Компютерна схемотехніка

СОДЕРЖАНИЕ: Міністерство освіти та науки України Одеський національний політехнічний університет Інститут комп’ютерних систем Кафедра інформаційних систем

Міністерство освіти та науки України

Одеський національний політехнічний університет

Інститут комп’ютерних систем

Кафедра інформаційних систем

Курсова робота

з дисципліни

«Комп’ютерна схемотехніка»

Виконав

Бородавкін С. М.,

ст. гр. АН-011

Перевірив

доц. Ніколенко А.О.

Одеса – 2003

З А В Д А Н Н Я

на курсову роботу з дисципліни

“Комп’ютерна схемотехніка”

1.1 Синтезувати комбiнацiйну схему, що реалізує задану функцію 5-ти змінних.

1.2 За результатами синтезу побудувати функціональну схему в заданому базисі.

1.3 Спроектувати керуючий автомат Мура за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на елементах малого ступеня інтеграції заданої серії. Визначити максимальну затримку переключення схеми та максимальну допустиму частоту переключення.

1.4 Спроектувати керуючий автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на основі програмованих логічних матриць (ПЛМ).

Завдання видав: доц. каф. інф. систем __________ А.О. Ніколенко

Завдання одержав: ст. гр. АН-011 ____________ С.М. Бородавкін

Анотація

Метою даної курсової роботи являється закріплення основних теоретичних і практичних положень дисципліни «Комп’ютерна схемотехніка» і одержання навички в проектуванні принципових схем цифрових пристроїв обчислювальної техніки. Знання, одержані під час вивчення цієї дисципліни, використовуються для аналізу та синтезу різноманітних цифрових пристроїв обчислювальної техніки та автоматики. На початку роботи виконується вибір варіанту за схемою розглянутою складачем роботи. По-перше синтезується комбінаційна схема і за результатами синтезу будується функціональна схема в базисі 2І-НІ. Потім проектується автомат Мура за блок-схемою і будується принципова схема автомату на елементах малого ступеня інтеграції серії КР1533. Проектується автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму і будується схема на основі ПЛМ.

Зміст

1. Синтез комбінаційної схеми

1.1. Отримання вихідної БФ

1.2. Мінімізація БФ

1.3. Вибір базиса. Застосування факторного алгоритму

2. Синтез управляючого автомата Мура

2.1. Вибір вихідних даних для проектування

2.2. Розрахунок даних синтезу

3. Синтез управляючого автомата Мілі

3.1. Вихідні дані

3.2. Дані синтезу

4. Перелік використаної літератури

Додаток 1

Додаток 2

Додаток 3

Додаток 4

1. СИНТЕЗ КОМБІНАЦІЙНОЇ СХЕМИ

1.1. Отримання вихідної БФ

Вихідна БФ 5-ти змінних задається своїми значеннями, які визначаються 7-розрядними двійковими еквівалентами чисел, що вибираються з таблиці 1 [1] за значеннями числа (А), місяця (В) і порядкового номера (С) за списком групи. Значення функції на наборах:

· 0-6 – за значенням А;

· 7-13 – за значенням В;

· 14-20 – за значенням С;

· 21-27 – за значенням (А + В + С);

· 28-31 – невизначені значення.

A = 27 ® 37₁₀ = 100101₂ ® X100101

B = 6 ® 59₁₀ = 100101₂ ® X111011

C = 6 ® 59₁₀ = 100101₂ ® X111011

S_ABC = 39 ® 62₁₀ = 111110₂ ® X111110

Таким чином, таблиця істиності для вихідної функції F(X1, X2, X3, X4, X5) має вигляд:

Таблиця 1.1.1

Вихідна БФ для синтезу КС

№	X ₁	X ₂	X ₃	X ₄	X₅	F
0	0	0	0	0	0	X
1	0	0	0	0	1	1
2	0	0	0	1	0	0
3	0	0	0	1	1	0
4	0	0	1	0	0	1
5	0	0	1	0	1	0
6	0	0	1	1	0	1
7	0	0	1	1	1	X
8	0	1	0	0	0	1
9	0	1	0	0	1	1
10	0	1	0	1	0	1
11	0	1	0	1	1	0
12	0	1	1	0	0	1
13	0	1	1	0	1	1
14	0	1	1	1	0	X
15	0	1	1	1	1	1
16	1	0	0	0	0	1
17	1	0	0	0	1	1
18	1	0	0	1	0	0
19	1	0	0	1	1	1
20	1	0	1	0	0	1
21	1	0	1	0	1	X
22	1	0	1	1	0	1
23	1	0	1	1	1	1
24	1	1	0	0	0	1
25	1	1	0	0	1	1
26	1	1	0	1	0	1
27	1	1	0	1	1	0
28	1	1	1	0	0	X
29	1	1	1	0	1	X
30	1	1	1	1	0	X
31	1	1	1	1	1	X

1.2. Мінімізація БФ

Виконаємо мінімізацію отриманої БФ по нулях і по одиницях для вибора мінімальної НФ.

