Реферат: Дискретное устройство (ДУ)

 

Содержание

1. Задание на курсовой проект

2.Введение                                                

3. Проектирование дискретногоустройства на элементах малой интеграции.

            3.1.Проектирование блока триггера.

3.2.Проектирование микроопераций        

3.2.1. Микрооперация установки триггера в " 0".   

3.2.2  Микрооперация записи данных.                

3.2.3. Микрооперация сдвига кода влево на один разряд.

3.2.4. Логическая микрооперация(“И”).                   

3.2.5. Микрооперация счета с параллельным переносом.

3.2.6. Микрооперация вычитание.     

3.2.7. Микрооперация сравнения (>).              

3.2.8. Микрооперация преобразования в дополнительныйкод.

3.2.9. Микрооперация свертки по модулю 2

          (тип переноса последовательный (сквозной) )

3.3.Построение объединенных функций возбуждения триггеров.

3.4.Расчет быстродействия ДУ.

4. Проектирование ДУ на БИС.

            4.1.Проектирование схемы ДУ.

4.2.Карта программирования ПЗУ.

1.Задание на курсовой проект.

Спроектировать дискретноеустройство (ДУ) выполняющее  следующие действия :

*            сброс элементов памяти

*            запись значения входного слова вДУ 

*            сдвиг кода в ДУ влево

*            логическая операция «&»  (логическое“И”)

*            счетчик  (-1) с параллельным переносом

*            арифметическая операция вычитание.

*            операция сравнения (>)

*            преобразование в дополнительный код

*            свертка по модулю 2 (типпереноса последовательный).

Дискретноеустройство проектируется на JK — триггерах

СерияМИС 500, серия ПЗУ 1611

2.Введение.

Присинтезе проектируемое устройство представляется в виде структуры,представленной на рисунке 2.1

/>

рисунок 2.1.

Проектированиедискретного устройства  сводится  к  синтезу элементарного дискретногоустройства, обрабатывающего один бит информации и включающего один элементпамяти (триггер).

Входнаякомбинационная  схема   обеспечивает    выполнение операций из   множества  Y,   результатом   которых  являются   соответствующие значения  функций возбуждения  f i для   каждого из входов триггера:

–установка элементов памяти в нулевое состояние.

–запись входного слова в элементы памяти

–сдвиг влево

–логическую операцию

–декремент

–операция вычитания

– преобразование в дополнительный код.

Выходнаякомбинационная схема  обеспечивает  выполнение операции сравнения иформирование свертки содержимого ДУ.

Синтезэлементарного   ДУ   сводится  к  получению  функций возбуждения для каждойоперации отдельно и, далее, построению объединенных функций возбуждениятриггера элементарного ДУ. Получение функций  возбуждения  для  каждой  микрооперации сводится к выполнению следующих этапов :

 –построение таблицы для выполняемой операции

 –определение значений функций возбуждения для каждой таблицы выполняемой

   операции  с учетом  словаря  переходов заданного триггера

 –определение логической функции для каждого входа  заданного триггера

 –минимизация  логической  функции  в  требуемом   логическом базисе.

 

3.Проектирование дискретного устройства на элементах малой интеграции.

 

3.1 Выбортриггера.

 

            В качестветриггера для ДУ выберем МС К500ТВ135, объединяющую в одном корпусе двадвухтактных JK-триггера с возможностью установки “0” и “1”:

 

/>

К500ТВ135

3.2Проектирование микроопераций.

 

3.2.1.Микрооперация установки триггера в " 0 ".

Приподаче тактового импульса на синхронизирующие входы триггеров  и  при разрешении операции  обнуления  (Y=0)  по заднему фронту импульса,  информация,находящаяся на  входах триггеров  переписывается  на их выходы, т.о.  обнулениетриггеров происходит в том случае, если к моменту подачи тактового импульса на J-входахтриггеров установлены уровни логической  единицы, а на K-входах –уровни логического нуля.

Qt

Qt+1

J K * 1 1 * 1

/>

3.2.2.Микрооперация записи данных.

