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