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.
4.1. 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.
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.
|
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;
4.3. Кодирование состояний.
Для кодирования состояния автоматов используются RS-триггеры.
Необходимое количество триггеров (n) выбирается из соотношения 2n
³N, 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.
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 | ||||||||||||
| 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
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
| R
1 |
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 | |||||
| R
1 |
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 31ÀÝÑ11
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
2004.004807.012.ÏÇÊÏ
по дисциплине «Âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà
»
на тему:Öèôðîâîé àâòîìàò.
Студент /Êîíäðàòîâ À.Ñ.
/
Руководитель проекта /Ôåîêòèñòîâà Â.Í.
/
Оценка защиты проекта
Принял / Ôåîêòèñòîâà Â.Í.
/
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 | ||||||||||||
| 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.