Каталог :: Радиоэлектроника

Курсовая: Цифровой автомат

  1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО АВТОМАТА
ЦА представляет собой последовательностную схему и служит для обработки дискретной информации структурная схема ЦА представлена на рис 1.

В операционном устройстве выполняются арифметические и логические операции, в качестве узлов в состав операционного устройства входят: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и др. Управляющие устройства координируют действия узлов операционного устройства, оно определенной временной последовательности вырабатывает управляющие сигналы под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые функции. Процессорное устройство описывается множеством входных сигналов являющихся исходными данными. Множеством результатов Z1-Zm, управляющее устройство вырабатывает множество управляющих сигналов y1-yn, операционное устройство вырабатывает множество признаков X1-Xs, которые позволяют изменить последовательность выполненных микрокоманд. На последовательность выполнения микрокоманд так же влияют внешние признаки Xs+1-XL. 2. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА В состав процессорного устройства входят регистры, счетчики и дешифратор. Пусть регистр Р1 хранит число А. В регистр Р2 поочередно заносятся элементы проверяемого массива, счетчик 1 служит для подсчета числа циклов. Счетчик 2 служит для подсчета числа элементов =А. Дешифратор используется для формирования признака х. Алгоритм функционирования автомата в микрооперациях представлен на рис.2

Рис 2
Под действием управляющего сигнала y1 в регистр Р1 записывается проверяемое число х. Под действием управляющего сигнала y2 в регистр R2 записывается число B. Под действием управляющего сигнала y3 в регистре R3 записываются число А ив сумматоре 1 сравнивается числа Аи х. На выходе переноса сумматора вырабатывается признак х. Если х<А то признак х=1 и выполняется переход на формирование управляющего сигнала y5, если наоборот то х=0 и выполняется переход на формирование управляющего импульса у4. Под действием управляющего сигнала y5 в сумматоре 2 должен быть организован режим сложения и в нем вычисляется х+В. Под действием управляющего сигнала у4 в сумматоре должен быть организован режим вычитания и вычисляется х-В. Под действием управляющего сигнала у6 результат полученный в сумматоре 2 записывается в регистр R4. 3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА.
Рис 3
Так как регистры используются для записи чисел массива, поэтому в них должен быть организован режим параллельной загрузки. Т.к. сумматор 1 используется для сравнения чисел то в нем должен быть организован режим вычитании. Сумматор 2 используется для вычисления х-В и х+В и в нем организуется режим вычитания и сложения. 4. СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА. 4.1. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах представлен на рис.4

Рис 4
Микрокоманды Y можно объединить управляющие сигналы y, выполняемые в различных несвязанных между собой блоках или управляющие сигналы y, последовательность которых в процессе выполнения алгоритма не изменяется. Микрокоманда Y1 включает управляющие сигналы y1 ,y2 и у3 ;микрокоманда Y2 включает управляющие сигнал y4; Y3 – y5; Y4 – y6. а0 – начало/конец алгоритма; а1–а4 – операторные блоки. 4.2. Граф функционирования цифрового автомата. Граф функционирование цифрового автомата представлен на рис.5. Он отражает возможные переходы цифрового автомата. В узлах графа записываются состояния автомата, стрелками показаны возможные переходы. Над стрелками указаны условия перехода. Выделенные стрелки соответствуют безусловным переходам.
Y1
а0 а1 а4 а2
Y2
Y4
а3
Y3
РИС.5
Из состояния а0 осуществляется безусловный переход в состояние а1, при этом выполняется микрокоманда Y1. Из состояния а1 при условии х выполняется переход в а3, а при осуществяляется переход в состояние а2 Из состояния а2, и а3 осуществляются безусловные переходы в состояние а4 Из а4 выполняется безусловный переход в а0; 4.3. Кодирование состояний. Для кодирования состояния автоматов используются RS-триггеры. Необходимое количество триггеров (n) выбирается из соотношения 2n ³ N, где N – количество состояния автоматов. Для N = 5, n = 3. Каждому состоянию автомата поставим в соответствие комбинацию состояний триггеров. Кодирование состояний представлено в табл.1

