Цифровой автомат

                        ЗАДАНИЕ  на курсовое проектирование

По предмету  Вычислительная техника

Студентки 4 курса 4 ЭСС группы Смоленского колледжа телекоммуникаций (филиал) СПГУТ  Бардышевой Анне Юрьевне.

Тема проекта (работы): Цифровой автомат

Исходные данные:

Вариант № 7

Алгоритм № 7

Серия микросхем  К564

Тип триггера ТВ1

В курсовом проекте должны быть представлены:

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Введение

1. Описательный раздел
1. Основные понятия о цифровом аппарате

1.2  Понятия алгоритма  и графа

2. Расчетный раздел
1. Алгоритм функционирования цифрового автомата
2. Построение графа функционирования МПА
3. Таблица функционирования МПА
4. Синтез дешифратора
5. Техника безопасности

Литература

Лист  1. Цифровой автомат.

 Схема электрическая  принципиальная.

2. Перечень  элементов.

Дата выдачи____________

Срок окончания_________

Преподаватель-руководитель курсового проектирования_______________________

Председатель (предметной)цикловой комиссии_______________________________

 

                                                           

 СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                                   3

1. Описательный раздел                                                                                 4                              

1.1 Основные понятия о  цифровом автомате                                                4

1.2 Понятия алгоритма и  графа                                                                       5

2. Расчетный раздел                                                                                         6

2.1 Алгоритм функционирования  цифрового автомата                               6

2.2 Построение графа функционирования  МПА                                          8

2.3 Таблица функционирования  МПА                                                           8

2.4 Синтез дешифратора                                                                                 13

2.5 Охрана труда                                                                                              14

 Литература                                                                                                        17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    ВВЕДЕНИЕ

Информация может обрабатываться двумя методами:  аналоговым, при  котором участвующие в  обработке  величины представляются в форме ( уровнями напряжения или тока), или цифровым, при котором величины представляются в цифровой форме и сама обработка сводится к последовательности действий ( операций) над числами.

В зависимости от используемого  метода обработки различают два  типа аппаратуры : аналоговая, в которой  используется аналоговый метод обработки, и цифровая, в которой применяется  цифровой метод  обработки. В цифровой аппаратуре основным устройством, в  котором непосредственно выполняется  обработка, является процессорное устройство.

Цифровые  методы, по сравнению  с аналоговыми, имеют ряд достоинств : возможность обеспечения любой  точности обработки, высокая помехозащищенность, высокая стабильность характеристик  обработки, выполнение таких видов обработки, которые аналоговыми методами трудно выполнить. Цифровые устройства в интегральном  исполнении имеют малую стоимость, габаритные размеры, массу, потребление энергии. Это обеспечивает их широкое использование в настоящее время.

Процессорное устройство синтезируется в виде соединения двух устройств : операционного и  управляющего.

Существует два принципиально  разных подхода в проектировании микропрограммного  автомата( управляющего устройства) : использование принципа схемной логики или принципа программируемой  логики.

При использовании принципа схемной логики, в процессе проектирования подбирается некоторый набор  цифровых микросхем и определяется такая схема соединения 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.

Микропроцессорные устройства обеспечили широкое использование  цифровых методов  в различных технических направления

 

 

    1. ОПИСАТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

     1.1 ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ О ЦИФРОВОМ АВТОМАТЕ

Цифровые автоматы – логические устройства, в которых помимо логических элементов имеются элементы памяти. Значения выходных сигналов такого устройства зависит не только от аргументов на выходе в данный момент, но и от предыдущего  состояния автомата, которое фиксируется  элементами памяти. В качестве элементов памяти могут использоваться триггеры.  Каждое внутреннее состояние цифрового автомата определяется исходным состоянием триггеров и последовательностью входных сигналов, действующих на входе в данный момент времени,  поэтому такие устройства называются послеовательностными схемами. К последовательностным схемам можно отнести: триггеры, счетчики, регистры. В общем случае структурная схема цифрового автомата может быть представлена в виде набора трёх узлов: комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования сигналов управления триггеров и, собственно памяти.

На вход комбинационной схемы  управления триггерами поступают комбинации входных сигналов X1 , Х 2   …   Хк,  комбинации сигналов, отражающих состояние памяти  Q1, Q2  …   Qm   С учетом этих множеств комбинационная схема формирует серии сигналов триггеров образуют внутреннее состояние цифрового автомата, которые принято обозначать буквой  а.    Комбинационная схема формирования выходных сигналов создаёт сигналы Y1, Y2  … Yр,    которые могут использоваться для управления некоторыми узлами, для активизации процессов в других схемах                                                                                  

   Х₁ у₁

 S₁, R₁                      Q₁

   Х_к S₂, R₂                             Q₂ у₂

                                       S_n, R_n Q_m  у_р

 

 

  Рисунок 1.  Управляющее устройство со схемной логикой.

