриця T

1

3

1

2

4

1

2

6

1

2

7

1

3

5

1

3

6

1

3

7

1

4

6

1

4

7

1

5

6

1

5

7

1

6

9

1

6

8

1

7

8

1

7

5

1

8

10

1

9

11

1

9

14

1

9

13

1

10

14

2

10

13

1

10

15

1

11

12

1

12

2

1

13

2

1

14

15

1

15

17

1

15

18

1

15

21

1

15

22

1

16

20

1

16

19

1

17

19

1

18

21

1

19

21

1

20

21

1

20

22

1

21

23

1

22

23

1

22

26

1

22

25

1

23

25

1

23

24

1

24

1

1

25

1

1

25

16

1

26

16

1



За допомогою програми для кодування EKODE отримуємо наступні оптимальні кодування станів:
а1 10100

a2 00011

a3 00100

a4 00111

a5 00000

a6 00010

a7 00001

a8 00101

a9 01010

a10 01001

a11 10010

a12 10011

a13 01011

a14 01000

a15 01101

a16 11110

a17 01111

a18 10101

a19 11111

a20 01110

a21 11101

a22 01100

a23 11000

a24 10000

a25 11100

a26 10110

2.1.3 ТАБЛИЦЯ ПЕРЕХОДІВ АВТОМАТА

На основі граф-схеми та отриманих даних будуємо пряму таблицю переходів автомата. Перший стовбець (a(t)/Y) – поточний стан та вихідні значення Y, другий стовбець (K(a(t)))– код поточного стану, третій (a(t+1)) – стан, у який переключиться автомат, четвертий (K(a(t+1))) – його код, п’ятий (X) – ікси, шостий (Ф.З.) – функції збудження тригерів, шо переключяться. Останній стовбець зручно заповнити за допомогою скороченої оберненої таблиці переключень(переходів) JK-тригера (таблиця 2).

Таблиця 2. Обернена таблиця переходів JK-тригера.

Qt

Qt+1

J

K

0

0

0

X

0

1

1

X

1

0

X

1

1

1

X

0

Останній стовбець (Ф.З.) отриманий за допомогою стовпців K(a(t)), K(a(t+1)) та таблиці 2.

Таблиця 3. Переходи автомата Мура.

a(t)/Y

K(a(t))

a(t+1)

K(a(t+1))

X

Ф.З.

а1(-)

10100

а3

00100

1

K1

а2(y2y5)

00011

a4

00111

X5

K3

a6

00010

˥X5X2

K5

a7

00001

˥X5 ˥X2

K4

a3(y3)

001000

a5

00000

X5

K3

a6

00010

˥X5X2

K3J4

a7

00001

˥X5˥X2

K3J5

a4(y7)

00111

a6

00010

X2

K3K5

a7

00001

˥X2

K3K4

a5

00000

a6

00010

X2

J4

a7

00001

˥X2

J5

a6(y3y4y5)

00010

a9

01010

X4

J2

a8

00101

˥X4

J3K4K5


a7(y1y8)


00001

a8

00101

X6

J3

a5

00000

˥X6

K5

a8(y2)

00101

a10

01001

1

J2K3

a9(y1y8)

01010

a11

10011

X4

J1K2

a14

01000

˥X4X3

K4

a13

01011

˥X4˥X3

J5

a10(y5y9)

01001

a14

01000

X4X3

K5

a13

01011

X4˥X3

J4

a14

01000

˥X4X1

K5

a15

01101

˥X4˥X1

J3

a11(y4)

10010

a12

10011

1

J5

a12(y4y5)

10011

a2

00011

1

J1

a13(y3y10)

01011

a2

00011

1

J2

a14(y6)

01000

a15

01101

1

J3J5

a15(y1y2)

01101

a17

01111

X4

J4

a18

10101

˥X4X2

J1K2

a21

11101

˥X4˥X2X1

J1

a22

01100

˥X4˥X2˥X1

K5

a16(y1y4)