Таблица1

Состояние автомата

а

Состояние триггеров

Q2

Q1

Q0

a0000
a1001
a2010
a3011
a4100
4.4. Таблица функционирования цифрового автомата. Функционирование цифрового автомата представлено в табл.2 Таблица 2
Текущее состояниеСледующее состояниеУсл. переходаСигналы управления триггеров
а

Q2

Q1

Q0

a

Q2

Q1

Q0

T2

T1

T0

a0000a1001

S0

a1001A3011

S1

A1001A2010x

S1

R0

a2010a4100

S2

R1

a3011a4100

S2

R1

R0

a4100a0000

R2

Из состояния а0 выполняется безусловный переход в состояние а1, при котором триггер Т0 переходит из нулевого состояния в состояние единичное. Поэтому активный логический уровень необходимо подать на вход S0 Из состояния а1, при условии х выполняется переход в состояние а3. При котором триггер Т1 переходит из нулевого состояния в единичное, поэтому необходимо подать управляющий сигнал S1. Из состояния а1 при условии выполняется переход в состояние а1. При котором триггер Т1 меняет свое состояние на 1, а триггер Т0 с 1 на 0, поэтому необходимо подать управляющие сигналы S1, R0. Из состояния а2 выполняется безусловный переход в состояние ша4. При котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в единичное, а триггер Т1 из единичного в нулевое поэтому необходимо подать управляющие сигналы S2R1. Из состояния а3 выполняется безусловный переход в состояние а4 при котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в 1 состояние., а триггеры Т1, Т0 из 1 в 0 состояние, поэтому необходимо подать управляющие сигналы S2, R1, R0. Из состояния а4 выполняется безусловный переход в состояние а0 при котором триггер Т2 переходит из состояния 1 в 0,Ю поэтому необходимо подать управляющие сигналы R2. 4.5. Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов. Запишем логические выражения для сигналов Y: Y1=a1, Y2=a2,Y3=a3,Y4=a4. Сигналы управления триггеров запишем как простую дизъюнкцию конъюнкцией текущего состояния и условия перехода при которых эти сигналы получаются. S2=a2Úa3; R2=a4 S1=a1хÚa1x=а1; R1=a2Úa3 S0=a0; R0=a1xÚa3 4.6. Структурная схема управляющего устройства. Структурная схема УУ состоит из трех RS-триггеров, дешифратора, комбинационного узла. Триггеры служат для кодирования состояний автомата. Дешифратор преобразует двоичные коды в активный логический уровень на одном из своих выходов, номер которого соответствует состоянию автомата. Комбинационный узел служит для формирования выходных сигналов и сигналов управления триггерами. Структурная схема представлена на рис.6 Указать режим работы дешифратора и используемые входы и выходы. Логические элементы и микросхемы пронумеровать и указать их количество и тип. Выводы всех микросхем и элементов должны быть пронумерованы Проверка переходов цифрового автомата. 4.7. Проверка переходов ЦА Возможные переходы цифрового автомата представлены в табл.3. Таблица 3
Состояние автомата

