Реферат: Цифровой автомат

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

ЦА представляет собой последовательностную схему и служит для обработки дискретной информации структурная схема ЦА представлена на рис 1.

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-X_L .

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

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.

Рис 3

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

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 іN, 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

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

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 S_0, R₁ . На триггер Т₁ действуют управляющие сигналы S₁ , R₀ , на триггер Т₂ действуют управляющие сигналы S_2, =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 S_0, R₁ , на триггер Т₂ действуют управляющие сигналы S_2, =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.

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

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

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 С_1. .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 31АЭС11

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

2004.004807.012.ПЗКП

по дисциплине «Вычислительная техника »

на тему:Цифровой автомат.

Студент /Кондратов А.С. /

Руководитель проекта /Феоктистова В.Н. /

Оценка защиты проекта

Принял / Феоктистова В.Н. /

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 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.

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

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.