Проектирование цифрового устройства - Курсовая работа

Министерство информатизации и связи Республики Татарстан Курсовой проект по дисциплине: МДК 01.02 на тему: Проектирование цифрового устройстваЦифровые (дискретные) автоматы (ЦА) - это логические устройства, предназначенные для приема, хранения и преобразования цифровой информации по некоторому алгоритму, способные переходить под действием входных сигналов из одного состояния в другое и выдавать выходные сигналы. Абстрактная теория ЦА - изучаются наиболее общие законы их поведения без учета конечной структуры (т.е. способа построения) автомата и физической природы информации. Каждое внутреннее состояние цифрового автомата определяется исходным состоянием триггеров и последовательностью входных сигналов, действующих на входе в данный момент времени, поэтому такие устройства последовательного типа. В общем случае структурная схема цифрового автомата может быть представлена в виде набора трех узлов - комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования сигналов управления триггерами и, собственно, памяти (рис. Комбинационная схема формирования выходных сигналов создает сигналы у1, у2, …, ур, которые могут использоваться для управления некоторыми узлами, для активации процессов в других схемах.Процессорное устройство (как и всякое сложное цифровое устройство) синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис.2). Операционное устройство - устройство, в котором выполняются операции. Управляющее устройство координирует действия узлов операционного устройства; оно вырабатывает в оперативной временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия. При использовании принципа схемной логики, в процессе проектирования подбирается некоторый набор цифровых микросхем (обычно малой и средней степени интеграции) и определяется такая схема соединений их выводов, которая обеспечивает требуемое функционирование (т.е. функционирование процессорного устройства определяется тем, какие выбраны микросхемы и по какой схеме выполнено соединение их выводов). Устройства, построенные по такому принципу, способны обеспечивать наивысшее быстродействие при заданном типе технологии элементов.На основании заданного алгоритма приведенного на рисунке 5 и соображений изложенных в разделе 1.2 составим структурную схему ЦУ (см. рисунок 6). На блок-схеме алгоритма проставляем устойчивое состояние от а0 до а5, которое он принимает после исполнения каждой микрокоманды со своими микрооперациями от Y1 до Y6. Таким образом, строим структурную схему ЦУ который имеет вид: Рисунок 6. Этот регистр фиксирует состояние цифрового устройства после исполнения каждой микрокоманды, также он формирует сигналы исполнения микроопераций от Y1 до Y6 поступающих в арифметическо-логическое устройство (АЛУ). Для удобства анализа работы проектируемого цифрового устройства по заданному алгоритму функционирования строим граф, который обеспечивает хорошую наглядность в отличие от блок-схемы алгоритма.Каждому текущему устойчивому ЦУ присваивается соответствующая двоичная кодовая комбинация. Число разрядов этой комбинации определяется из соотношения, где М-количество состояний цифрового автомата, n - минимальное число разрядов двоичного кода, необходимо для обеспечения М кодовых комбинаций. Таким образом, состояния ЦА будут отображаться трехразрядными кодовыми комбинациями. Соответствие состояний ЦУ кодовым комбинациям указывается в таблице кодов состояний (таб. Для обеспечения требуемого типа переходов схема управления (комбинационный узел) должна обеспечивать подачу на входы D, до прихода синхросигналов на входы С, соответствующие уровни сигналов задаваемые таблицей переходов для D-триггеров (табл.2).При составлении логических уравнений для всех выходов КУ необходимо попытаться упростить полученные выражения, используя законы алгебры-логики, в частности закон склеивания, имеющий вид типа: . Таким образом, согласно уравнений потребуется реализовать прямые значения состояний, это потребует введение в схему инверторов в количестве равному числу состояний. Для уменьшения количества линий связи используют шинную организацию на основе, которой проставляются номера проводов кроме нулевого, начиная с первого. На сходы С триггеров Т1,Т2,Т3 подаются синхроимпульса от внешнего генератора которые определяют моменты перехода ЦУ из одного состояния в другое. Через контакты 1,2,3 из ОЗУ (АЛУ) поступают сигналы и через разъемы X2 контакта с 1 по 6-ой поступают сигналы исполнения микроопераций в АЛУДля проверки работоспособности схемы необходимо для заданного перехода (смотри пункт 4.3.) из в при =0 .При этом необходимо следить за тем, чтобы не было эффекта гонок.

Содержание

1. Основные понятия цифровой электрический схема устройство

1.1 Классификация цифровых устройств (ЦУ) с памятью.

1.2 Способы построения процессорных устройств

1. 2.1 ПУ со схемной логикой

1. 2.2 ПУ с программируемой логикой

1.3 Факторы, влияющие на работоспособность ЦУ

1.4 Риски, возникающие в процессе работы ЦУ. Способы исключения сбоев в работе ЦУ

2. Расчетная часть

2.1 Разработка структурной схемы цифрового устройства

2.2 Построение графа функционирования ЦУ

2.3 Кодирование состояний

2.4 Состав таблицы функционирования ЦУ

2.5 Определение функций управления триггерами и функций выходов комбинационного узла

2.6 Разработка принципиальной электрической схемы ЦУ

2.7 Расчет периода следования тактовых импульсов и тактовой частоты

Литература

1. Основные понятия

1.1 Классификация цифровых устройств (ЦУ) с памятью