Т2

Т1

Т0

S2

R2

S1

S1

S0

R0

a0
000010
a1

T2

T1

T0

A3

x=1

S2

R2

S1

S1

S0

R0

001000Х=0
001001
100101A2
a4100100
А0010000a4
В исходном состоянии а0 = 1, при этом на триггер Т0 действуют управляющие сигналы S0=1 и R0=0. На триггер Т1 действуют управляющие сигналы S1=R1=0,.на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2=R2=0. Под действием таких управляющих сигналов триггер Т0 переходит в единичное состояние, триггер Т1 и Т2 остаются в исходном нулевом состоянии и автомат в целом переходит в состояние а1. При а1=1 на триггер Т1 действуют управляющие сигналы S0, R1. На триггер Т1 действуют управляющие сигналы S1, R0, на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2,=R2=0. Под действием таких управляющих сигналов триггер Т0, переходит в нулевое состояние, триггер Т1 в единичное состояние, триггер Т2 остается в нулевом состоянии и автомат в целом переходит в состояние а2. При а2=1 и х1=0 (х1) на триггер Т0 действуют управляющие сигналы S 0 = R0=0, на триггер Т1 действуют управляющие сигналы S0, R1, на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2, =1,R2=0, Под действием таких управляющих сигналов триггер Т0 остается в нулевом состоянии, триггер Т1 переходит в нулевое состояние и триггер Т2 переходит в единичное состояние и автомат в целом переходит в состояние а4. При а2=1 и х=1 на триггер Т0 действуют управляющие сигналы S0 =1, R0 =0 и триггер Т0 переходит в единичное состояние, на триггеры T1 и T2 действуют управляющие сигналы S 1=R1 = S2=1=R2 =0, т.е. эти триггеры не меняют свое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а3. Если а3=1, то на триггер T0 действуют управляющие сигналы S0 =1, R0 =0 и триггер T0 переходит в единичное состояние; на триггер T1 действует управляющие сигналы S1=0, R1 =1, триггер T1 переходит в нулевое состояние. На триггер T2 действуют управляющие сигналы S2=1, R2 =0 и триггер T 2 переходит в единичное состояние. Автомат в целом переходит в состояние а4. При а4=1 и х2=0 на триггер T0 действуют управляющие сигналы S0 =R0 =0 и триггер T0 остается в нулевом состоянии. На триггер T1 действуют управляющие сигналы S1=1, R1 =0 и триггер T1 переходит в единичное состояние. На триггер T2 действуют управляющие сигналы S2=0, R2 =1 и триггер T 2 переходит в нулевое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а2 При а4=1 и х2=1 на триггер T0 и T1 действуют управляющие сигналы S0=R0 = S1=R1 =0 и и состояние этих триггеров не меняется. На триггер T2 действуют управляющие сигналы S2=0, R2 =1 и триггер T2 переходит в нулевое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а0. 4.7. Проверка функционирования цифрового автомата. Функционирование цифрового автомата проверить на примере массива данных состоящей из шести элементов. Элементы массива A=5, B=2, x=2. Функционирование цифрового автомата представлено в табл.4

R1

R

R3

R4

Sm1

Sm2

Выполняемая операция

0011

y1:R1ßx

0011y2:R2ßB
01010011-0101 = 0010

y3:R3ßA

Sm1:x – A

X=1

0011+

0011 =

0010

Y5 режим Sm2:x+B
0110Y6:R4ßSm2

R1

R

R3

R4

Sm1

Sm2

Выполняемая операция

1000

y1:R1ßx

0011y2:R2ßB
01011000 – 0101 = 0011

y3:R3ßA

Sm1:x – A

X=0

1000 – 0011 = 0101

Y4:pem”-“

Sm2:x-B

0101Y6:R4ßSm2
ПРИЛОЖЕНИЕ Микросхема типа «К155ИД1» Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в направлении логического уровня , направляющееся в этом выходном провода, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Микросхема ИД1-это двоично-десятичный высоковольтный дешифратор. Логическая структура, цоколевка, и условное обозначение приведены на рис.1. Он предназначен для преобразования двоичного кода в десятичный и управления цифрами газоразрядного индикатора. Дешифратор состоит из логических схем, выполненных на элементах ТТЛ и десяти высоковольтных транзисторах, у котрорых переход подложка – скрытый слой коллектора на определенном уровне . Он принимает входной четырехразрядный код Ā0. Ā3 (активные уровни низкие) и выдает напрвление низкого уровня по одному из 10 выходов Y0.Y9, на вход Ā0. Ā3 поступают числа 0т 0 до 9 в двоичном коде, при этом открывается соответствующий транзистор. Коды эквивалентные числам от 10 до 15,. Дешифратор не отображает. Состояния дешифратора представлены в табл.2. 3 6 7 4 5-питание; 12-общий Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИД1 Состояние дешифратора ИД1
ВходыВходы с низким уровнем «0»

Ā3

Ā2

Ā1

Ā0

00000
00011
00102
00113
01004
01015
01106
01117
10008
10019
1010Все входы отключены
1011
1100
1101
1110
1111
К155ИЕ15 Счетчиком называют устройств, предназначенное для подсчета числа импульсов поданных на вход. Микросхема ИЕ15 – асинхронный двоичный счетчик. Логическая структура, цоколевка, условное обозначение представлены на рис. Он состоит из четырех триггеров. Если выход первого триггера не соединен с другими триггерами, можно осуществить два режима работы. В режиме четырехразрядного двоичного счетчика входные тактовые импульсы должны подаваться на вход Č0 первого триггера, а его выход Q0 (выход 6). Тогда одновременное деление на 2, 4, 8, 16 выполняется по выходам Q 0.Q3. В режиме трехразрядного двоичного счетчика выходные тактовые импульсы подают на вход С1. .Первый триггер можно использовать для деления . 17 – питание; 7-общий Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИЕ15

