Компютерна схемотехніка

Міністерство освіти та науки України

Одеський національний політехнічний університет

Інститут комп’ютерних систем

Кафедра інформаційних систем

Курсова робота

з дисципліни

«Комп’ютерна схемотехніка»

Виконав

Бородавкін С. М.,

ст. гр. АН-011

Перевірив

доц. Ніколенко А.О.

Одеса – 2003

З А В Д А Н Н Я

на курсову роботу з дисципліни

“Комп’ютерна схемотехніка”

1.1 Синтезувати комбiнацiйну схему, що реалізує задану функцію 5-ти змінних.

За результатами синтезу побудувати функціональну схему в заданому базисі.

1.3 Спроектувати керуючий автомат Мура за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на елементах малого ступеня інтеграції заданої серії. Визначити максимальну затримку переключення схеми та максимальну допустиму частоту переключення.

1.4 Спроектувати керуючий автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на основі програмованих логічних матриць (ПЛМ).

Завдання видав: доц. каф. інф. систем __________ А.О. Ніколенко

Завдання одержав: ст. гр. АН-011 ____________ С.М. Бородавкін

Анотація

Метою даної курсової роботи являється закріплення основних теоретичних і практичних положень дисципліни «Комп’ютерна схемотехніка» і одержання навички в проектуванні принципових схем цифрових пристроїв обчислювальної техніки. Знання, одержані під час вивчення цієї дисципліни, використовуються для аналізу та синтезу різноманітних цифрових пристроїв обчислювальної техніки та автоматики. На початку роботи виконується вибір варіанту за схемою розглянутою складачем роботи. По-перше синтезується комбінаційна схема і за результатами синтезу будується функціональна схема в базисі 2І-НІ. Потім проектується автомат Мура за блок-схемою і будується принципова схема автомату на елементах малого ступеня інтеграції серії КР1533. Проектується автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму і будується схема на основі ПЛМ.

Зміст

1. Синтез комбінаційної схеми

1.1. Отримання вихідної БФ

1.2. Мінімізація БФ

1.3. Вибір базиса. Застосування факторного алгоритму

2. Синтез управляючого автомата Мура

2.1. Вибір вихідних даних для проектування

2.2. Розрахунок даних синтезу

3. Синтез управляючого автомата Мілі

3.1. Вихідні дані

3.2. Дані синтезу

4. Перелік використаної літератури

Додаток 1

Додаток 2

Додаток 3

Додаток 4

СИНТЕЗ КОМБІНАЦІЙНОЇ СХЕМИ

1.1. Отримання вихідної БФ

Вихідна БФ 5-ти змінних задається своїми значеннями, які визначаються 7-розрядними двійковими еквівалентами чисел, що вибираються з таблиці 1 [1] за значеннями числа (А), місяця (В) і порядкового номера (С) за списком групи. Значення функції на наборах:

0-6 – за значенням А;
7-13 – за значенням В;
14-20 – за значенням С;
21-27 – за значенням (А + В + С);
28-31 – невизначені значення.

A = 27  37₁₀ = 100101₂ X100101

B = 6  59₁₀ = 100101₂ X111011

C = 6  59₁₀ = 100101₂ X111011

_ABC = 39  62₁₀ = 111110₂  X111110

Таким чином, таблиця істиності для вихідної функції F(X1, X2, X3, X4, X5) має вигляд:

Таблиця 1.1.1

Вихідна БФ для синтезу КС

№

X ₁

X ₂

X ₃

X ₄

X₅

1.2. Мінімізація БФ

Виконаємо мінімізацію отриманої БФ по нулях і по одиницях для вибора мінімальної НФ.

000

001

011

010

110

111

101

100

Рис. 1.2.1. Карта Карно для МДНФ

МДНФ = ++++++ (1.2.1)

Ціна за Квайном такої МДНФ С_кв = 29.