Когдаоперация записи данных разрешена,  т.е.  Y =1, и  при подаче насинхровходы триггеров тактового импульса С по его заднему фронту, информация,находящаяся на входах  триггеров, переписывается  в  ячейки  памяти дискретногоустройства и появляется на выходах Qi. При изменении  входных  данных, т.е.при  переключении сигналов X i они с задержкой распространения импульсапо  цепям микросхем, участвующих    в   микрооперации   записи данных, появляются на входах триггеров. При подаче следующего тактового импульса Смикрооперация записи данных повторяется.

 

X Qt Qt+1 J K J K * X X

/>/>0

1 * 1

/>1

1 1 * 1 * *

/>1

1 1 * * *

Qt

1

Qt

/>

3.2.3.Микрооперация сдвига кода вправо на один разряд.

Когда Y =2, по заднему фронту тактового импульса информация со входов триггерапоступает на их выходы,  а затем осуществляется сдвиг кода, хранящегося  вданный  момент в ячейках памяти, в сторону старших разрядов т.е. вправо. Присдвиге каждый запоминающий элемент должен :

— передать хранимую информацию на элемент Ti+1

— изменить свое состояние за счет приема информации от триггера Т i-1при сдвиге на один разряд вправо.

Передача от триггера Тiи изменение его состояния не могут проходить одновременно. В данном  курсовом   проекте   эта трудность исключается  за  счет  использования синхронных двухступенчатых JK-триггеров с динамическим управлением записью.Внутренняя организация таких триггерных схем предусматривает разделение вовремени этапов приема входной информации и смены  выходной. В них по переднемуфронту синхронизирующего сигнала происходит прием информации, а по заднему — изменение состояния.

Pi

Qt

Qt+1

J K J K *

Qt

Qt

1 * 1 1 1 1 *

/>Pi                

/> />

Pi

* 1 1 1 1 * 1 *

/>

            Схема цепи,реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.3

/>

рисунок 3.3

3.2.4. Логическая микрооперация.

Вданном дискретном устройстве разрабатывается логическая микрооперация«Логическое “И”».Когда  Y=3 и на синхровходы триггеров подается тактовыйимпульс, по его заднему фронту информация на  входах переписывается на выходы Qс задержкой прохождения сигнала через триггер. Затем выполняется  заданная логическая операция над содержимом ячейки памяти и входными данными.

X

Qt

Qt+1

J K J K *

Qt

Qt

1 * 1 1 *

/>X                

X * * 1 1 1 * * * 1

/>

            Схема цепи,реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.4

/>

рисунок 3.4

3.2.5.Микрооперация  счета  (-1) с последовательным переносом.

Учитываятот факт, что синтезированный двухступенчатый триггер переключается по заднемуфронту, получаем следующие функции возбуждения триггеров.

Zi-1

Qt-1

Qt

J K

Zi

Qt

-1

J

Qt

-1

Zi

/>0

*

Zi-1

*

Zi-1

 

1 1 * 1 * 1

 

1 1 1 * 1

 

1 1 * 1

Qt

-1

K

 

Zi-1

*

 

* 1

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>

            Или  /> то есть, если /> иначе />

           

            Схема цепи,реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.5

 

/>

рисунок 3.5

 

3.2.6.Микрооперация арифметического вычитания.

Вданном  дискретном  устройстве разработана арифметическая  операциясложения.-Анализируя  исходное  состояние  триггера, перенос, в соответствии со  словарем переходов JK-триггеров составляем таблицу.

/>X

Zi

Qt

Qt+1

Zi+1

J K Х J *

                Zi

* * 1 1 1 * 1 * * 1 1 1 1 *

Qt

 

1 1 * 1 Х K 1 1 1 1 *

                Zi

* 1 * 1 1 * 1 * 1 * 1 1 1 *

Qt

 

1 1 1 1 1 * Х

       Zi+1

                Zi

1 1 1 1

Qt

 

            Функциивозбуждения триггера для данной операции имеют следующий вид:

/>

Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.6

/>

рисунок 3.6

Данная операция реализуетсяпо следующим формулам.

C>

C=

X

Qt

C’>

C’=

C’>

 

C=

С>

С=

/>0

1 1 <  1 1 * * 1 = 1 1 1

        C>

1 * * 1

Qt

>  1 1 1 x 1 1 1 1 X

 

1 1 1

C’=

 

1 1 1 1

C=

 

1 1 1

 

1 1 1 * *

 

1 1 1

        C>

* *

Qt

 

1 1 1 1 1

 

1 1 * * X

 

1 1 1 * *

 

1 1 1 * *

 

1 1 1 1 * *

 

            Функции переносовдля данной операции имеют следующий вид:

/>

/>

рисунок 3.7.