	000	001	011	010	110	111	101	100
00	X	1	1	X	1
01	1	1	1	X	1	1	1
11	1	1	1	X	X	X	X
10	1	1	1	1	1	X	1

Рис. 1.2.1. Карта Карно для МДНФ

МДНФ = ++++++ (1.2.1)

Ціна за Квайном такої МДНФ С_кв = 29.

000	001	011	010	110	111	101	100
00	X	0	0	X	0
01	0	X
11	0	X	X	X	X
10	0	X

Рис. 1.2.2. Карта Карно для МКНФ

МКНФ=(X₁ +X₂ +X₃ +)(+X₃ ++)(X₂ +X₃ ++X₅ )(X₂ ++

+X₄ +) (1.2.2)

Ціна за Квайном С_кв =27.

1.3. Вибір базиса

Застосування факторного алгоритму. Виходячи з результатів, отриманих на попередньому кроці, для синтеза КС вибирається МКНФ. Синтез схеми буде виконаний у базисі 3АБОНІ. В результаті виконання факторного алгоритму вихідна МКНФ набуває вигляду:

(1.3.1)

КС, реалізуюча задану БФ, має вигляд:

Рис. 1.3.1. Синтезована КС

2. СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МУРА

2.1. Вибір вихідних даних для проектування

Граф-схема алгоритму складається з трьох блоків E, F, G, і вершин BEGIN і END. Загальна структура граф-схеми показана на рис. 8 [1]. Типи блоків вибираються на основі чисел А, В, С (див. п.1.1).

· Блоку E відповідає схема (A mod 5) = (27 mod 5) = 2;

· блоку F відповідає схема (B mod 5) = (6 mod 5) = 1;

· блоку G відповідає схема (C mod 5) = (6 mod 5) = 1.

Стани автомата будемо кодувати, починаючи з 00000 до 10010 так, що Код стану = Номер стану – 1.

Для синтезу автомата обираються D-тригери, синтез виконується на элементах 555-ї серії ТТЛ.

На підставі отриманих даних будуємо вихідну граф-схему алгоритма. Остання наведена у додатку 1.

2.2. Розрахунок даних синтезу

Табл. 2.2.1

Таблиця переходів автомата Мура

a_m	K_am	a_s	K_as	X	D
a₁ (-)	00000	a₂	00001	1	D₅
a₂ (y₂ y₄ )	00001	a₄	00011	1	D₄ D₅
a₃ (y₃ y₆ )	00010	a₄	00011	X₅	D₄ D₅
a₆	00101		D₃ D₅
a₇	00110	X₆	D₃ D₄
a₄ (y₇ )	00011	a₅	00100		D₃
a₆	00101	X₁	D₃ D₅
a₅ (y₁ y₉ )	00100	a₈	00111	1	D₃ D₄ D₅
a₆ (y₈ )	00101	a₈	00111	X₂	D₃ D₄ D₅
a₉	01000		D₂
a₇ (y₃ )	00110	a₉	01000	1	D₂
a₈ (y₁ y₈ )	00111	a₁₀	01001	X₄	D₂ D₅
a₁₂	01011		D₂ D₄ D₅
a₁₃	01100	X₃	D₂ D₃
a₉ (y₅ y₉ )	01000	a₁₂	01011	X₄	D₂ D₄ D₅
a₁₃	01100	X₄ X₃	D₂ D₃
a₁₃	01100	X₁	D₂ D₃
a₃	00010		D₄
a₁₀ (y₄ )	01001	a₁₁	01010	1	D₂ D₄
a₁₁ (y₄ y₅ )	01010	a₁₄	01101	1	D₂ D₃ D₅
a₁₂ (y₃ y₁₀ )	01011	a₁₄	01101	1	D₂ D₃ D₅
a₁₃ (y₆ )	01100	a₃	00010	1	D₄
a₁₄ (y₁ y₈ )	01101	a₁₆	01111	X₄	D₂ D₃ D₄ D₅
a₁₈	10001		D₁ D₅
a₁₉	10010	X₃	D₁ D₄
a₁₅ (y₅ y₉ )	01110	a₁₈	10001	X₄	D₁ D₅
a₁₉	10010	X₄ X₃	D₁ D₄
a₁₉	10010	X₁	D₁ D₄
a₁₅	01110		D₂ D₃ D₄
a₁₆ (y₄ )	01111	a₁₇	10000	1	D₁
a₁₇ (y₄ y₅ )	10000	a₁	00000	1	-
a₁₈ (y₃ y₁₀ )	10001	a₁	00000	1	-
a₁₉ (y₆ )	10010	a₁₅	01110	1	D₂ D₃ D₄

