Проектирование цифрового автомата
25 Министерство образования Российской Федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Новомосковский институт Проектирование цифрового автомата Методические указания к курсовой работе Под редакцией В.И. Воробьева Новомосковск 2004 УДК 681.322 ББК 32.973 П 791 Рецензенты: кандидат технических наук, доцент кафедры АПП В.З. Магергут (НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева) кандидат технических наук, доцент кафедры Электротехника Е.Б. Колесников (НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева) Составитель: В.С. Прохоров П791 Проектирование цифрового автомата: Методические указания к курсовой работе / Под редакцией В.И. Воробьева; РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т; Сост.: В.С. Прохоров. Новомосковск, 2001. - 24 с. Предлагаются индивидуальные задания, даются методические указания и пример выполнения курсовой работы по курсу "Схемотехника" для студентов специальности “Автоматизированные системы обработки информации и управления”. Ил.8. Табл.11. Библиогр.: 3 назв. УДК 681.322 ББК 32.973 © Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2001 СодержаниеВведение 4- 1. Последовательность выполнения задания и рекомендации по проектированию цифрового автомата 5
- 2. Задание к курсовому проектированию 21
- Библиографический список 25
ВведениеКурсовая работа является итоговой работой студентов по изучению курса "Схемотехника". Конечной целью изучения курса является освоение студентами самостоятельного проектирования несложных дискретных устройств (цифрового автомата), для того, чтобы в дальнейшем успешно эксплуатировать более сложные, серийно выпускаемые микроконтроллеры, а также ремонтировать и модернизовать персональные компьютеры. Для облегчения курсового проектирования в этом методическом пособии рассматривается сначала порядок выполнения задания, а затем дается достаточно подробный пример с необходимыми пояснениями. Разумеется, перед курсовым проектированием необходимо изучить соответствующие разделы лекционного курса и выполнить индивидуальные расчетные задания. 1. Последовательность выполнения задания и рекомендации по проектированию цифрового автомата Для курсовой работы предлагается спроектировать цифровой автомат, структурная схема которого показана на рис.1. Задание рекомендуется выполнять в следующем порядке: 1. Уточнить порядок функционирования предложенного для проектирования цифрового автомата (ЦА) в соответствии с заданием на курсовое проектирование, которое приводится ниже. Построить структурную схему ЦА с указанием схемы запуска, цепей формирования тактовых сигналов (Ф), сигналов сброса (W), входных сигналов (X) и т.д. 2. Определить период функционирования ЦА в соответствии с заданием на курсовое проектирование. 3. Определить необходимое количество триггеров для реализации регистра (RG). 4. Задать функцию переходов ЦА в виде графа и таблицы состояний ЦА. 5. Составить таблицу функций переходов и таблицу функций выходов. 6. С учетом рекомендуемого в задании на курсовое проектирование типа триггера и таблицы его состояний, приведенной в справочной литературе составить полную таблицу функционирования ЦА. 7. Провести минимизацию логических функций, описывающих работу комбинационных схем КС1, КС2, регистра RG. 8. Провести необходимые тождественные преобразования логических функций в соответствии с заданным в задании на курсовое проектирование логическим базисом для синтеза ЦА. 9. Выбрать тип ПЗУ, описать принцип его работы и составить таблицу программирования. 10. Построить функциональную схему ЦА. 11. С учетом функциональной схемы ЦА синтезировать его принципиальную электрическую схему на выбранных цифровых микросхемах. Описать работу примененных микросхем и ЦА. 12. С помощью интегрированного пакета - редактора схемотехники и SPCE симулятора "MULTISIM" провести анализ работы разработанной электронной схемы. Выявить возможные ошибки в схеме ЦА, сделать необходимые исправления Обширная библиотека компонентов интегрированного пакета "MULTISIM" включает генераторы сигналов, осциллографы, тестеры и т.д., огромное количество полупроводниковых приборов и микросхем разных фирм. Имеется возможность экспорта схемы в программы PCB - трассировки. 13. Составить перечень элементов (спецификацию) принципиальной электрической схемы. 14. Для создания принципиальной электрической схемы ЦА с помощью интегрированного пакета P-CAD использовать графический редактор P-CAD Schematic. 