Синтез цифрового автомата по заданному алгоритму

        Преобразование аналитических выражений  из базиса И, ИЛИ,НЕ в базис  И,НЕ осуществляется с использованием  ЗАКОНА ДВОЙНОГО ОТРИЦАНИЯ и  формулы ДЕ Моргана.

Базис И-ИЛИ-НЕ 

y1 = a0 V a2 V a4 ∙  x3 V a9 V a10                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

y2 = a0 V a1 V a3 ∙ x2 V a5 V a8 V a9

y3 = a1 V a2 V a5

y4 = a1 V a2 V a5 V a8 ∙ x1

y5 = a3 ∙ x1 V a4 ∙ x3 V a6 V x5 V a7 ∙ x4 V a8 ∙ x1 V a9 V a10

y6 = a2 V a3 ∙  x2 V a4 ∙ x3 V a8 ∙ x1

j4 = a6 V a7 ∙  x4

K4  = a8∙  x1 V a10

j3 = a3 ∙ x2

K3 = a3 ∙ x2 V a6 V a7

j2 = a1 V a4 ∙  x3 V a5 V a9

K2 = a3 V a6 v a7 V a10

j1 = a0 V a2 V a3 ∙  x2 V a6 V a7 V a10

K1 = a1 V a7 V a9

Базис И – НЕ

y1 = a0 V a2 V a4 ∙ x3 V a9 = a0 V a2 V (a4 ∙ x3) V a9 = a0 ∙ a2 ∙ (a4 ∙ ) ∙ a9 =

= a0  │  a2 │ (a4 │x3) │ a9 │ a10

y2 = a0 │ a1 v (a3 │ x2) │ a5 │ a8 │a9 │ a10

y3 = a1 │ a2 │ a5

y4 = a1 │ a2 │  a5 │ (a8 │ x1)

y5 = (a3 │ x2) │ (a4 │ x3) │ (a6 │ x5) │(a7 │  x4) │ (a8 │ x1) │ a9 │ a10

y6 = a2 │ (a3 │ x2)  │ ( a4 │ x3 ) │ (a8 │  x1)

j4 = a6 │ (a7 │ x4)

K4 ( a8 │ x1) │ a10

j3 = (a3 │ x2)

K3 = (a3 │ x2) │ a6 │  a7

j2 = a1 │ (a4 │ x3) │  a5 │ a9

K2 = a3 │ a6 │ a7 │  a10

j1 = a0 │ a2 │ (a3 │  x2) │ a6 │a7│a10

K1 = a1 │ a7 │ a9

         Анализируется получившиеся аналитические  выражения. Присваевается каждому  выражению в скобках порядковый  номер, если выражение повторяется,  то повторяется и его номер.

         До построения схемы цифрового  автомата проводится анализ всех  выполненных в схеме соединений. 
 

                          Количество входов элементов  И - НЕ

1) ( a4│x3) : y1,y5,j2;

2) (a3 │ x2 ) : y2, y5, j3, j1;

3) (a8 │ x1) : y4, y5, K4;

4) (a6 V x5) : y5;

5) (a8 │ x1) : y5;                                                           

6) (a7 │ x1) : j4;                                                            

7) (a3 │ x2) : K3;                                                           

a0 : y1, y2, j4, j1, k1;                                                            a0 

a1 : y2, y4, j2;                                                                       a1 

a2 : y1, y3, y4, y6, j1,                                                           a2 

a3 : K2 ;                                                                               a3   2,4,8;

a4 : -                                                                                    a4    1;

a5 : y3, y4, j2 ;                                                                     a5   

a6 : k3, K2, j1;                                                                     a6    5;

a7 : K3, K2, j1, K1;                                                              a7    7;

a8 : -                                                                                    a8    3,6;

a9 : y1, y5, j2, K1;                                                                a9

a10 : y1, y2, y5;                                                                  a10

x1     4,6;                                                                              x1    3,3;                                                              

x2     2;                                                                                 x2    8;

x3     1;                                                                                 x3

x4                                                                                         x4

x5     5;                                                                                 x5

y1 = 5 входов

y2 = 7 входов

y3 = 3 входа

y4 = 4 входа

y5 = 7 входов

y6 = 4 входа

j4 = 2 входа

K4 = 1 вход

j3 = 1 вход

K3 = 3 входа

j2 = 4 входа

K2 = 2 входа

J1 = 5 входов

K1 = 3 входа 

 

 

4. Выбор микросхем  по заданному базису, учет их , и расчет мощности

         Для построения схемы микропроцессорного  автомата выбраны микросхемы  серии 555, имеющие технологию изготовления  ТТЛШ.

