Реферат: Цифровой автомат
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО АВТОМАТАЦА представляет собой последовательностную схему и служит для обработкидискретной информации структурная схема ЦА представлена на рис 1./> <td/> />В операционном устройстве выполняютсяарифметические и логические операции, в качестве узлов в состав операционногоустройства входят: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и др. Управляющиеустройства координируют действия узлов операционного устройства, оноопределенной временной последовательности вырабатывает управляющие сигналы поддействием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемыефункции.
Процессорное устройство описывается множеством входныхсигналов 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. Напоследовательность выполнения микрокоманд так же влияют внешние признаки Xs+1-XL.
2.АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯЦИФРОВОГО АВТОМАТА
В состав процессорного устройства входят регистры,счетчики и дешифратор. Пусть регистр Р1 хранит число А. В регистр Р2 поочереднозаносятся элементы проверяемого массива, счетчик 1 служит для подсчета числациклов. Счетчик 2 служит для подсчета числа элементов =А. Дешифраториспользуется для формирования признака х. Алгоритм функционирования автомата вмикрооперациях представлен на рис.2
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> /> />Рис 2
Под действием управляющего сигнала y1 врегистр Р1 записывается проверяемое число х. Под действием управляющего сигналаy2 в регистр R2 записывается число B.Под действием управляющего сигнала y3 в регистре R3записываются число А ив сумматоре 1 сравнивается числа Аи х. На выходепереноса сумматора вырабатывается признак х. Если х<А то признак х=1 ивыполняется переход на формирование управляющего сигнала y5,если наоборот то х=0 и выполняется переход на формирование управляющегоимпульса у4. Под действием управляющего сигнала y5 в сумматоре 2должен быть организован режим сложения и в нем вычисляется х+В. Под действиемуправляющего сигнала у4 в сумматоре должен быть организован режим вычитания ивычисляется х-В. Под действием управляющего сигнала у6 результат полученный всумматоре 2 записывается в регистр R4.
3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОПЕРАЦИОННОГОУСТРОЙСТВА.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> />Рис 3
Так как регистры используются для записичисел массива, поэтому в них должен быть организован режим параллельнойзагрузки.
Т.к. сумматор 1 используется длясравнения чисел то в нем должен быть организован режим вычитании. Сумматор 2используется для вычисления х-В и х+В и в нем организуется режим вычитания исложения.
4. СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА.
4.1. Алгоритмфункционирования цифрового автомата в микрокомандах.
Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандахпредставлен на рис.4
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> />Рис 4
Микрокоманды Y можнообъединить управляющие сигналы y, выполняемые в различных несвязанных между собойблоках или управляющие сигналы y, последовательность которых в процессе выполненияалгоритма не изменяется.
Микрокоманда Y1 включаетуправляющие сигналы y1 ,y2 и у3; микрокоманда Y2 включаетуправляющие сигнал y4; Y3 – y5; Y4 – y6.
а0 – начало/конец алгоритма;
а1–а4 – операторные блоки.
4.2. Граф функционирования цифровогоавтомата.
Граф функционирование цифрового автоматапредставлен на рис.5. Он отражает возможные переходы цифрового автомата.
В узлах графа записываются состоянияавтомата, стрелками показаны возможные переходы. Над стрелками указаны условияперехода. Выделенные стрелки соответствуют безусловным переходам.
/> <td/>Y1
/>/>
/> а0 а1
/>/>/>
/>/>
/> а4 а2
/>
/> /> /> /> /> />Y2
/>Y4
/>/>
а3
/> /> /> /> />Y3
<td/>РИС.5
/>Из состояния а0 осуществляется безусловный переходв состояние а1, при этом выполняется микрокоманда Y1.
Из состояния а1 при условии х выполняется переходв а3, а при /> осуществяляется переход всостояние а2
/> Изсостояния а2, и а3 осуществляются безусловные переходы в состояние а4
Из а4 выполняется безусловный переход в а0;
4.3. Кодирование состояний.
Для кодирования состояния автоматовиспользуются RS-триггеры.
Необходимое количество триггеров (n)выбирается из соотношения 2n ³ N, где N – количество состояния автоматов. Для N = 5, n = 3.