15. Создать макет печатной платы ЦА. Для размещения компонентов и трассировки печатных плат использовать графический редактор P-CAD PCB. 16. Результаты работы оформить в виде расчетно-пояснительной записки и графического материала на двух листах. Результаты анализа принципиальной электрической схемы ЦА с помощью интегрированного пакета "MULTISIM" сохранить и использовать при защите курсовой работы для доказательства работоспособности разработанной схемы ЦА. Обобщенная структурная схема (рис.1) цифрового автомата (ЦА) содержит запоминающее устройство ЗУ (RG - регистр, выполненный на триггерах), два комбинационных устройства: для формирования сигналов управления триггерами (КС1) и для формирования требуемых выходных сигналов (КС2). ЦА работает циклами, заканчивая их всякий раз возвращением в исходное состояние. Рис.1. Структурная схема цифрового автоматаПо сигналу, например, с дешифратора команд ДШ схема запуска формирует входной сигнал x, который принимает только два значения: x1=0 (пауза в работе ЦА) и x2=1 (запуск и работа ЦА). В ходе выполнения цикла ЦА в заданные моменты времени t1, t2, t3,... проходит через определенную последовательность внутренних состояний a(t) =al (l=0, 1,..., S), сменяющих друг друга при поступлении очередного тактового импульса Ф. При этом каждый цикл функционирования КА начинается в момент t поступления на его вход сигнала запуска x(t) =1. Часть этих состояний (тактов), пребывание в которых сопровождается выдачей импульса на какой-либо выход y1, y2,..., можно назвать активными, а остальные, обеспечивающие заданные паузы между выдачами импульсов, - пассивными. Пусть требуется синтезировать цифровой автомат (ЦА) с одним входом и пятью выходами. При этом на выходах y1, y2, y3, y4, y5 после запуска ЦА периодически, на каждом такте, появляются коды символов, образующих фамилию и инициалы студента. Каждый символ кодируется пятью битами: два старших разряда - номер строки, три младших разряда - номер столбца, согласно табл.1. Период функционирования ЦА может быть определен согласно табл.1. Таблица 1 Период функционирования цифрового автомата |
Символы | - | П | О | Ж | И | Л | О | В | А | - | О | - | И | - | | 8-ричный код | 00 | 20 | 17 | 07 | 11 | 14 | 17 | 03 | 01 | 00 | 17 | 00 | 11 | 00 | | |
Каждый период (цикл) функционирования ЦА начинается в момент поступления на его вход сигнала запуска x(t) = 1. При поступлении на его вход очередного тактового импульса Ф, максимальное число которых равна периоду функционирования автомата R=14, ЦА проходит ряд сменяющих друг друга состояний a(t) = al (l = 0, 1, 2, …, S). Число рабочих состояний равно S, а общее число состояний ЦА, включая исходное a0, равно s+1 и связано с максимальным числом рабочих тактов R соотношением S R. Выполнение этого условия обеспечивает возможность выдачи выходных импульсов на любом такте цикла. Минимально необходимое количество триггеров для синтеза регистра (памяти) определяют из соотношения n log2 (S + 1). Для проектируемого ЦА минимальное количество триггеров n = 4, так как 24 > 14. Для определения активных состояний следует задать определенный порядок их чередования в рабочем цикле ЦА, т.е. функцию переходов. В соответствии с заданием последовательность состояний регистра должна состоять из вычетов по модулю М, образовывать арифметическую прогрессию с разностью, равной простому наименьшему числу, не являющемуся делителем числа М, где М - период генерируемой последовательности. В рассмотренном случае М = 14. Наименьшее простое число, не являющееся делителем 14, это 3. Поэтому состояния регистра будут изменяться в такой последовательности: 0, 3, 6, 9, 12, 1, 4, 7, 10, 13, 2, 5, 8, 11… Каждое состояние регистра отождествляется с записанным в триггеры n-разрядным двоичным числом в соответствии с установленным выше правилом и может быть представлено табл.2. Таблица 2 Таблица состояний цифрового автомата |
Состояние регистра | Сигналы QB(t) на прямых выходах триггеров T4, T3, T2, T1 | | | Q4(t) | Q3(t) | Q2(t) | Q1(t) | | a0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | a3 | 0 | 0 | 1 | 1 | | a6 | 0 | 1 | 1 | 0 | | a9 | 1 | 0 | 0 | 1 | | a12 | 1 | 1 | 0 | 0 | | a1 | 0 | 0 | 0 | 1 | | a4 | 0 | 1 | 0 | 0 | | a7 | 0 | 1 | 1 | 1 | | a10 | 1 | 0 | 1 | 0 | | a13 | 1 | 1 | 0 | 1 | | a2 | 0 | 0 | 1 | 0 | | a5 | 0 | 1 | 0 | 1 | | a8 | 1 | 0 | 0 | 0 | | a11 | 1 | 0 | 1 | 1 | | a0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | |
Алгоритм функционирования ЦА можно задать с помощью графа, в котором номер состояния удобно обозначить числом, характеризующим состояние регистра, а также указать номер выхода в каждом состоянии, на котором формируется сигнал 1 (рис.2). Рис. 2. Алгоритм функционирования цифрового автомата, заданный с помощью графа. Для синтеза КС1 и КС2 следует таблично задать функцию переходов (табл.3) и функцию выходов (табл.4). Таблица 3 Таблица функций переходов |
Предшествующее состояние автомата a(t) | Последующее состояние автомата a(t+1) | | | при x(t) =1 | при x(t) =0 | | a0 | 0000 | a3 | a0 | | a3 | 0011 | a6 | a0 | | a6 | 0110 | a9 | a0 | | a9 | 1001 | a12 | a0 | | a12 | 1100 | a1 | a0 | | a1 | 0001 | a4 | a0 | | a4 | 0100 | a7 | a0 | | a7 | 0111 | a10 | a0 | | a10 | 1010 | a13 | a0 | | a13 | 1101 | a2 | a0 | | a2 | 0010 | a5 | a0 | | a5 | 0101 | a8 | a0 | | a8 | 1000 | a11 | a0 | | a11 | 1011 | a0 | a0 | | a0 | 0000 | a0 | a0 | | a0 | 0000 | a0 | a0 | | |
Страницы: 1, 2, 3
|