АНОТАЦІЯКурсове 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 ANNOTATIONCourse 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 ТРИГЕРАТип тригера знаходимо по таблиці 1 на підставі числа (А) mod 3 = 27 mod 3 = 1. Таблиця 1 Для вибору варіанта тригера
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. ОСНОВНА ЧАСТИНАСТРУКТУРНИЙ СИНТЕЗ АВТОМАТА МУРА2.1.1РОЗМІТКА СТАНІВ ГСАДля 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 СТАНІВДля 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
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.
Останній стовбець (Ф.З.) отриманий за допомогою стовпців K(a(t)), K(a(t+1)) та таблиці 2. Таблиця 3. Переходи автомата Мура.
2.1.4 ФУНКЦІЇ ЗБУДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ ТА ВИХОДНИХ СИГНАЛІВНа 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. СТРУКТУРНИЙ СИНТЕЗ АВТОМАТА МІЛІ2.2.1 РОЗМІТКА СТАНІВ ГСАДля 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 СТАНІВОскільки 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
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 МІЛІНа 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.
Останній стовбець (Ф.З.) отриманий за допомогою стовпців K(a(t)), K(a(t+1)) та таблиці 5. Таблиця 6. Переключення автомата Мілі
ФУНКЦІЇ ЗБУДЖЕННЯ ТРИГЕРІВ ТА ВИХІДНИХ СИГНАЛІВНа 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. ВИСНОВОКПроектування 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 ЛІТЕРАТУРИИ.И.Петровский, А.В.Прибыльский, А.А.Троян, В.С. Чувелев. Логические ИС К555, К555. Справочник, часть 1, 2.Конспект лекцій з дисципліни « Прикладна теорія цифрових автоматів»ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.ГОСТ 2.743-82. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. |