Радиоэлектроника

Цифровой автомат


СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО АВТОМАТА


   ЦА представляет собой последовательностную схему и служит  для  обработки
   дискретной информации структурная схема ЦА представлена на рис 1.


   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.
   2. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА
   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.   Алгоритм
   функционирования автомата в микрооперациях представлен на рис.2



   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.
   3. 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.
     4. СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА.

   1. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах.

           Алгоритм функционирования  цифрового  автомата  в  микрокомандах
      представлен на рис.4



      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. Граф функционирования цифрового автомата.
      Граф функционирование цифрового  автомата  представлен  на  рис.5.  Он
   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.


            а0                      а1



           а4                                а2


                       а3



      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  [pic]
   осуществяляется переход в состояние а2
       Из  состояния  а2,  и   а3  осуществляются  безусловные  переходы  в
   состояние а4
   Из а4 выполняется  безусловный  переход в а0;



   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


                                                   Таблица1


|Состояние   |Состояние триггеров         |
|автомата    |                            |
|а           |                            |
|            |Q2      |Q1      |Q0       |
|a0          |0       |0       |0        |
|a1          |0       |0       |1        |
|a2          |0       |1       |0        |
|a3          |0       |1       |1        |
|a4          |1       |0       |0        |

      4.4.  Таблица функционирования цифрового автомата.
      Функционирование цифрового автомата представлено в табл.2

                                                   Таблица 2

|Текущее состояние  |Следующее состояние |Усл.   |Сигналы         |
|                   |                    |переход|управления      |
|                   |                    |а      |триггеров       |
|       |S2 |R2 |S1 |S1 |S0 |R0 |                               |
|a0     |   |   |   |   |   |   |                               |
|       |0  |0  |0  |0  |1  |0  |                               |

       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.

     5. Проверка функционирования цифрового автомата.

       Функционирование цифрового  автомата  проверить  на  примере  массива
  данных состоящей из шести элементов.  Элементы  массива  A=5,  B=2,  x=2.
  Функционирование цифрового автомата представлено в табл.4


|R1    |R    |R3           |R4      |Sm1     |Sm2     |Выполняемая        |
|      |     |             |        |        |        |операция           |
|0011  |     |             |        |        |        |y1:R1(x            |
|      |0011 |             |        |        |        |y2:R2(B            |
|      |     |0101         |        |        |0011-010|y3:R3(A            |
|      |     |             |        |        |1 = 0010|Sm1:x – A          |
|      |     |             |        |        |        |X=1                |
|      |     |             |        |        |0011+   |Y5 режим Sm2:x+B   |
|      |     |             |        |        |0011 =  |                   |
|      |     |             |        |        |0010    |                   |
|      |     |             |0110    |        |        |Y6:R4(Sm2          |
|R1    |R    |R3           |R4      |Sm1     |Sm2     |Выполняемая        |
|      |     |             |        |        |        |операция           |
|1000  |     |             |        |        |        |y1:R1(x            |
|      |0011 |             |        |        |        |y2:R2(B            |
|      |     |0101         |        |1000 –  |        |y3:R3(A            |
|      |     |             |        |0101 =  |        |Sm1:x – A          |
|      |     |             |        |0011    |        |X=0                |
|      |     |             |        |        |1000 –  |Y4:pem”-“          |
|      |     |             |        |        |0011 =  |Sm2:x-B            |
|      |     |             |        |        |0101    |                   |
|      |     |             |0101    |        |        |Y6:R4(Sm2          |

                                 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 котрорых переход подложка – скрытый слой коллектора  на
    определенном уровне . Он принимает входной четырехразрядный код ?0…  ?3
    (активные уровни низкие) и выдает напрвление низкого уровня  по  одному
    из 10 выходов Y0…Y9, на вход ?0…  ?3  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.

            3


            6


            7


            4

       5-питание; 12-общий
       Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИД1
       Состояние дешифратора ИД1
|Входы                            |Входы с низким уровнем «0»       |
|?3     |?2     |?1     |?0     |                                 |
|0      |0      |0      |0      |0                                |
|0      |0      |0      |1      |1                                |
|0      |0      |1      |0      |2                                |
|0      |0      |1      |1      |3                                |
|0      |1      |0      |0      |4                                |
|0      |1      |0      |1      |5                                |
|0      |1      |1      |0      |6                                |
|0      |1      |1      |1      |7                                |
|1      |0      |0      |0      |8                                |
|1      |0      |0      |1      |9                                |
|1      |0      |1      |0      |Все входы отключены              |
|1      |0      |1      |1      |                                 |
|1      |1      |0      |0      |                                 |
|1      |1      |0      |1      |                                 |
|1      |1      |1      |0      |                                 |
|1      |1      |1      |1      |                                 |


                                  К155ИЕ15

       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 ?0 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 .