3.2.8.Микрооперация преобразования в дополнительный код.

            Преобразование вдополнительный код произведем согласно таблице.

 

t

t+1

JK3

JK2

JK1

JK0

 

Q3

Q2

Q1

Q0

Q3

Q2

Q1

Q0

J3

K3

J2

K2

J1

K1

J0

K0

* * * * 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 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 * 1 1 * * 1 1 1 1 * 1 * 1 * * 1 1 1 1 1 * 1 * 1 * 1 * /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 

Q0

J3

Q0

K3

1 1 1 * * * * 1 1 1 1 * * * * * * * * 1 1 1 1 * * * * 1 1 1

Q1

Q1

J3=Q2Ú Q1Ú Q0

K3=Q2Ú Q1Ú Q0

Есливвести понятие переноса, то микрооперация преобразования в дополнительный кодреализуется по следующим формулам .

Pi

Qt

Qt+1

J K

Pi+1

Qt

J

Qt

Pi+1

/>0

1 1 *

Pi

1 *

     Pi

1

 

1 * 1 *

 

1 * 1

 

1 1 1 *

Qt

K

 

Pi

* 1

 

*

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Функциивозбуждения триггера для данной операции имеют следующий вид:

/>

            Схема цепи,реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.8.

 

/>

рисунок 3.8

3.2.9.Микрооперация свертки по модулю 2(послед.).

Сверткапо модулю 2 применяется для контроля кода. 

/>

Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.9.

/>

 

рисунок 3.9

3.3.Построение объединенных функций возбуждения.

Построениеобъединенных функций возбуждения триггеров реализуется следующим образом:

— построение  объединенной  таблицы  функционирования для каждой микрооперации икаждого установочного входа триггера ;

 записьи минимизация функций возбуждения .

Таблица3.1 является объединенной таблицей функционирования ДУ. В ней строкисоответствуют микрооперациям, а столбцы установочным входам триггеров ипереносам. Для каждого   установочного входа записывается функция возбуждения.

Наосновании  оставленной таблицы синтезируем функции возбуждения триггеров

Q3

Q2

Q1

Q0

J3

K3

J2

K2

J1

K1

J0

K0

Запись 0 1 1 1 1 Запись слова

x3

/>

x2

/>

x1

/>

x0

/>

Сдвиг вправо

P3

/>

P2

/>

P1

/>

P0

/>

Логическая операция

/>

/>

/>

/>

Вычитание

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

-1 (пар.)

Z`3

Z`3

Z`2

Z`2

Z`1

Z`1

Z`0

Z`0

дополнитель-ный код

P3`

P3`

P2`

P2`

P1`

P1`

P0`

P0`

/>

/>/>/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

Преобразуем выражения ктребуемому базису:

/>

/>

/>

 

3.4.Расчет быстродействия ДУ.

Быстродействиедискретного  устройства следует оценивать по максимальной частоте тактовыхимпульсов, поступающих на синхронизирующий вход.  Максимальная частота тактовыхимпульсов – это максимально допустимая частота  подаваемых  в  дискретноеустройство импульсов, не приводящих к нарушению его работы. В общем случае длярасчета  максимальной  тактовой  частоты необходимо определить минимальныедлительности тактового импульса  и паузы между тактовыми импульсами. Тогдачастоту fmax можно определить по формуле:

/>

Длительностьтакта для синхронных схем дискретного устройства определяется исходя избыстродействия используемого триггера. Длительность паузы между тактовыми импульсами определяется временем  переходного процесса в дискретном устройствеи оценивается  максимальной  длиной функциональной цепи:

/> ,

где/> ­–  максимальная задержка сигнала на одном элементе;

       n     –  число уровней функциональной цепи  (глубинаКСх);

            Вычисляем максимальную тактовую частоту дискретного устройства :

           

            />

4. Проектирование ДУ наБИС.

           

4.1.Проектирование схемы ДУ.

4.2.Карта программирования ПЗУ.