11110

a20

01110

X3

K1

a19

11111

˥X3

J5

a17(y3)

01111

a19

11111

1

J1


a(t)/Y


K(a(t))


a(t+1)


K(a(t+1))


X


Ф.З.

a18(y4y5)

10101

a21

11101

1

J2

a19(y2y6)

11111

a21

11101

1

K4

a20

01110

a21

11101

X1

J1K4J5

a22

01100

˥X1

K4

a21

11101

a23

11000

1

K3K5

a22(y3y6)

01100

a23

01101

X5

J1K3

a26

11001

˥X5X6

J1K2J4

a25

11100

˥X5˥X6

J1

a23(y7)

11000

a25

11100

X1

J3

a24

10000

˥X1

K2

a24(y1y9)

10000

a1

10100

1

J3

a25(y8)

11100

a1

10100

X2

K2

a16

11110

˥X2

K4

a26(y3)

10110

a16

11110

1

J2


2.1.4 ФУНКЦІЇ ЗБУДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ ТА ВИХОДНИХ СИГНАЛІВ


На базі останнього стовпця таблиці будуємо функції збудження тригерів і приводимо їх до базису АБО/І-НІ (Найзручніший базис, враховуючи набір мікросхем, на яких проектується ця схема).

J1=a9X4+a12+a15˥X4X2+a15˥X4˥X2X1+a17+a20X1+a22=˥(˥(a9X4) ˥(a20X1) ˥(a22X5) ˥(a15˥X4X2) ˥(a22˥X5X6) ˥(a22˥X5˥X6) ˥(a15˥X4˥X2X1) ˥a12 ˥a17)

J2 = a6X4+a8+a13+a18+a26=˥(˥(a6X4) ˥a8 ˥a13 ˥a18 ˥a26)

J3 =a2X5+a6˥X4+a7X6+a10˥X4˥X1+a14+a23X1+a24=˥(˥(a10˥X4˥X1) ˥ (a2X5) ˥(a6˥X4) ˥(a7X6) ˥(a23X1) ˥a14 ˥a24)

J4 = a3˥X5X2+a5X2+a10X4˥X3+a15X4+a22˥X5X6+a25˥X2=˥(˥(a3˥X5X2) ˥(a10X4˥X3) ˥(a22˥X5X6) ˥(a5X2) ˥(a15X4) ˥(a25˥X2))

J5 = a3˥X5˥X2+a5˥X2+a6˥X4+a9˥X4˥X3+a11+a14+a16˥X3+a20X1=˥(˥(a3˥X5˥X2) ˥(a9˥X4˥X3) ˥ (a5˥X2) ˥(a6˥X4) ˥(a1˥X3) ˥(a20X1) ˥a11 ˥a14)

K1 = a1+a16X3=˥(˥(a16X3) ˥a1)

K2 = a9X4+a15˥X4X2+a22˥X5X6+a23˥X1+a25X2=˥(˥(a15˥X4X2) ˥(a22˥X5X6) ˥(a9X4) ˥(a23˥X1) ˥(a25X2))

K3 = a3+a4+a8+a21+a22X5=˥(˥(a22X5) ˥a3 ˥a4 ˥a8 ˥a21)

K4 = a2˥X5˥X2+a4˥X2+a6˥X4+a9˥X4X3+a19+a20=˥(˥(a2˥X5˥X2) ˥(a9˥X4X3) ˥(a4˥X2) ˥(a6˥X4) ˥a19 ˥a20)

K5 = a2˥X5X2+a4X2+a7˥X6+a10X4X3+a10˥X4X1+a15˥X4˥X2˥X1+a21=˥(˥(a15˥X4˥X2˥X1) ˥(a2˥X5X2) ˥(a10X4X3) ˥(a10˥X4X1) ˥(a4X2) ˥(a7˥X6) ˥a21)

Так само, на основі першого стовпця будуємо функції виходу:

