Реферат: Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего автомата
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА И СВЯЗИ
Факультет компьютерных наук и электроники
Кафедра электроники
Учебный курс: Цифровая схемотехника
Тип: Курсовая работа
Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего автомата
Выполнил: студент Михаил Солюлёв
Руководитель: В.А. Кутев
РИГА 2007
Задание для моделирования
Курсовая работа предусматривает разработку функциональной и принципиальной схем управляющего устройства (УУ) в виде цифрового автомата, реализующего микропрограммный принцип построения: «одно состояние — одна микрокоманда».
Структурная схема управления:
· Т — асинхронный RS-триггер с инверсными входами
· G — управляемый генератор тактовых импульсов
· СТ — 4-х разрядный двоичный счётчик, формирующий последовательность внутренних состояний УУ
,
Для
определяемых заданными значениями начального состояния счётчика
и его модуля счёта КСЧ.;
· DC — двоичный дешифратор осуществляет преобразование выходного кода счётчика (СТ) в m-разрядный унитарный позиционный код
для m = КСЧ и управляющих сигналов
В исходном состоянии RS-триггер находится в состоянии „RESET” и управляемый генератор (G) выключен — тактовые импульсы не формируются. По сигналу «Пуск», поступающему от внешнего источника, RS-триггер (Т) переключается в состояние “SET”, счётчик СТ устанавливается в состояние , а управляемый генератор (G) начинает вырабатывать последовательность тактовых импульсов . Каждый из формируемых тактовых импульсов вызывает изменения состояния счётчика от QНАЧ. до QКОН. И последовательно появление на выходах управляющих сигналов с уровнем логической единицы , длительность которых определяется периодом следования тактовых импульсов (Т0). Появление единичного сигнала на выходе соответствует завершению реализации микропрограммы. При этом на выходе дифференцирующей цепи (ДЦ) формируется сигнал «Остановк.», который переключает RS-триггер (Т) в исходное состояние. Дифференцирующая цепь в данном случае необходима для того, что бы сигнал «Остановка» не препятствовал повторному действию сигнала «Пуск».
Параметры элементов УУ :
— Тип счётчика (СТ) Синхронный с параллельным переносом
— Направление счёта СТ +1
— Начальное состояние СТ Анач. = 4
— Модуль счёта Ксч. = 9
— Тип триггеров для реализации СТ 7472
— Тип дешифратора DC состояний счётчика DC 4
— Выходной код DC унитарный
— Тип логики, задаваемый для реализации схемы ТТЛ
— Управляемый генератор (G) интегральный таймер
— На базе ИМС LM555CN-8 (1006BИ1)
Параметры управляющих сигналов:
— Длительность 0,1с
— Период повторения 0,2с
— Скважность 2
— Амплитуда управляющего сигнала уровень ТТЛ
Индикация:
— Выходных состояний СТ цифровая (шестнадцатеричный код)
— Управляющих сигналов светодиоды
— Источник запуска Word Generator
— Режим запуска Step by step
Синтез синхронного счётчика
По заданным исходным данным осуществим синтез синхронного счётчика (СТ), реализующего требуемую последовательность внутренних состояний УУ:
· Данный счётчик является суммирующим, производя счёт из состояния 4 девять отсчётов. Составим линейный граф выходных состояний:
· . То есть заданный счётчик можно реализовать 4 триггерами JK типа (тип 7472).
· Теперь составляем совмещённую таблицу функций переходов и входов при изменении соответствующего выходного состояния: (х — состояние входа не важно). Счётчик необходимо устанавливать в начальное (нулевое) положение при включении питания и отсутствии входного сигнала:
состояния | Выходные состояния | Функции перехода | Функции входов | ||||||||
Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | FQ3 | FQ2 | FQ1 | FQ0 | J3 K3 | J2 K2 | J1 K1 | J0K0 |
0 x | 1х | 0 x | 0 x | ||||||||
4 | 1 | 1 | 0 x | x 0 | 0 x | 1 x | |||||
5 | 1 | 1 | 1 | 0 x | x 0 | 1 x | x 1 | ||||
6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 x | x 0 | x 0 | 1 x | |||
7 | 1 | 1 | 1 | 1 x | x 1 | x 1 | x 1 | ||||
8 | 1 | 1 | x 0 | 0 x | 0 x | 1 x | |||||
9 | 1 | 1 | 1 | x 0 | 0 x | 1 x | x 1 | ||||
10 | 1 | 1 | 1 | 1 | x 0 | 0 x | x 0 | 1 x | |||
11 | 1 | 1 | 1 | 1 | x 0 | 1 x | x 1 | x 1 | |||
12 | 1 | 1 | 1 | x 1 | x 0 | 0 x | 0 x |
· Составляем СДНФ (базис «И-НЕ») функций входов триггеров, использованных при синтезе:
· С помощью карт Карно производим минимизацию функций входов для каждого триггера:
МДНФ счётчика:
; ;
; .
· Синтезируем счётчик. Структурную схему:
Принципиальную схему:
Временные диаграммы счётчика:
Синтез дешифратора
Мы должны получить неполный двоичный дешифратор
,
т.е. имеющий 4 входа и 9 выходов . Составляем таблицу истинности дешифратора:
№ Комбина - ции | Входы | Выходы | ||||||||||
Х3 | Х2 | Х1 | Х0 | Y8 | Y7 | Y6 | Y5 | Y4 | Y3 | Y2 | Y1 | Y0 |
4 | 1 | 1 | ||||||||||
5 | 1 | 1 | 1 | |||||||||
6 | 1 | 1 | 1 | |||||||||
7 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||||
8 | 1 | 1 | ||||||||||
9 | 1 | 1 | 1 | |||||||||
10 | 1 | 1 | 1 | |||||||||
11 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||||
12 | 1 | 1 | 1 |
Функции выходов:
Минимизируем функции выхода:
МДНФ дешифратора:
; ; ; ; ; ; ; ; .
Структурная схема дешифратора:
Строим принципиальную схему дешифратора:
Временные диаграммы выходов дешифратора:
Синтез тактового генератора .
Синтезируем генератор тактовых импульсов на базе интегрального таймера серии 555. Подбором С1 и R1, R2 подбираем период импульса 100мс и скважность 1,5. На выход таймера подключаем RS-триггер типа 7473, срабатывающий по срезу управляющего импульса:
Временные диаграммы:
Синтез цифрового автомата.
Соединяем полученные элементы: генератор, счётчик и дешифратор в цифровой автомат. Производим перед этим преобразование этих элементов в функциональные блоки:
Временные диаграммы на выходе дешифратора:
Цифровой автомат работает полностью в соответствии с заданной логикой.