Реферат: 16-разрядный генератор псевдослучайных чисел
СодержаниеВведение
1. Основная часть
1.1 Схемотехническая часть
1.1.1<span Times New Roman"">
1.1.2<span Times New Roman"">
1.1.3<span Times New Roman"">
1.2<span Times New Roman"">
1.2.1<span Times New Roman"">
1.2.2<span Times New Roman"">
2. Быстродействие
3. Себестоимость
4. Надежность
Заключение
Список используемой литературы
Приложение
Графическая часть на одном листе формата А3.
3
4
4
4
4
6
8
8
10
11
12
13
14
15
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">Введение
С момента своего создания компьютеры всё больше ибольше проникают в нашу жизнь. Они находят своё применение, как в быту, так ина производстве. В автоматизированных цехах и заводах широко применяетсяоборудование с использованием микропроцессоров и микроЭВМ. Их использование всоставе промышленного оборудования обеспечивает снижение его стоимости посравнению с системами на элементах малой и средней степени интеграции.
В своей курсовой работе я попытался показать, какможно реализовать на элементах простой логики довольно сложную функцию –генерацию случайного числа. Свою задачу я построил как на аппаратной, так и напрограммной основе. Программная часть реализована для центрального процессорногоэлемента КР580ИК80А являющегося функционально законченным однокристальнымпараллельным 8-ми разрядным микропроцессором с фиксированной системой команд.
Курсовая работа включает в себя расчетсебестоимости, надежности и быстродействия спроектированного продукта.
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">1. Основная часть1.1 Схемотехническая часть1.1.1<span Times New Roman"">
Таблица 1
DD1, DD2, DD3, DD4
К555ИР16
DD5, DD13
К555ЛП5
DD6, DD7, DD8, DD9
К555ЛЛ1
DD10, DD11, DD12
К555ЛА7
DD14, DD15, DD16
К555ЛН1
R1, R2
4 кОм
R3
700 Ом
VD1, VD2, VD3, VD4, VD5, VD6, VD7, VD8, VD9,VD10, VD11, VD12, VD13, VD14, VD15, VD16
АЛ307Г
1.1.2 Описание работы используемых элементовК555ИР16МикросхемаК555ИР16 —четырех разрядный регистр сдвига влево споследовательно-параллельным вводом и параллельным выводом информации. Запись исдвиг информации разрешены по срезу импульса на шине синхронизации С. Привысоком уровне сигнала на входе С, регистр сохраняет предшествующее состояние.
Регистр имеетвход последовательного ввода информацииD, четыре информационных входа D0-D3, вход выбора режима V и входразрешения считывания.
При низкомуровне сигнала на входе выбора режимаV регистрподготовлен к выполнению операции последовательного сдвига, на входе D при наличии сигнала на входе синхронизации С. Привысоком уровне сигнала на входе D разрешеназапись начального кода входов поразрядной информации. Для операции последующегосдвига сигнала от состояния начального кода необходимо на входящую информацию последовательноговхода D подать низкий уровеньсигнала. Считывание информации разрешено при высоком уровне на входе разрешенияW.При низком уровне на входе W выходы регистра Q находятся в выключенном состоянии. Регистр можетосуществлять операцию сдвига вправо при внешнем объединении выходов со входамипоразрядной информации от старшего разряда к младшему. Состояние регистраописывает табл. 2.
Ток потреблениямикросхемы К555ИР16 29 мА, максимальная частота 30МГц. Выходной ток короткого замыкания буферного каскада составляет 30...100 мА.
Таблица 2
Входы
Выходы
W
V
C
D
D0
D1
D2
D3
Q1
Q2
Q2
Q3
H
H
H
X
X
X
X
X
q0
q1
q2
q3
H
H
¯
X
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
H
H
¯
X
q’1
q’2
q’3
d3
q’1
q’2
q’3
d3
H
L
H
X
X
X
X
X
q0
q1
q2
q3
H
L
¯
H
X
X
X
X
H
q0
q1
q2
H
L
¯
L
X
X
X
X
L
q0
q1
q2
L
X
X
X
X
X
X
X
Z
Z
Z
Z
К555ЛП5 Таблица3Входы
Выход
H
L
L
L
L
H
H
H
Н
описывает состояние одногоэлемента из микросхемы. Микросхема К555ЛП5 потребляет ток 10 мА.
К555ЛЛ1Четыре логических элемента 2ИЛИ. Микросхема имеетдва вход на каждый элемент, на выходу вырабатывается сигнал логического ИЛИ.
К555ЛА7Два логических элемента 4И —НЕ с открытым коллекторным входом и повышенной нагрузочной способностью.