Каждому состоянию автомата поставим всоответствие комбинацию состояний триггеров.
Кодирование состояний представлено в табл.1
Таблица1Состояние автомата
а
Состояние триггеровQ2
Q1
Q0
a0 a1 1 a2 1 a3 1 1 a4 14.4. Таблица функционирования цифрового автомата.
Функционирование цифрового автомата представлено втабл.2
Таблица2
Текущее состояние Следующее состояние Усл. перехода Сигналы управления триггеров аQ2
Q1
Q0
aQ2
Q1
Q0
T2
T1
T0
a0 a1 1S0
a1 1 A3 1 1S1
A1 1 A2 1 x
S1
R0
a2 1 a4 1/>
S2
R1
a3 1 1 a4 1S2
R1
R0
a4 1 a0R2
Из состояния а0 выполняется безусловный переход всостояние а1, при котором триггер Т0 переходит из нулевого состояния всостояние единичное. Поэтому активный логический уровень необходимо подать навход S0
Из состояния а1, при условии х выполняется переход всостояние а3. При котором триггер Т1 переходит из нулевого состояния в единичное,поэтому необходимо подать управляющий сигнал S1.
Из состояния а1 при условии /> выполняетсяпереход в состояние а1. При котором триггер Т1 меняет свое состояние на 1, атриггер Т0 с 1 на 0, поэтому необходимо подать управляющие сигналы S1, R0.
Из состояния а2 выполняется безусловный переход всостояние ша4. При котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в единичное, атриггер Т1 из единичного в нулевое поэтому необходимо подать управляющиесигналы S2R1.
Из состояния а3 выполняется безусловный переход всостояние а4 при котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в 1 состояние., атриггеры Т1, Т0 из 1 в 0 состояние, поэтому необходимо подать управляющиесигналы S2, R1, R0.
Из состояния а4 выполняется безусловный переход всостояние а0 при котором триггер Т2 переходит из состояния 1 в 0, Ю поэтомунеобходимо подать управляющие сигналы R2.
4.5. Функциивозбуждения триггеров и формирование выходных сигналов.
Запишем логические выражения для сигналов Y: Y1=a1, Y2=a2,Y3=a3,Y4=a4.
Сигналы управления триггеров запишем как простуюдизъюнкцию конъюнкцией текущего состояния и условия перехода при которых этисигналы получаются.
S2=a2Úa3; R2=a4
/>S1=a1хÚa1x=а1;
R1=a2Úa3
S0=a0;
R0=a1xÚa3
4.6. Структурнаясхема 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 изсвоих выходов, номер которого соответствует состоянию автомата.
Комбинационный узел служит для формирования выходныхсигналов и сигналов управления триггерами.
Структурная схема представлена на рис.6
Указать режим работы дешифратора и используемые входыи выходы. Логические элементы и микросхемы пронумеровать и указать ихколичество и тип. Выводы всех микросхем и элементов должны быть пронумерованы
Проверка переходов цифрового автомата.
4.7. Проверка переходов ЦА
Возможные переходы цифрового автомата представлены втабл.3.
Таблица 3
Состояние автоматаТ2
Т1
Т0
S2
R2
S1
S1
S0
R0
a0 1 a1T2
T1
T0
A3 x=1S2
R2
S1
S1
S0
R0
1 Х=0 1 1 1 1 1 A2 a4 1 1 А0 1 a4 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />В исходном состоянии а0 = 1, при этом натриггер Т0действуют управляющие сигналы S0=1 и R0=0. Натриггер Т1 действуют управляющие сигналы S1=R1=0,.натриггер Т2 действуют управляющие сигналы S2=R2=0. Поддействием таких управляющих сигналов триггер Т0переходит в единичноесостояние, триггер Т1 и Т2 остаются в исходном нулевомсостоянии и автомат в целом переходит в состояние а1. При а1=1 на триггер Т1действуют управляющие сигналы S0, R1. На триггер Т1 действуют управляющиесигналы S1, R0, на триггер Т2 действуют управляющиесигналы S2,=R2=0. Под действием таких управляющихсигналов триггер Т0, переходит в нулевое состояние, триггер Т1в единичное состояние, триггер Т2 остается в нулевом состоянии иавтомат в целом переходит в состояние а2.
