Баклавру - Курсовые и рефераты
Home Курсовые Радиоэлектроника Цифровой автомат
 
 

Цифровой автомат

Файл: _урсовик TT_214.doc ( 277504 байт )
Размер файла:277504 байт
Дата файла:13.11.2001 13:13:26
Длина текста:30655 байт
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.
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











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.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА.








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.
СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА.

Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах.

Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах представлен на 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.

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.


а0 а1




а4 а2


а3



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;

Кодирование состояний.

Для кодирования состояния автоматов используются RS-триггеры.
Необходимое количество триггеров (n) выбирается из соотношения 2n ( 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
a0 0 0 0
a1 0 0 1
a2 0 1 0
a3 0 1 1
a4 1 0 0
4.4. Таблица функционирования цифрового автомата.
Функционирование цифрового автомата представлено в табл.2

Таблица 2

Текущее состояние Следующее состояние Усл. перехода Сигналы управления триггеров
а Q2 Q1 Q0 a Q2 Q1 Q0
T2 T1 T0
a0 0 0 0 a1 0 0 1

S0
a1 0 0 1 A3 0 1 1
S1
A1 0 0 1 A2 0 1 0 x
S1 R0
a2 0 1 0 a4 1 0 0 S2 R1
a3 0 1 1 a4 1 0 0
S2 R1 R0
a4 1 0 0 a0 0 0 0
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.

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=a2(a3; R2=a4
S1=a1х(a1x=а1;
R1=a2(a3
S0=a0;
R0=a1x(a3
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

0 0 0 0 1 0
a1

T2 T1 T0
A3 x=1
S2 R2 S1 S1 S0 R0

0 0 1 0 0 0 Х=0

0 0 1 0 0 1

1 0 0 1 0 1
A2
a4

1 0 0 1 0 0
А0 0 1 0 0 0 0

a4

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 S0 = 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 S1=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 T2 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 T2 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.

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:R1(x
0011

y2:R2(B

0101
0011-0101 = 0010 y3:R3(A
Sm1:x – A
X=1

0011+
0011 =
0010 Y5 режим Sm2:x+B

0110
Y6:R4(Sm2
R1 R R3 R4 Sm1 Sm2 Выполняемая операция
1000

y1:R1(x
0011

y2:R2(B

0101
1000 – 0101 = 0011
y3:R3(A
Sm1:x – A
X=0

1000 – 0011 = 0101 Y4:pem”-“
Sm2:x-B

0101
Y6:R4(Sm2

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
Входы Входы с низким уровнем «0»
Ā3 Ā2 Ā1 Ā0
0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 2
0 0 1 1 3
0 1 0 0 4
0 1 0 1 5
0 1 1 0 6
0 1 1 1 7
1 0 0 0 8
1 0 0 1 9
1 0 1 0 Все входы отключены
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1

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 Q0…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

Структурная схема цифрового автомата 1
Алгоритм функционирования цифрового автомата в
микрооперациях. 2
Структурная схема операционного устройства. 4
Синтез цифрового автомата. 5
Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах. 5
Граф функционирования цифрового автомата. 6
Кодирование состояний. 7
Таблица функционирования цифрового автомата. 8
Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов. 8
Структурная схема управляющего устройства. 9
Проверка переходов цифрового автомата. 10
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
P V A0 A1 A2 0 1 2 3 4 5 6 7 P
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1
1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1
1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1
1 0 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 1 1

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 работы Входы Выходы

С V/D CEP CET PE Dn Qn TC
Параллельная загрузка
х х х 0 0 0 1*

х х х 0 1 1 1*
Счет на увеличение
1 0 0 1 x Увеличение 1*
Счет на уменьшение
0 0 0 1 x Уменьшение 1*
Хранение
x 1 x 1 x Qn 1*

x x 1 1 x Qn 1*



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.











Управляющее устройство

Операционное устройство

Синхросигнал

Результат

Z1

Z2

Zm

Ввод данных

X1

X3

Xs

XL

Y1

Y2

Yk

Рисунок 1

X1

XS1

Рис 2

1

Y5:Режим
SM2:x+b

0

X

Y6: R4(SM2

Y3:R3( A
SH1:X – A

Y2: R2(b

Y1: R1(Х

Y3:y5

Y4:y6

Рис 4

1

0

X

A0

Рис 3

Y1: y1 y2 у3

a1

a2

a3

Y2:y1

A4

Y1

Y2

Y3

Y4

РИС.5

DC 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Y4:Режим
SM2:x-b

 
Top! Top!