К555ЛН1Шесть логических элементов НЕ.
1.1.2<span Times New Roman"">По заданию необходимо построить схемуусовершенствованного 16-разрядного генератора псевдослучайных чисел, в которомчисло 0 включено в последовательность случайных чисел. Для осуществления этойцели были выбраны четыре сдвиговых регистра влево, выходы которого выдают число на выходную шину. ( В начале работы врегистры заносится число 4146h. Возможно так жезанесение любого другого числа. Для этого необходимо подключить к входампараллельного ввода информации регистров: “землю”,если необходимо записать ноль в соответствующий разряд и пятый выход входнойшины, если необходимо записать единицу.)
<img src="/cache/referats/1949/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1030">
D =Q3 ÅQ4, (1)
гдеQ3 и Q4 это выходы соседних регистров.
В результате, по срезу импульса С (по нажатию кнопкиSB1) в регистрзаписывается уровень сигнала со сдвигом влево.
Связь регистров между собой: уровень для регистраDD1 формируется с выходов регистра DD4, для DD2 – с выходов регистра DD1, дляDD3 – с выходов регистра DD2, а для DD4 – с выходов регистра DD3,
В процессе работы устройства происходит проверка навыдачу регистрами чисел 0000h или FFFFh, причем припоявлении числа FFFFh в регистры заносится число0000h, а при появлении 0000h в регистры заносится число 414Bh (т… е. число соответствующее включению схемы).
Чтобы реализовать индикацию числа были выбранысветодиоды, на которые поступаю инвертированные сигналы от регистров.Светодиоды подключены в обратном направлении, через сопротивление R3. Как только в разрядахрегистров появляется высокие уровни сигнала, соответствующие им светодиодызагораются зеленым светом.
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">1.2 Программная часть
Начало
<img src="/cache/referats/1949/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1036">B
Заносим в счетчик 1 количество повторений
Заносим в счетчик 2 количество повторений
Заносим содержимое регистра L в аккумулят.
Производим действия над аккумулятором
Уменьшение счетчика 2
Выгрузка содержимого аккумулятора в L
Содержим. счетчика 2 равно 0
А
Нет
<img src="/cache/referats/1949/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1038 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045 _x0000_s1050 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1055 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1062 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1066 _x0000_s1069 _x0000_s1070 _x0000_s1116"> <img src="/cache/referats/1949/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1084">Содержим. счетчика 1 равно 0
А
B
Начало
<img src="/cache/referats/1949/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1083"> <img src="/cache/referats/1949/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1073"> <div v:shape="_x0000_s1068">Уменьшение счетчика 1
<img src="/cache/referats/1949/image007.gif" " v:shapes="_x0000_s1047"> <div v:shape="_x0000_s1087">Да
<div v:shape="_x0000_s1075">Обмен данными междурегистрами H и L
<img src="/cache/referats/1949/image008.gif" " v:shapes="_x0000_s1074">1.2 Листинг программы
Адрес
Код
Метка
Мнемокод
Комментарий
1000
0E 02
FRANDOM:
MVI C,2
;Занесение числа в регистр C ;(установили первый счетчик).
1002
7D
MALKOT1:
MOV A,L
;Заносим содержимое регистра L в ;аккумулятор.
1003
E6 07
ANI 7
;Все биты кроме трех младших ;устанавливаем в 0.
1005
3C
INR A
1006
71
MOV B,A
;Заносим содержимое аккумулятора ;в регистр B(установили счетчик2).
1007
7D
MOV A,L
;Заносим содержимое регистра L в ;аккумулятор.
;Производим действия над ;аккумулятором, такие как:
1008
C6 41
MALKOT2:
ADI 41H
;Сложения байта с содержимым ;аккумулятора.
100A
07
RLC
;Циклический сдвиг содержимого ;аккумулятора влево.
100B
0B
DCR B
;Уменьшаем первый счетчик рег.В
100C
C2 08 10
JNZ MALKOT2
;Если содержимое счетчика не 0, ;переход по метке MALKOT.
100F
6F
MOV L,A
;Иначе, заносим содержимое ;аккумулятора в регистр L.