/>При а2=1 и х1=0 (х1) на триггер Т0действуют управляющие сигналы S0= R0=0, на триггер Т1действуют управляющие сигналы S0, R1, на триггер Т2действуют управляющие сигналы S2, =1,R2=0, Под действиемтаких управляющих сигналов триггер Т0 остается в нулевом состоянии,триггер Т1 переходит в нулевое состояние и триггер Т2 переходитв единичное состояние и автомат в целом переходит в состояние а4.
При а2=1 и х=1 на триггер Т0 действуютуправляющие сигналы S0=1, R0 =0 и триггер Т0 переходитв единичное состояние, на триггеры T1 и T2 действуютуправляющие сигналы S1=R1 = S2=1=R2 =0,т.е. эти триггеры не меняют свое состояние. Автомат в целом переходит всостояние а3.
Если а3=1, то на триггер T0 действуютуправляющие сигналы S0=1, R0 =0 и триггер T0 переходитв единичное состояние; на триггер T1 действует управляющие сигналыS1=0, R1 =1, триггер T1 переходит в нулевоесостояние. 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 действуютуправляющие сигналы S0=R0 =0 и триггер T0 остаетсяв нулевом состоянии. На триггер T1 действуют управляющие сигналы S1=1,R1 =0 и триггер T1 переходит в единичное состояние. Натриггер T2 действуют управляющие сигналы S2=0, R2 =1и триггер T2 переходит в нулевое состояние. Автомат в целомпереходит в состояние а2
При а4=1 и х2=1 на триггер T0 иT1 действуют управляющие сигналы S0=R0 = S1=R1<sub/>=0 и и состояние этих триггеров не меняется. На триггер T2 действуютуправляющие сигналы S2=0, R2<sub/>=1 и триггер T2 переходитв нулевое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а0.
4.7. Проверка функционированияцифрового автомата.
Функционирование цифрового автоматапроверить на примере массива данных состоящей из шести элементов. Элементымассива A=5, B=2, x=2. Функционирование цифрового автомата представлено втабл.4
R1
R
R3
R4
Sm1
Sm2
Выполняемая операция
0011y1:R1ßx
0011 y2:R2ßB 0101 0011-0101 = 0010y3:R3ßA
Sm1:x – A
X=1
0011+
0011 =
0010
Y5 режим Sm2:x+B 0110 Y6:R4ßSm2R1
R
R3
R4
Sm1
Sm2
Выполняемая операция
1000y1:R1ßx
0011 y2:R2ßB 0101 1000 – 0101 = 0011y3:R3ßA
Sm1:x – A
X=0
1000 – 0011 = 0101Y4:pem”-“
Sm2:x-B
0101 Y6:R4ßSm2ПРИЛОЖЕНИЕ
Микросхема типа «К155ИД1»
Дешифраторы предназначены дляпреобразования двоичного кода в направлении логического уровня, направляющеесяв этом выходном провода, десятичный номер которого соответствует двоичномукоду.
Микросхема ИД1-это двоично-десятичныйвысоковольтный дешифратор. Логическая структура, цоколевка, и условноеобозначение приведены на рис.1. Он предназначен для преобразования двоичногокода в десятичный и управления цифрами газоразрядного индикатора. Дешифраторсостоит из логических схем, выполненных на элементах ТТЛ и десятивысоковольтных транзисторах, у котрорых переход подложка – скрытый слойколлектора на определенном уровне. Он принимает входной четырехразрядный кодĀ0… Ā3 (активные уровни низкие) и выдаетнапрвление низкого уровня по одному из 10 выходов Y0…Y9, на входĀ0… Ā3 поступают числа 0т 0 до 9 в двоичномкоде, при этом открывается соответствующий транзистор. Коды эквивалентныечислам от 10 до 15,. Дешифратор не отображает. Состояния дешифраторапредставлены в табл.2.
