Разработка цифрового автомата Мили, содержащий в качестве памяти D-триггер - Курсовая работа

Потребность в вычислениях возникла у людей на самых ранних стадиях развития человеческого общества. Качественно новый этап развития вычислительной техники наступил с изобретением и созданием электронных вычислительных машин, которые работают автоматически, без участия человека, в соответствии с заранее заданной программой. В настоящее время электронные вычислительные машины в основном используются для решения сложных математических и инженерных задач, в качестве управляющих машин в промышленности и военной технике, а так же в сфере обработки информации. Теория автоматов - раздел дискретной математики, изучающий абстрактные автоматы - вычислительные машины, представленные в виде математических моделей - и задачи, которые они могут решать. Теория автоматов наиболее тесно связана с теорией алгоритмов: автомат преобразует дискретную информацию по шагам в дискретные моменты времени и формирует результат по шагам заданного алгоритма.В данной курсовой работе требуется разработать цифровой автомат Мили, содержащий в качестве памяти D-триггер. D-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки. Правило работы: Если на вход D триггера подается «0», то триггер устанавливает на выходе Q «0» и хранит его. При условии, если на вход D триггера подается «1» , триггер устанавливается в «1» и хранит ее. Таким образом что подается на вход D-триггера то он и хранит.В данной курсовой работе необходимо задать цифровой автомат в виде таблицы переходов, таблицы выходов и графа. Для этого определяется число автоматов: где k - число физических входов. В данной работе представлены 3 буквы входных сигналов, поэтому число физических входов будет равно 2 (квадратные скобки «наружу» указывают на то что число округлено в сторону большего целого). где m - число физических выходов, следовательно, число физических выходов равно 2. Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи - как дуги, или ребра.Основная цель этой теории - нахождение общих приемов построения сложных структурных схем автоматов из более простых автоматов, называемых элементарными автоматами. По таблице переходов ЦУ (таблица 1) определяется, в какое состояние переходит ЦУ, и его код (код определяется по таблице кодирования) заполняется в соответствующую строку таблицы синтеза. Для заполнения столбцов функций возбуждения D1, D2 берутся из строчки таблицы синтеза значения и , подставляются в характеристическое уравнения или в таблицу состояний D-триггера (таблица 3) и определяются значения D1 и D2 для этой строки. Столбцы функций выходов заполняются в соответствии с входной комбинацией состояний и таблицей выходов (таблица 2). Диаграмма Вейча состоит из клеток, поэтому для этой переменной требуется клеток.Самые распространенные: · Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ); Название транзисторно-транзисторный возникло изза того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, Р-МОП) является наличие как n-, так и р-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.В ходе выполнения данной курсовой работы был разработан цифровой автомат Мили по заданным таблицам переходов и выходов.

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Разработка таблиц работы и графа автомата Мили

3. Синтез автомата

4. Разработка входного и выходного преобразователей

5. Выбор и обоснование серии микросхем

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А. Спецификация

Потребность в вычислениях возникла у людей на самых ранних стадиях развития человеческого общества. Причем с самого начала для облегчения счета люди использовали различные приспособления. Многие из них были весьма интересными и остроумными по принципу действия, но все они обязательно требовали, чтобы в процессе вычислений активно участвовал человек-оператор. Качественно новый этап развития вычислительной техники наступил с изобретением и созданием электронных вычислительных машин, которые работают автоматически, без участия человека, в соответствии с заранее заданной программой.

В настоящее время электронные вычислительные машины в основном используются для решения сложных математических и инженерных задач, в качестве управляющих машин в промышленности и военной технике, а так же в сфере обработки информации.

Теория автоматов - раздел дискретной математики, изучающий абстрактные автоматы - вычислительные машины, представленные в виде математических моделей - и задачи, которые они могут решать. Теория автоматов наиболее тесно связана с теорией алгоритмов: автомат преобразует дискретную информацию по шагам в дискретные моменты времени и формирует результат по шагам заданного алгоритма.

Для формального описания узлов ЭВМ при их анализе и синтезе используется аппарат алгебры логики. Основные положения алгебры логики разработал в XIX в. английский математик Джордж Буль. Алгебру логики называют также булевой алгеброй.

Логические элементы - устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого - «1» и низкого - «0» уровней в двоичной логике, последовательность "0", "1" и "2" в троичной логике, последовательности "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"и "9" в десятичной логике).

Триггер - это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется.

Как правило, триггер имеет два выхода: прямой и инверсный. Число входов зависит от структуры и функций, выполняемых триггером. По способу записи информации триггеры делят на асинхронные и синхронизируемые (тактируемые). В асинхронных триггерах информация может записываться непрерывно и определяется информационными сигналами, действующими на входах в данный момент времени. Если информация заносится в триггер только в момент действия так называемого синхронизирующего сигнала, то такой триггер называют синхронизируемым или тактируемым. Помимо информационных входов тактируемые триггеры имеют тактовый вход синхронизации. В цифровой технике приняты следующие обозначения входов триггеров: S - раздельный вход установки в единичное состояние (напряжение высокого уровня на прямом выходе Q);

R - раздельный вход установки в нулевое состояние (напряжение низкого уровня на прямом выходе Q);

D - информационный вход (на него подается информация, предназначенная для занесения в триггер);

C - вход синхронизации;

Т - счетный вход.

Наибольшее распространение в цифровых устройствах получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер.

Регистр - последовательное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных слов (чисел) и выполнения преобразований над ними.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Основой построения регистров являются D-триггеры, RS-триггеры.

В ходе выполнения данной курсовой работы был разработан цифровой автомат Мили по заданным таблицам переходов и выходов. Разработана таблица синтеза цифрового автомата, по которым были найдены переключательные функции для вычисления D1, D2, , и минимизированы с помощью диаграмм Вейча. Также построены входные и выходные преобразователи в соответствии с таблицами кодирования входных и выходных сигналов.

1. Методы синтеза цифровой схемотехники. Кропотов Ю.А 2. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. Харисов В.Н., Тихонов В.И. ,М: Радио и связь, 1991 - 608 с.:ил.

3. Теория автоматов. Карпов Ю.Г.

4. Дискретная математика для программистов. Новиков Ф.А. - СПБ: Питер, 2000 - 304с.: ил.

5. Виды логик. Электронная энциклопедия Википедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/Delphi

6. ТТЛ - логика. Мега энциклопедия Кирилла и Мефодия. http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=606810