1010
0D
DCR C
;Уменьшаем второй счетчик рег.С
1011
CA 1A 10
JZ END
;Если счетчик равен нулю то переход ;на конец программы, по метке END
1014
44
MOV B,H
;Меняем местами содержимое
1015
65
MOV H,L
;регистров Н и L при помощи
1016
68
MOV L,B
;промежуточного регистра В
1017
C3 0210
JMP MALKOT1
;Если содержимое регистра не 0, ;переход по метке FRANDOM
101A
C9
END:
RET
;Иначе выход из подпрограммы
2 БыстродействиеОценим временные затраты на выполнение программногомодуля генерации случайного числа на БИС КР580ИК80. Так как в программе блок«действия над аккумулятором» работает в цикле число проходок которого можетбыть случайное число раз от 8 до 1, то и программа выполняется соответственноза:
§<span Times New Roman"">
-188,§<span Times New Roman"">
552 такта.Максимальная тактовая частота процессора КР580ИК80составляет 2.5 МГц
T = 1 / n (2)
т.е. один такт выполняется за 0.4 мкС., следовательно блок будет выполнятся за:
§<span Times New Roman"">
мкС§<span Times New Roman"">
мкС<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">3 Себестоимость
Себестоимость схемы генератора псевдослучайных чиселрассчитывается с учетом заработной платы всех работников, которые принималиучастие в создании данного устройства и материальных затрат на изготовлениесамой схемы.
Данные по зарплате приведены в табл. 4. Стоимостьматериалов приведена в табл.5.
Таблица 4
Должность
Оплата за 1 час
Кол-во часов
Итого
Инженер-схемотехник
5 р.
40
200 р.
Электронщик
3 р.
8
24 р.
Монтажник
8 р.
4
32
Таблица 5.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">МикросхемаКоличество, шт.
Затраты на 1 шт., р.
Общие затраты, р.
К555ИР16
4
7
28
К155ЛП5
2
2.4
4.8
К155ЛЛ1
4
3.5
14
К555ЛА7
3
3
9
К555ЛН1
3
3.2
9.6
АЛ307Г
16
1.5
24
Таким образом находим с помощью таблицы находитсяобщая стоимость S путемсуммирования всех затрат.
S =28+4.8+14+9+9.6+24+200+24+32 = 345.40
Себестоимость программы генерации случайного числатак же рассчитывается с учетом заработной платы программиста, который принималучастие в создании данного продукта.
Таблица 6
Должность
Оплата за 1 час
Кол-во часов
Итого
Инженер-программист
10р.
16
160 р.
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language: EN-US;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">4 Надежность
Схема содержит:
42логических элемента;
4запоминающих устройства
1 кнопку
235 паек
Величина интенсивности отказа для логическихэлементов составляет 10-9 час-1, для запоминающихустройств – 10-7 час-1, для пайки 10-9 час-1,для выключателей и кнопок 10-7 час-1.
l=åli*n, (3)
где
li – интенсивностьотказа для i-го элемента, а n – количество элементов.
l=7.77*10-7
Вероятность безотказной работы:
<span Times New Roman",«serif»">P(t)=e-
<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">l<span Times New Roman",«serif»">t<span Times New Roman",«serif»"> <span Times New Roman",«serif»">(4)103 104 105 106 t
Рис. 1
<div v:shape="_x0000_s1103"> <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">P1
0.75
0.5
0.25
<img src="/cache/referats/1949/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1091 _x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1102">5 Заключение
В данной курсовой работе разработана электрическаясхема 16-разрядного генератора псевдослучайных чисел, в котором число нольвключено в последовательность случайных чисел. Схема разработана на четырех4-разрядных сдвиговых регистрах и логических элементах обеспечивающих выработкуинформационных и управляющих сигналов для этих регистров. Для визуальногоотображения случайного числа в двоичной форме используются 16 светодиодов.
Помимо схемы в работе присутствует программныймодуль, обеспечивающий генерацию 16-разрядных псевдослучайных чисел и ихразмещение по адресу, хранящемуся в парном регистре H-L, для МП БИСКР580ИК80.
Так же в работе рассчитаны временные затраты навыполнение действий в программе,себестоимость проделанной работы, а так же надежность схемы, выраженная вграфике вероятности безотказной работы схемы. По графику видно что надежностьсхемы, из-за своей простоты, получилась довольно высокой.
Временные затраты на выполнение действий в программеиз-за своего алгоритма колеблются от 75.2 до 220.8 мкС.
Себестоимость рассчитанаотдельно для программной и схемотехнической части:
·<span Times New Roman"">
·<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language: RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">Список используемой литературы
1. ПреснухинЛ.Н. «Микропроцессоры», Москва: “Высшая школа” 1996– 351с.
2. УсатенкоС.Т. «Выполнение электрических схем по ЕСКД», Москва: “Издательство стандартов”, 1989 –325с.
3. Хвощ С.Т. «Микропроцессоры ЭВМ и микроЭВМ», Ленинград: “Машиностроение” 1987 – 639с.
4. Шило В.Л. «Популярные цифровые микросхемы», Москва: ”Радио и связь” 1988 –352с.