Y1 = a7+a9+a15+a18+a24

Y2 = a2+a7+a8+a15+a19+a21

Y3 = a3+a6+a13+a17+a22+a26

Y4 = a6+a11+a12+a16+a21

Y5 =a2+a5+a6+a10+a12+a18

Y6 = a14+a19+a22

Y7 = a4+a20+a23

Y8 = a9+a25

Y9 = a5+a10+a24

Y10 = a13

За отриманими функціями будуємо схему автомата Мура, що зображена у додатку 2.
    1. СТРУКТУРНИЙ СИНТЕЗ АВТОМАТА МІЛІ



2.2.1 РОЗМІТКА СТАНІВ ГСА


Для автомата Мілі розмітка ГСА позначається буквою а. Відмічаються входи в вершини, які слідують за операторними. Виходячи з цього ми отримуємо для автомата Мілі 22 стани.

2.2.2 КОДУВАННЯ СТАНІВ


Оскільки ми використовуємо D-тригер, а його особливістю є те, що вихід тригера такий же як стан у момент часу (t+1), то для оптимального кодування будуємо робити таблицю переключення автомата, тобто записуємо скільки разів автомат переключається у певний стан (Таблиця 4).

Таблиця 4. Таблиця переключень автомата

1

1

2

1

3

2

4

3

5

3

6

3

7

2

8

1

9

1

10

1

11

3

12

3

13

2

14

2

15

1

16

3

17

1

18

3

19

2

20

2

21

2

22

1

Згідно з таблиці 4, оптимальне кодування станів наступне:

а1 11000

а2 00111

а3 01001

а4 00001

а5 00010

а6 00100

а7 10001

а8 01011

а9 10011

а10 01101

а11 01000

а12 10000

а13 00110

а14 01010

а15 10101

а16 00011

а17 01110

а18 00000

а19 10010

а20 01100

а21 10100

а22 00101

Тепер, отримавши ці кодування станів, можемо побудувати пряму таблицю переключень автомата Мілі (таблиця 5).

2.2.3 ТАБЛИЦЯ ПЕРЕХОДІВ АВТОМАТА МІЛІ


На основі ГСА і закодованих стані будуємо таблицю переходів автомата (таблиця 5).

Останній стовбець таблиці 18 заповнюється за допомогою оберненої таблиці переходів D - тригера (таблиця 6).

Таблиця 5. Обернена таблиця переходів JK-тригера.

Qt

Qt+1

D

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

Останній стовбець (Ф.З.) отриманий за допомогою стовпців K(a(t)), K(a(t+1)) та таблиці 5.

Таблиця 6. Переключення автомата Мілі

a(t)

K(a(t))

a(t+1)

K(a(t+1))

X

Y

Ф.З.

