Структурная схема цифровых аппаратов

Содержание

1. Структурная схема цифрового автомата

1.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях

1.2 Структурная схема операционного устройства

2. Синтез цифрового автомата

2.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах

2.2 Граф функционирования цифрового автомата

2.3 Кодирование состояний

2.4 Таблица функционирования цифрового автомата

2.5 Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов

2.6 Структурная схема управляющего устройства

2.7 Проверка переходов цифрового автомата

2.8 Проверка функционирования цифрового автомата

Приложение

Литература

1. Структурная схема цифрового автомата

ЦА представляет собой последовательностную схему и служит для обработки дискретной информации. В операционном устройстве выполняются арифметические и логические операции, в качестве узлов в состав операционного устройства входят: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и др. Управляющие устройства координируют действия узлов операционного устройства, оно определенной временной последовательности вырабатывает управляющие сигналы под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые функции.

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-XL.

1.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях

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.

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.

1.2 Структурная схема операционного устройства

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.

2. Синтез цифрового автомата

2.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах

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.

2.2 Граф функционирования цифрового автомата

Граф функционирование цифрового автомата 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.

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 осуществляется переход в состояние а2.

Из состояния а2, и а3 осуществляются безусловные переходы в состояние а4. Из а4 выполняется безусловный переход в а0.

2.3 Кодирование состояний

Для кодирования состояния автоматов используются RS-триггеры.

Необходимое количество триггеров (n) выбирается из соотношения 2n N, 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.

Таблица 1 - Соответствие состояние автомата состоянию триггера

2.4 Таблица функционирования цифрового автомата

Функционирование цифрового автомата представлено в табл.2.

Таблица 2 - Функционирование цифрового автомата

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.

2.5 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=a2 a3; R2=a4

S1=a1х a1x=а1;

R1=a2 a3

S0=a0;

R0=a1x a3.

2.6 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.

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.

2.7 Проверка переходов цифрового автомата

Возможные переходы цифрового автомата представлены в табл.3.

Таблица 3 - Возможные переходы цифрового автомата

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 S0, R1. На триггер Т1 действуют управляющие сигналы S1, R0, на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2,=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 S0, R1, на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2, =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.

2.8 Проверка функционирования цифрового автомата

Функционирование цифрового автомата проверить на примере массива данных состоящей из шести элементов. Элементы массива A=5, B=2, x=2.

Таблица 4 - Функционирование цифрового автомата

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 которых переход подложка - скрытый слой коллектора на определенном уровне . Он принимает входной четырехразрядный код В0… В3 (активные уровни низкие) и выдает направление низкого уровня по одному из 10 выходов Y0…Y9, на вход В0… В3 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.

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 И0 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 С1. .Первый триггер можно использовать для деления.

Список использованных источников

1. Б.М. Каган «Электронно-вычислительные машины и системы». М., Энергоатомиздат. 1991.

2. «Цифровые интегральные микросхемы» Справочник под редакцией М. И. Богданович. Минск., «Беларусь» 1991.