Материалы сайта
Это интересно
Цифровой автомат
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 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. 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. 1. 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. 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. 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 [pic] осуществяляется переход в состояние а2 Из состояния а2, и а3 осуществляются безусловные переходы в состояние а4 Из а4 выполняется безусловный переход в а0; 3. 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 |Состояние триггеров | |автомата | | |а | | | |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. |Сигналы | | | |переход|управления | | | |а |триггеров | | |S2 |R2 |S1 |S1 |S0 |R0 | | |a0 | | | | | | | | | |0 |0 |0 |0 |1 |0 | | 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. 5. 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 | | |0011-010|y3:R3(A | | | | | | |1 = 0010|Sm1:x – A | | | | | | | |X=1 | | | | | | |0011+ |Y5 режим Sm2:x+B | | | | | | |0011 = | | | | | | | |0010 | | | | | |0110 | | |Y6:R4(Sm2 | |R1 |R |R3 |R4 |Sm1 |Sm2 |Выполняемая | | | | | | | |операция | |1000 | | | | | |y1:R1(x | | |0011 | | | | |y2:R2(B | | | |0101 | |1000 – | |y3:R3(A | | | | | |0101 = | |Sm1:x – A | | | | | |0011 | |X=0 | | | | | | |1000 – |Y4:pem”-“ | | | | | | |0011 = |Sm2:x-B | | | | | | |0101 | | | | | |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 ?0… ?3 (активные уровни низкие) и выдает напрвление низкого уровня по одному из 10 выходов Y0…Y9, на вход ?0… ?3 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» | |?3 |?2 |?1 |?0 | | |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 ?0 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 31???11 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ 2004.004807.012.???? по дисциплине «????????S????? ?S?????» на тему: ?????®?? ?®?????. Студент /???™????® ?.?./ Руководитель проекта /™S???????®? ?.?./ Оценка защиты проекта Принял / ™S???????®? ?.?./ 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 1. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах. 5 2. Граф функционирования цифрового автомата. 6 3. Кодирование состояний. 7 4. Таблица функционирования цифрового автомата. 8 5. Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов. 8 6. Структурная схема управляющего устройства. 9 7. Проверка переходов цифрового автомата. 10 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 | |Счет на | |0 |0 |0 |1 |x |Уменьшение |1* | |уменьшение | | | | | | | | | 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