/> 3
6
7
4
5-питание; 12-общий
Структура, условное обозначение ицоколевка микросхемы ИД1
Состояние дешифратора ИД1
Входы Входы с низким уровнем «0»Ā3
Ā2
Ā1
Ā0
1 1 1 2 1 1 3 1 4 1 1 5 1 1 6 1 1 1 7 1 8 1 1 9 1 1 Все входы отключены 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1К155ИЕ15
Счетчиком называют устройств,предназначенное для подсчета числа импульсов поданных на вход.
Микросхема ИЕ15 – асинхронный двоичныйсчетчик. Логическая структура, цоколевка, условное обозначение представлены нарис. Он состоит из четырех триггеров. Если выход первого триггера не соединен сдругими триггерами, можно осуществить два режима работы.
В режиме четырехразрядногодвоичного счетчика входные тактовые импульсы должны подаваться на вход Č0первого триггера, а его выход Q0(выход6). Тогда одновременное деление на 2, 4, 8, 16 выполняется по выходам Q0…Q3.
В режиме трехразрядного двоичногосчетчика выходные тактовые импульсы подают на вход С1… Первыйтриггер можно использовать для деления .
/>
17 – питание; 7-общий
Структура, условное обозначение ицоколевка 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÷èñëèòåëüíàÿòåõíèêà»
на тему: Öèôðîâîéàâòîìàò.
Студент /ÊîíäðàòîâÀ.Ñ./
Руководитель проекта /ÔåîêòèñòîâàÂ.Í./
Оценка защиты проекта
Принял /ÔåîêòèñòîâàÂ.Í./
2000
СОДЕРЖАНИЕ
1. Структурнаясхема цифрового автомата 1
2. Алгоритмфункционирования цифрового автомата в
микрооперациях. 2
3. Структурнаясхема операционного устройства. 4
4. Синтезцифрового 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. Списокиспользованных источников:
Б.М. Каган«Электронно-вычислительные машины и системы». М., Энергоатомиздат. 1991
«Цифровые интегральныемикросхемы» Справочник под редакцией М. И. Богданович. Минск., «Беларусь» 1991
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />Микросхема типа «К155ИД9»
Микросхема ИД9- дешифратор для управлениядискретной матрицей на светодиодах. Условное обозначение и цоколевкадешифратора приведены на рисунке. Такие дешифраторы близки к ИД1. Они принимаютчетырехразрядный код А0…А3 (активные уровни высокие) и выдают напряжениеактивного высокого уровня по одному из тринадцати выходов.
Входы Выходы P V A0 A1 A2 1 2 3 4 5 6 7 P 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X 1 1 X X X 1 1/>
Приложения
Микросхема типа «К155ИЕ9»
Микросхема ИЕ9- четырехразрядный, синхронный,реверсивный счетчик. ИЕ9 – двоичный счетчик. Логическая структура и цоколевкапредставлены на рисунке.
Принцип работы этих счетчиков удобно сравнить сработой счетчиков ИЕ7 и ИЕ6.
Тактовый вход С и него прямой и динамический,переключение происходит положительным перепадом тактового импульса.
Вход параллельного разрешения загрузки РЕ инверсныйстатический – 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 1* х х х 1 1 1* Счет на увеличение 1 1 x Увеличение 1* Счет на уменьшение 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 длякратковременного хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел.
Микросхема ИР11 – восьмиразрядный синхронныйреверсивный регистр сдвига. Логическая структура и обозначение приведены нарисунке.
Синхронная работа обеспечивается входами выбора режимаS0, 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 последнийразряды регистра имеют дополнительные входы: DSR-для сдвига вправо, DSL –для сдвига влево.
/>
Микросхема типа «К155ИД15»
Дешифраторы предназначены для преобразованиядвоичного кода в направлении логического уровня, десятичный номер которогосоответствует двоичному коду.
ИД15 представляет собой дешифратор дляуправления шкалой индикатора красного цвета. Цоколевка и условное обозначениеприведены на рисунке. Дешифратор имеет 4 входа данных Д0…Д3. Вход С2 называютрегулировка яркости, а вход С1 – запрет. Вход V – контроль.Для дешифратора ИД15 выходы 1,2 – открытые эмиттеры, а выходы 3…7 – выходы источникатока.
/>