Функції виходів автомата:

Y₁ =a₅ + a₈ + a₁₄

Y₂ =a₂

Y₃ =a₃ + a₇ + a₁₂ + a₁₈

Y₄ =a₂ + a₁₀ + a₁₁ + a₁₆ + a₁₇

Y₅ =a₉ + a₁₁ + a₁₅ + a₁₇

Y₆ =a₃ + a₁₃ + a₁₉

Y₇ =a₄

Y₈ =a₆ + a₈ + a₁₄

Y₉ =a₅ + a₉ + a₁₅

Y₁₀ =a₁₂ + a₁₈

Функції порушення

D₁ =a₁₄ +a₁₅ (X₄ +X₁ )+a₁₆

D₂ =a₆ +a₇ +a₈ +a₉ (X₄ +X₁ )+a₁₀ +a₁₁ +a₁₂ +a₁₄ X₄ +a₁₅ +a₁₉

D₃ =a₃ +a₄ +a₅ +a₆ X₂ +a₈ +a₉ X₄ +a₉ +

+a₁₀ +a₁₃ +a₁₄ X₄ +a₁₄ X₃ +a₁₅ X₄ X₃ +a₁₅ X₁ +a₁₅ +a₁₉

D₄ =a₂ +a₃ (X₅ +X₆ )+a₅ +a₆ x₂ +a₈ +a₉ X₄ +a₉ +a₁₀ +

+ a₁₃ +a₁₄ (X₄ +X₃ )+a₁₅ (+X₃ )+a₁₉

D₅₌ a₁ +a₂ +a₃ (X₅ +X₆ )+a₄ X₁ +a₅ +a₆ X₂ +a₈ (X₄ +)+a₉ X₄ +a₁₁ +

+a₁₂ +a₁₄ X₄ +a₁₄ +a₁₅ X₄

Принципова схема синтезованого автомата Мура представлена у додатку 2.

3. СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МІЛІ

3.1. Вихідні дані

Вихідна граф-схема алгоритму має той самий вигляд, що й для автомата Мура (див додаток 2). Автомат синтезується на базі Т-тригерів.

Кодування станів здійснюється так само, як і для автомата Мура:

Код стану = Номер стану - 1

Розмітка станів для автомата Мілі виконана синім кольором.

3.2. Дані синтезу

Таблиця 3.1.1

Таблиця переходів-виходів автомата Мілі

a_m	K_am	a_s	K_as	X	Y	T
a₁	0000	a₂	0001	1	y₂ y₄	T₄
a₂	0001	a₃	0010	1	y₇	T₃ T₄
a₃	0010	a₄	0011		y₁ y₄	T₄
a₁₀	1001	X₁	y₈	T₁ T₃ T₄
a₄	0011	a₅	0100	1	y₁ y₈	T₂ T₃ T₄
a₅	0100	a₆	0101	y₄	T₄
a₇	0110		y₃ y₁₀	T₃
a₁₃	1100	X₃	y₆	T₁
a₆	0101	a₇	0110	1	y₄ y₅	T₃ T₄
a₇	0110	a₈	0111	1	y₁ y₈	T₄
a₈	0111	a₉	1000	X₄	y₄	T₁ T₂ T₃ T₄
a₁	0000		y₃ y₁₀	T₂ T₃ T₄
a₁₅	1110	X₃	y₆	T₁ T₄
a₉	1000	a₁	0000	1	y₄ y₅	T₁
a₁₀	1001	a₅	0100	X₂	y₁ y₈	T₁ T₂ T₄
a₁₁	1010		y₅ y₉	T₃ T₄
a₁₁	1010	a₇	0110	X₄	y₃ y₁₀	T₁ T₂
a₁₃	1100	X₄ X₃	y₆	T₂ T₃
a₁₃	1100	X₁	y₆	T₂ T₃
a₁₂	1011		y₃ y₆	T₄
a₁₂	1011	a₃	0010	X₅	y₇	T₁ T₄
a₁₀	1001		y₈	T₃
a₁₄	1101	X₆	y₃	T₂ T₃
a₁₃	1100	a₁₂	1011	1	y₃ y₆	T₂ T₃
a₁₄	1101	a₁₁	1010	1	y₅ y₉	T₂ T₃ T₄
a₁₅	1110	a₁₆	1111	1	y₅ y₉	T₄
a₁₆	1111	a₁	0000	X₄	y₃ y₁₀	T₁ T₂ T₃ T₄
a₁₅	1110	X₄ X₃	y₆	T₄
a₁₅	1110	X₁	y₆	T₄
a₁₆	1111		Y₅ y₉	-