       17 – питание; 7-общий
       Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИЕ15



       16-питание; 8-общий
                                Минэнерго РФ
                     Белгородский индустриальный колледж
                                    (БИК)

                                                              Группа 31???11

                            ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
                             К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
                            2004.004807.012.????
по дисциплине «????????S????? ?S?????»

      на тему:    ?????®?? ?®?????.



Студент                                 /???™????® ?.?./
Руководитель проекта                    /™S???????®? ?.?./

      Оценка защиты проекта
      Принял                                  / ™S???????®? ?.?./



                                    2000
                                 СОДЕРЖАНИЕ

1. Структурная схема цифрового автомата            1
2. Алгоритм функционирования цифрового автомата в

   микрооперациях.                                             2
3. Структурная схема операционного устройства.           4
4. Синтез цифрового автомата.                                 5
   1. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах.
                                   5
   2. Граф функционирования цифрового автомата.          6
   3. Кодирование состояний.                             7
   4. Таблица функционирования цифрового автомата. 8
   5. Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов.
                                   8
   6. Структурная схема управляющего устройства.         9
   7. Проверка переходов цифрового автомата.             10
   8. Проверка функционирования цифрового автомата.      12
5     Приложение                                              14
6     Литература                                              17


6.    Список использованных источников:

Б.М. Каган «Электронно-вычислительные машины и системы». М.,
Энергоатомиздат. 1991
«Цифровые интегральные микросхемы» Справочник под редакцией М. И.
Богданович. Минск., «Беларусь» 1991
                          Микросхема типа «К155ИД9»
      Микросхема ИД9- дешифратор  для  управления  дискретной  матрицей  на
 светодиодах. Условное обозначение и  цоколевка  дешифратора  приведены  на
 рисунке. Такие дешифраторы близки к ИД1.  Они  принимают  четырехразрядный
 код А0…А3 (активные уровни высокие) и выдают напряжение активного высокого
 уровня по одному из тринадцати выходов.



|Входы                    |Выходы                                         |
|Счет на         |    |0   |0   |0   |1   |x   |Уменьшение     |1* |
|уменьшение      |    |    |    |    |    |    |               |   |


Хранение | |x |1 |x |1 |x |Qn |1* | | | |x |x |1 |1 |x |Qn |1* | |



                         Микросхема типа «К155ИР11»
 Регистр – устройство, предназдначенное  для  кратковременного  хранения  и
 преобразования многоразрядных двоичных чисел.
 Микросхема ИР11 – восьмиразрядный синхронный реверсивный  регистр  сдвига.
 Логическая структура и обозначение приведены на рисунке.
 Синхронная работа обеспечивается входами выбора  режима  S0  ,  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 последний разряды регистра имеют  дополнительные  входы:  DSR-для
 сдвига вправо, DSL – для сдвига влево.



                         Микросхема типа «К155ИД15»
       Дешифраторы  предназначены  для  преобразования  двоичного  кода   в
 направлении логического уровня, десятичный  номер  которого  соответствует
 двоичному коду.
      ИД15 представляет собой дешифратор для  управления  шкалой  индикатора
 красного цвета. Цоколевка и условное  обозначение  приведены  на  рисунке.
 Дешифратор имеет 4  входа  данных  Д0…Д3.  Вход  С2  называют  регулировка
 яркости, а вход С1 – запрет. Вход  V  –  контроль.  Для  дешифратора  ИД15
 выходы 1,2 – открытые эмиттеры, а выходы 3…7 – выходы источника тока.



-----------------------
Управляющее устройство

Операционное устройство


Синхросигнал



Результат



Z1



Z2



Zm



Ввод данных



X1


X3

Xs

XL

Y1

Y2

Yk


Рисунок 1


X1

XS1

Рис 2

1

Y5:Режим
SM2:x+b

0

                                      X

Y6: R4(SM2



                                  Y3:R3( A
                                  SH1:X – A

                                  Y2: R2(b

Y1: R1(Х



                                    Y3:y5



                                    Y4:y6


Рис 4

1

0

                                      X

                                     A0

Рис 3

                                Y1: y1 y2 у3

                                     a1

                                     a2

                                     a3


                                    Y2:y1


                                     A4



                                     Y1

                                     Y2

                                     Y3

                                     Y4

                                    РИС.5



      DC           0

                                                                           1
                                                                           2
                                                                           3
                                                                           4
                                                                           5
                                                                           6
                                                                           7
                                                                           8
                                                                           9



Y4:Режим
SM2:x-b





смотреть на рефераты похожие на "Цифровой автомат"