Реализация задач логического синтеза узлов и блоков цифровых ЭВМ на интегральных микросхемах. Структурная детализация блока памяти автомата. Синтез логического преобразователя, выбор элементной базы. Минимизация логических уравнений с помощью карт Карно.
Воронежский государственный технический университетСхемотехника - научно-техническое направление, занимающееся проектированием, созданием и отладкой (синтезом и анализом) электронных схем и устройств различного назначения. К проблемам, не зависящим от реализуемого алгоритма, относятся подавление помех, передача данных по линиям связей, обеспечение требуемых режимов входов и выходов элементов, генерация и распределение тактовых сигналов, и т.д. Основная задача схемотехники - синтез (определение структуры) электронных схем, обеспечивающих выполнение определенных функций, и расчет параметров, входящих в них элементов. В результате изучения дисциплины "Схемотехника ЭВМ" студенты должны: - знать номенклатуру, характеристики и функциональное назначение интегральных микросхем, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью для ЭВМ;По техническому заданию дан граф автомата, представленный на рисунке 1, где , - индекс состояния автомата; a0 - начальное состояние автомата; Yj = 0000,…1000 - двоичные числа, равные десятичному индексу j и формируемые на выходах автомата. Следующим шагом детализации структуры проектируемого автомата, является представление автомата в виде математической модели Мура, что позволяет представить синтезируемый автомат в виде двух взаимосвязанных функциональных частей - логического преобразователя (ЛП) и блока памяти (БП), так, как это показано на рисунке 2. Количество триггеров, необходимое для реализации БП при использовании двоичного кодирования состояний автомата (тривиальное кодирование, кодирование кодами Грея), определяется по формуле (1): (1) где a - мощность множестваВ настоящее время самым распространенным способом структурного кодирования состояний автомата является двоичное кодирование или по-другому - тривиальное кодирование. Т.к. по формуле (1) было уже рассчитано количество триггеров, а именно - 4, то для тривиального структурного кодирования внутренних состояний автомата необходимо использовать 4 разряда. Сопоставим каждому отдельному абстрактному символу , 4х - разрядный двоичный код таким образом, чтобы он соответствовал значению десятичного индекса i каждого состояния автомата. Результаты такого структурного кодирования занесем в таблицу 1. Помимо структурного кодирования необходимо также предусматривать и выходные сигналы Yj, которые формируются из двоичных кодов Q4…Q1.Как мы выяснили ранее, для данного устройства необходимо и достаточно использовать 4 комбинированных синхронных двухтактных D-триггера. У триггера есть своя таблица истинности, по которой можно убедиться в правильности его работы. Так как для работы автомата нам необходимо использовать 4 триггера, то они должны быть соединены определенным образом, так, как это показано на рисунке 4. На рисунке 4 обозначено: Q1 ,…, Q4 - двоичный код, который соответствует номеру текущего шага алгоритма работы автомата, S - сигнал синхронизации, Н.У.Для удобства построения схем необходимо построить расширенную структурную таблицу переходов автомата. Она основана на таблицах 1.1, 1.2, но в ней также присутствует столбец, в котором указана функция возбуждения, ее можно рассчитать по формуле (2). Так как синхронный автомат должен работать в двух режимах, прямом и обратном, необходимо также составление аналогичной структурной таблицы, но для режима работы Р = 0 (таблица 2.2).По таблице 2.1 и 2.2 можно составить логические уравнения для функций возбуждения блока памяти F0-F3.
Для P = 1: (3)
(4)
(5)
(6)
Для P = 0: (7)
(8)
(9)
(10)
Но составленные уравнения слишком объемны, для того, чтобы это исправить необходимо их минимизировать.Построим карты Карно функций Fi , i=1,…,4 для Р = 1: Таблица 2.3 Для того, чтобы максимально минимизировать логические выражения необходимо доопределим карту Карно, представленную в табл. Минимизируя функцию F0 методом карт Карно, получим следующее уравнение: (11) Минимизируя функцию F1 методом карт Карно, получим следующее уравнение: (12) Минимизируя функцию F2 методом карт Карно, получим следующее уравнение: (13)Для синтеза ЛП необходимо определить, в каком из элементных базисов выгоднее реализовать функции возбуждения блока памяти F0-F3.Для того, чтобы получить схему для функции необходимо соединить логический элемент «И», если умножение, «ИЛИ», если сложение в соответствии с логическим уравнением. Например, для функции F3 соединение изображено на рисунке 5. Логические элементы, отвечающие за режим Р = 1, соединить с прямым выходом ключа, а элементы, отвечающие за режим Р = 0, соединить с инверсией от ключа. После этого объединить два режима с помощью логического ИЛИ, и выход этого элемента соединить со входом триггера, который принимает функцию возбуждения. Аналогично составленные схемы для всех функций, в том числе и для Yj, выходы которых подводятся не к триггерам, как для функции возбуждения, а к светодиодам, изображены на рисунке 7.
План
Содержание
Введение
1. Выбор способа решения задачи курсового проектирования