Y₁ = a₃ + a₄ + a₇ + a₁₀ X₂

Y₂ = a₁

Y₃ = a₅ +a₈ +a₁₁ X₄ +a₁₁ X₁ +a₁₄ X₆ +a₁₃ +a₁₆ X₄

Y₄ =a₁₊ a₅ X₄ + a₆ + a₈ X₄ + a₉

Y₅ = a₆ + a₉ + a₁₀ +a₁₄ +a₁₅ +a₁₆

Y₆ =a₅ X₄ X₃ +a₁₅ X₃ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +a₁₁ +a₁₃ +a₁₆ X₄ X+a₁₅ X₁

Y₇ =a₂ +a₁₂ X₅

Y₈ =a₃ X₁ +a₄ +a₇ +a₁₀ X₂ +a₁₂

Y₉ =a₃ +a₁₀ +a₁₄ +a₁₅ +a₁₆

Y₁₀ =a₅ +a₈ +a₁₁ X₄ +a₁₆ X₄

Функції порушення:

T₁ =a₃ X₁ +a₅ X₃ +a₈ X₄ +a₈ X₃₊ a₉ +a₁₀ X₄ +a₁₂ X₅ +a₁₆ X₄

T₂ =a₄ +a₈ X₄ +a₈ +a₁₀ X₂ +a₁₁ X₄ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +a₁₂ X₆ +

+a₁₃ +a₁₄ +a₁₆ X₄

T₃ =a₂ +a₃ X₁ +a₄ +a₅ +a₆ +a₈ X₄ +a₈ +a₁₀ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +

+a₁₂ +a₁₂ X₆ +a₁₃ +a₁₄ +a₁₆ X₄

T₄ =a₁ +a₂ +a₃ +a₃ X₁ +a₄ +a₅ X₄ +a₆ +a₇ +a₈ +a₁₀ +a₁₁ +a₁₂ X₅ +a₁₄ +a₁₅ +

+a₁₆ X4+a₁₆ X₄ X₃ ++a₁₆ X₁

Принципову схему автомата Мілі необхідно побудувати на основі ПЗП. Для цього будемо використовувати ПЗП К555РЕ4 розрядністю 2Кх8, тобто 2048 8-бітових слів. Очевидно, таких ПЗП необхідно взяти у кількості 2, оскільки необхідно реалізувати всього 14 функцій (10 функцій виходу і 4 функції для переходу в новий стан). Таким чином, адресний простір буде використаний наполовину.

Таблиця з прошивкою ПЗП наведена у додатку 3. Принципова схема автомата Мілі наведена у додатку 4.

4. ЛІТЕРАТУРА

1. Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни „Комп’ютерна схемотехніка” для студентів спеціальностей 7.080401, 7.080403 / Укл.: С.Г.Антощук, А.О.Ніколенко, М.В.Ядрова, О.В.Глазєва. – Одеса: ОНПУ, 2003.

2. Баранов С.І. “Синтез мікропрограмних автоматів”.-Л.:Енергія,1979.

3. Угрюмов Є.П. “Цифрова схемотехніка”.-С.ПБ.:БХВ-Петербург,2001.

4. Справочник по інтегральним мікросхемам / Під ред. Б.В. Тарабрина.-М.: Радіо і зв’язок, 1987.

ДОДАТОК 1

Граф-схема алгоритма для синтезу автоматів Мура і Мілі

Нiколенко

Додаток 3. Схема електрична прнципова автомата Мура

КР.АН.011. 06. ПЗ

Бородавкiн

КР.АН.011. 06. ПЗ

Скачать архив с текстом документа