a1

11000

a3

01001

1

y3

D2D5

a2

00111

a4

00001

X5

y7

D5

a5

00010

˥X5X2

y3y4y5

D4

a6

00100

˥X5˥X2

y1y2

D3

a3

01001

a4

00001

X5

y5y9

D5

a5

00010

˥X5X2

y3y4y5

D4







a6

00100

˥X5˥X2

y1y2

D3

a4

00001

a5

00010

X2

y3y4y5

D4

a6

00100

˥X2

y1y2

D4

a5

00010

a8

01011

X4

y1y8

D2D4D5

a7

10001

˥X4

y2

D1D5

a6

00100

a7

10001

X6

y2

D1D5

a4

00001

˥X6

y5y9

D5

a7

10001

a9

10011

1

y5y9

D1D4D5

a8

01011

a10

01101

X4

y4

D2D3D5

a12

10000

˥X4X3

y6

D1

a11

01000

˥X4˥X3

y3y10

D2

a9

10011

a12

10000

X4X3

y6

D1

a11

01000

X4˥X3

y3y10

D2

a12

10000

˥X4X1

y6

D1

a13

00110

˥X4˥X1

y1y2

D3D4

a10

01101

a11

01000

1

y4y5

D2

a11

01000

a2

00111

1

y2y5

D3D4D5

a12

10000

a13

00110

1

y1y2

D3D4

a13

00110

a15

10101

X4

y3

D1D3D5

a16

00011

˥X4X2

y4y5

D4D5

a18

00000

˥X4˥X2X1

y2y4

-

a19

10010

˥X4˥X2˥X1

y3y6

D1D4

a14

01010

a17

01110

X3

y7

D2D3D4

a16

00011

˥X3

y2y6

D4D5

a15

10101

a16

00011

1

y2y6

D4D5

a16

00011

a18

00000

1

y2y4

-

a17

01110

a18

00000

X1

y2y4

-

a19

10010

X˥1

y2y6

D1D4

a18

00000

a20

01100

1

y7

D2D3

a19

10010

a20

01100

X5

y7

D3D5

a22

00101

˥X5X6

y3

D1D3

a21

10100

˥X5˥X6

y8

D3D4

a20

01100

a21

10100

X1

y8

D1D3

a1

11000

˥X1

y1y9

D1D2

a21

10100

a3

01001

X2

y3

D2D5

a14

01010

˥X2

y1y4

D2D4

a22

00101

a14

01010

1

y1y4

D2D4




      1. ФУНКЦІЇ ЗБУДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ ТА ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ


На базі останнього стовпця таблиці будуємо функції збудження тригерів і приводимо їх до базису АБО/І-НІ (Найзручніший базис, враховуючи набір мікросхем, на яких проектується ця схема).

D1 = a5X4+a6X6+a7+a8˥X4X3+a9X4X3+a9˥X4X1+a13X4+a13˥X4˥X2˥X1+a17˥X1+a19˥X5˥X6+a20 =˥(˥(a13˥X4˥X2˥X1) ˥(a8˥X4X3) ˥(a9˥X4X3) ˥(a9˥X4X1) ˥(a19˥X5˥X6) ˥(a5˥X4) ˥(a6X6) ˥(a13X4) ˥(a17˥X1) ˥a7 ˥a20)

D2 = a1+a5X4+a8X4+a8˥X4˥X3+a9X4˥X3+a10+a14X3+a18+a19X5+a21+a22= ˥(˥(a8˥X4˥X3) ˥(a9X4˥X3) ˥(a5X4) ˥(a8X4) ˥(a14X3) ˥(a19X5) ˥a1 ˥a10 ˥a18 ˥a21 ˥a22)

D3 = a2˥X5˥X2+a3˥X5˥X2+a4˥X2+a8X4+a9˥X4˥X1+a11+a12+a13X4+a14X3+a18+a19+a20X1= ˥(˥(a2˥X5˥X2) ˥(a3˥X5˥X2) ˥(a9˥X4˥X1) ˥(a4˥X2) ˥(a8X4) ˥(a13X4) ˥(a14X3) ˥(a20X1) ˥a11 ˥a12 ˥a18 ˥a19)

D4= a2˥X5X2+a3˥X5X2+a4X2+a5X4+a7+a9˥X4˥X1+a11+a12+a13˥X4X2+a13˥X4˥X2˥X1+a14+a15+ a17˥X1+a21˥X2+a22= ˥(˥(a2˥X5X2) ˥(a3˥X5X2) ˥(a4X2) ˥(a5X4a7) ˥(a9˥X4˥X1) ˥a11 ˥a12 ˥(a13˥X4X2) ˥(a13˥X4˥X2˥X1) ˥a14 ˥a15 ˥( a17˥X1) ˥(a21˥X2) ˥a22

D5 = a1+a2X5+a3X5+a5+a6+a7+a8X4+a11+a13X4+a13˥X4X2+a14˥X3+a15+a19˥X5X6+a21X2 =˥a1˥(a2X5) ˥(a3X5) ˥a5 ˥a6 ˥a7 ˥(a8X4) ˥a11˥(a13X4) ˥(a13˥X4X2) ˥(a14˥X3) ˥15˥(a19˥X5X6) ˥(a21X2)