 

   1.2  ПОНЯТИЕ АЛГОРИТМА И ГРАФА.

Последовательность действий автомата по формированию выходных сигналов и сигналов управления триггерами с  учётом входных сигналов может быть задана с помощью алгоритма. Алгоритм фактически является формализованным  представлением задачи по построению цифрового устройства, где определены группы выходных  сигналов для инициализации  устройств схемы (например, операционного  устройства процессора в зависимости  поступления тех или иных входных  сигналов - Х). Задавать цифровой автомат удобно с помощью графа. Графом называют непустое конечное множество узлов ( вершин) вместе с множеством дуг (ветвей), соединяющих пары различных узлов. Граф обычно представляется в наглядной форме,  при этом вершины изображаются точками или кругами, которые помечаются с целью идентификации, а ветви изображаются линиями, соединяющими соответствующие узлы. Если каждой дуге также приписано направление, то такой граф называется ориентированным. Если направления не указаны, то граф называется неориентированным. Данные представления полезны в виду их наглядности. Вершины обычно соответствуют объектам некоторого вида (В цифровом автомате - внутренним состоянием), а дуги – физическим или логическим связям между ними. Таким образом, графы можно использовать для математического моднлирования самых разнообразных систем и структур: электрических схем, вычислительных сетей и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ,

2.1 Алгоритм функционирования  цифрового автомата.

                                                                               а0

 

 

                                                                            а1

  

     а₂ 

      0     1

 

                                                                               

                             а₃                                                                                            а₅                                                                        

                                             а₄                                                                                                  а₆

                                                     

 а₄ а₆

 0    1 1 0

                                                                                                                 

 

                                                                        а₈

 а₇                                                                                                     

                                                           а₉    

 

 

                                                                          

                                                          а₁₀

                          0                                                   1   

                                                                                                                                       

       

 

 

  а₁₁

 

Рисунок 2  0 1

             а₀

По заданному алгоритму  определяем множество внутренних состояний  цифрового автомата, а множества  выходных сигналов У и входных  сигналов Х заданы алгоритмом. В  предлагаемой работе задание формализовано  и представлено в виде алгоритма, где блок РЕШЕНИЕ - указывает, какой  входной сигнал (признак) определяет условие перехода, блок ПРОЦЕСС –  какие выходные сигналы при данном переходе должен сформировать автомат. После каждого перехода фиксируется  состояние цифрового автомата.  По приведённому алгоритму при выборе состояний необходимо учитывать  следующие рекомендации: - исходное состояние соответствует заданию,

- следующие состояния  выбираются в порядке возрастания  после каждого блока ПРОЦЕСС (для кодирования достаточно использовать  4-х разрядный код 8- 4-2-1),

- перед каждым блоком  РЕШЕНИЕ , после каждой точки  примыкания линии,  указывающей направление перехода ( на алгоритме обозначается крестиком).

Исходное состояние цифрового  автомата задано а_0.      Это значит, что автомат находится  в состоянии а₀ в момент действия сигнала начальной установки. Выход из этого состояния происходит под действием внешнего сигнала. Перед блоком 3 отмечается следующее состояние а ₁ , и далее по порядку возрастания: перед блоком 4- а₂ перед блоком 7 – а_3, перед блоком 9 – а ₄, и т.д. Место на алгоритме , где автомат фиксирует внутреннее состояние, отмечено символом «Х» и проставлено буквенное обозначение с соответствующим  индексом.

Далее эти состояния кодируются, т.е. буквенному обозначению присваивается двоичный код. В принципе это может быть любой код из известных, но чтобы кодовые комбинации имели  меньше разрядов и следовательно меньше было триггеров, удобнее взять двоичный код8-4-2-1.                          

Соответствие кодовых  комбинаций внутренним состоянием приведено  в таблице 1.

 

Состояние автомата	Двоичный код
а0	0000
а1	0001
а2	0010
а3	0011
а4	0100
а5	0101
а6	0110
а7	0111
а8	1000
а9	1001
а10	1010
а11	1011

 

2.2 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФА ФУНКЦИОНАРОВАНИЯ  МПА

 

      Так как для задания цифрового автомата удобно использовать граф, то перейдем к его построению. Состояние устройства в графе будет соответствовать вершинам (узлам графа),- обозначено кружками и внутри проставлено буквенное обозначение состояния. Узлы соединяются с дугами, которые показывают направление перехода.

На дугах записываются условия перехода, под действием  которого он имеет место, и выходные сигналы, которые при этом должны быть сформированы. Так как переключение триггеров происходит либо по фронту, либо по срезу синхронизирующего  сигнала, будем считать , что до наступления  следующего активного уровня изменения  входных сигналов не происходит, а, следовательно, и значение выходных сигналов y₁…y_р не изменяется.