Цифровой автомат

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