16-питание; 8-общий Минэнерго РФ Белгородский индустриальный колледж (БИК) Группа  ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ  по дисциплине «  » на тему:  Студент /  / Руководитель проекта /  / Оценка защиты проекта Принял /  / 2000 СОДЕРЖАНИЕ 1. Структурная схема цифрового автомата 1 2. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях. 2 3. Структурная схема операционного устройства. 4 4. Синтез цифрового автомата. 5 4.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах. 5 4.2 Граф функционирования цифрового автомата. 6 4.3 Кодирование состояний. 7 4.4 Таблица функционирования цифрового автомата. 8 4.5 Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов. 8 4.6 Структурная схема управляющего устройства. 9 4.7 Проверка переходов цифрового автомата. 10 4.8 Проверка функционирования цифрового автомата. 12 5 Приложение 14 6 Литература 17 6. Список использованных источников: Б.М. Каган «Электронно-вычислительные машины и системы». М., Энергоатомиздат. 1991 «Цифровые интегральные микросхемы» Справочник под редакцией М. И. Богданович. Минск., «Беларусь» 1991
Микросхема типа «К155ИД9» Микросхема ИД9- дешифратор для управления дискретной матрицей на светодиодах. Условное обозначение и цоколевка дешифратора приведены на рисунке. Такие дешифраторы близки к ИД1. Они принимают четырехразрядный код А0.А3 (активные уровни высокие) и выдают напряжение активного высокого уровня по одному из тринадцати выходов.

Входы

Выходы
PVA0A1A201234567P
10000100000000
10001110000001
10010011000001
10011001100001
10100000010001
10101000011001
10110000000101
10111000000111
10XXX000000001
01XXX000000011

Приложения Микросхема типа «К155ИЕ9» Микросхема ИЕ9- четырехразрядный, синхронный, реверсивный счетчик. ИЕ9 – двоичный счетчик. Логическая структура и цоколевка представлены на рисунке. Принцип работы этих счетчиков удобно сравнить с работой счетчиков ИЕ7 и ИЕ6. Тактовый вход С и него прямой и динамический, переключение происходит положительным перепадом тактового импульса. Вход параллельного разрешения загрузки РЕ инверсный статический – управляется низким уровнем. Имеются два входа каскадирования СЕР и СЕТ Для переключения направления счетчика служит вход V/D
Режим работыВходыВыходы
СV/DCEPCETPEDnQnTC
Параллельная загрузкаххх0001*
ххх0111*
Счет на увеличение1001xУвеличение1*
Счет на уменьшение0001xУменьшение1*
Хранениеx1x1xQn1*
xx11xQn1*
Микросхема типа «К155ИР11» Регистр – устройство, предназдначенное для кратковременного хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел. Микросхема ИР11 – восьмиразрядный синхронный реверсивный регистр сдвига. Логическая структура и обозначение приведены на рисунке. Синхронная работа обеспечивается входами выбора режима S0 , S1. Режим хранения (входы S0=S1=0), параллельной загрузки (S0=S1=1), сдвиг влево (S0=0, S1=1), сдвиг вправо (S0=1, S1=0), кроме параллельных входов первый и последний разряды регистра имеют дополнительные входы: DSR-для сдвига вправо, DSL – для сдвига влево.

Микросхема типа «К155ИД15» Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в направлении логического уровня, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. ИД15 представляет собой дешифратор для управления шкалой индикатора красного цвета. Цоколевка и условное обозначение приведены на рисунке. Дешифратор имеет 4 входа данных Д0.Д3. Вход С2 называют регулировка яркости, а вход С1 – запрет. Вход V – контроль. Для дешифратора ИД15 выходы 1,2 – открытые эмиттеры, а выходы 3.7 – выходы источника тока.