Так само, на основі стовпця ігриків будуємо функції виходу і теж переводимо їх у базис АБО/І-НІ:

Y1 = ˥(˥ (a2 ˥X5 ˥X2) ˥(a3 ˥X5 ˥X2) ˥(a9 ˥X4 ˥X1) ˥(a4 ˥X2) ˥(a5X4) ˥(a20 ˥X1)(a21 ˥X2) ˥a12 ˥a22)

Y2 = ˥(˥(a13 ˥X4 ˥X2X1) ˥(a3 ˥X5 ˥x2) ˥(a9 ˥X4 ˥X1) ˥(a4 ˥X2) ˥(a5 ˥X4) ˥(a6X6) ˥(a14 ˥X3) ˥(a17X1) ˥a11 ˥a12 ˥a15 ˥16)

Y3 = ˥ (˥(a13 ˥X4 ˥X2 ˥X1) ˥(a2 ˥X5X2) ˥(a3 ˥X5X2) ˥(a8 ˥X4 ˥X3) ˥(a9 ˥X4 ˥X3) ˥(a19 ˥X5X6) ˥(a4X2) ˥(a13X4) ˥(a17 ˥X1) ˥(a21X2) ˥a1)

Y4 = ˥ (˥(a13˥X4˥X2X1) ˥(a2˥X5X2) ˥(a3˥X5X2) ˥(a13˥X4X2) ˥(a4X2) ˥(a8X4) ˥(a17X1) ˥(a21˥X2) ˥a10 ˥a16 ˥a22)

Y5 = ˥(˥(a2˥X5X2) ˥(a3˥X5X2) ˥(a13˥x4X2) ˥(a4X2) ˥(a6˥X6) ˥a7 ˥a10 ˥a11)

Y6 =˥(˥(a13˥X4˥X2˥X1) ˥(a8˥X4X3) ˥(a9X4X3) ˥(a9˥X4X1) ˥(a14˥X3) ˥(a17˥X1) ˥a15)

Y7 = ˥(˥(a2X5) ˥(a14X3) ˥(a19X5) ˥a18)

Y8 = ˥(˥(a19˥X5˥X6) ˥(a20X1) ˥(a5X4))

Y9 = ˥(˥(a3X5) ˥(a6˥X6) ˥(a20˥X1) ˥a7)

Y10 = ˥(˥(a8˥X4˥X3) ˥(a9X4˥X3))

За отриманими функціями будуємо схему автомата Мілі, що зображена у додатку 3.

ВИСНОВОК


Проектування керуючих автоматів Мілі та Мура включало в себе розмітку станів на ГСА, будування таблиць переходів та кодування станів. Кодування станів RS-триггера було виконано за евристичним способом, що полягає у формуванні матриці переходів із одного стану в інший за кількістю переходів, підрахунку ваги всіх компонентів пар, побудова на основі ваги матриці переходів, мінімізації методом карт Карно та отриманні кодів для усіх станів автомата. Евристичний спосіб кодування зручний тим, що завдяки оптимальному кодуванні використовується менше логічних елементів у схемі. Принципові схеми автоматів виконані з урахуванням серії елементів КР555, що надає можливість реалізувати автомати на практиці. Мікросхеми серії КР555 належать до мало потужних швидкісних цифрових мікросхем, призначені для високошвидкісного обміну та обробки цифрової інформації, часового та електричного погодження сигналів в обчислювальних системах.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ







  1. И.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С. Чувелев. Логические ИС К555, К555. Справочник, часть 1, 2.



  1. Конспект лекцій з дисципліни « Прикладна теорія цифрових автоматів»



  1. ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.



  1. ГОСТ 2.743-82. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.


скачати

© Усі права захищені
написати до нас