Основные  параметры:

Напряжение  источника питания U_ист = +5В

Уровень логической 1 U = 2,7В

Уровень логического 0 U = 0,5В

Выбранные микросхемы, их УГО, цоклёвка и описание предоставлены  в приложении 2.

- Дешифратор  необходим в схеме для преобразования  кодовой комбинации, состояния триггеров  в одиночный управляющий сигнал  а , соответствующий состоянию  цифрового автомата. Состояние а0  – а10.Каждый выход дешифратора  нумеруется состоянием а , если  выходы прямые то а без инверсии  если выходы инверсные то соответственно  а с инверсией.

- Микросхемы  логических элементов, их тип  и количество опредиляются функциями,  полученными в предыдущем разделе,  и используется для построения  комбинационной части скемы МПА.  Их количество уточняется после  построения схемы.

- Микросхемы  триггеров используются для построения  четырёх разрядного параллельного  регистра памяти МПА.

Схема цифрового  автомата предоставлена в приложении 1

Состояние пуск и останов закодрованны как а0 Закодированы нулевым состоянием четырех  триггеров  кодом 8421 Q4=Q3=Q2=Q1=0 т.е. необходимо выбрать синхронные триггеры имеющие вход (асинхронный) R сброса в 0 выбрана МКС 555 ТВ 6.

Для исследования выбрано исходное состояние  а5 которое  закодировано цифрой 0010, значение значение х2 = 1. Цифровой автомат должен перейти  в состояние а5 закодированное цифрой 0101. Знасение сигналов должны быть равны, у1 = 0, у2 = 0, у3 = 0 , у4 = 0, у5 = 0 ,у6 = 1 состояние  а фиксируется триггерами Q4,Q3,Q2,Q1. 
 
 

Таблица 5. Таблица  учёта микросхем

Электрические параметры всех выбранных схем предоставлены  в таблице 6

Напряжение  питания всех микросхем U_сс = 5в.

Таблица 6. Таблица  электрических параметров параметров микросхем.

 

        5. Исследование работы цифрового автомата на переходе

         После построения схемы МПА   необходимо проверить соответствие  его работы с заданным алгоритмом  функцонирования.

         На полученной схеме проставлены  логические уровни чернилами  синего цвета.

                                             Ход исследования:

1. Указан уровень на выходах триггеров для исходного состояния а выбранного перехода.

2. указанно  значение Х для выбранного перехода.

3. указанны  значения на входах 8421 дешифратора, на выходах дешифратора.

4.определенны  уровни на всех входах и  выходах логических элементов  комбинационной схемы, прослеживаем  прохождение логических 0 т.к. элемент И-НЕ формирует на выходе логическую 1 при появлении логического 0 хотя бы на одном из входов.

         Формирование уровней на выходах  дешифратора, микросхем логических элементов. исходное и новое состояние триггеров. Значения выходных сигналов У соответствуют заданному алгоритму функционирования.

 

                                            Заключение

         В данной курсовой работе были  проработаны слейдущие теоретические  вопросы:

1. Принцип построения процессорных устройств

2. Принцип  разработки цифровых автоматов

3. Разработка  цифрового автомата  по алгоритму  функционирования.

4. Определение  состояний управляющего устройства

5. Выбор микросхем  в базисе И – НЕ, учет их  и расчет мощности

6. Построение  схемы  микропроцессорного автомата 

   

  

 

                                         Список литературы:

         1. Калабеков Б.А., Мамзлеев И.А. Цифровые устройства и микро – процессорные системы «Радио и связь», 1987.

          2. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Санкт-Петербург «БВХ-Петербург», 2004.