000

001

011

010

110

111

101

100

Рис. 1.2.2. Карта Карно для МКНФ

МКНФ=(X₁+X₂+X₃+)(+X₃++)(X₂+X₃++X₅)(X₂++

+X₄+) (1.2.2)

Ціна за Квайном С_кв=27.

1.3. Вибір базиса

Застосування факторного алгоритму. Виходячи з результатів, отриманих на попередньому кроці, для синтеза КС вибирається МКНФ. Синтез схеми буде виконаний у базисі 3АБОНІ. В результаті виконання факторного алгоритму вихідна МКНФ набуває вигляду:

(1.3.1)

КС, реалізуюча задану БФ, має вигляд:

Рис. 1.3.1. Синтезована КС

СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МУРА

2.1. Вибір вихідних даних для проектування

Граф-схема алгоритму складається з трьох блоків E, F, G, і вершин BEGIN і END. Загальна структура граф-схеми показана на рис. 8 [1]. Типи блоків вибираються на основі чисел А, В, С (див. п.1.1).

Блоку E відповідає схема (A mod 5) = (27 mod 5) = 2;
блоку F відповідає схема (B mod 5) = (6 mod 5) = 1;
блоку G відповідає схема (C mod 5) = (6 mod 5) = 1.

Стани автомата будемо кодувати, починаючи з 00000 до 10010 так, що Код стану = Номер стану – 1.

Для синтезу автомата обираються D-тригери, синтез виконується на элементах 555-ї серії ТТЛ.

На підставі отриманих даних будуємо вихідну граф-схему алгоритма. Остання наведена у додатку 1.

2.2. Розрахунок даних синтезу

Табл. 2.2.1

Таблиця переходів автомата Мура

a_m

K_am

a_s

K_as

a₁(-)

00000

a₂

00001

D₅

a₂(y₂y₄)

00001

a₄

00011

D₄ D₅

a₃(y₃y₆)

00010

a₄

00011

X₅

D₄ D₅

a₆

00101

D₃ D₅

a₇

00110

X₆

D₃ D₄

a₄(y₇)

00011

a₅

00100

D₃

a₆

00101

X₁

D₃ D₅

a₅(y₁y₉)

00100

a₈

00111

D₃ D₄ D₅

a₆(y₈)

00101

a₈

00111

X₂

D₃ D₄ D₅

a₉

01000

D₂

a₇(y₃)

00110

a₉

01000

D₂

a₈(y₁y₈)

00111

a₁₀

01001

X₄

D₂D₅

a₁₂

01011

D₂D₄ D₅

a₁₃

01100

X₃

D₂D₃

a₉(y₅y₉)

01000

a₁₂

01011

X₄

D₂D₄ D₅

a₁₃

01100

X₄X₃

D₂D₃

a₁₃

01100

X₁

D₂D₃

a₃

00010

D₄

a₁₀(y₄)

01001

a₁₁

01010

D₂D₄

a₁₁(y₄y₅)

01010

a₁₄

01101

D₂D₃D₅

a₁₂(y₃y₁₀)

01011

a₁₄

01101

D₂D₃D₅

a₁₃ (y₆)

01100

a₃

00010

D₄

a₁₄(y₁y₈)

01101

a₁₆

01111

X₄

D₂D₃ D₄D₅

a₁₈

10001

D₁D₅

a₁₉

10010

X₃

D₁D₄

a₁₅(y₅y₉)

01110

a₁₈

10001

X₄

D₁D₅

a₁₉

10010

X₄X₃

D₁D₄

a₁₉

10010

X₁

D₁D₄

a₁₅

01110

D₂D₃ D₄

a₁₆(y₄)

01111

a₁₇

10000

D₁

a₁₇(y₄y₅)

10000

a₁

00000

a₁₈(y₃y₁₀)

10001

a₁

00000

a₁₉(y₆)

10010

a₁₅

01110

D₂D₃ D₄

Функції виходів автомата:

Y₁=a₅+ a₈+ a₁₄

Y₂=a₂

Y₃=a₃+ a₇+ a₁₂+ a₁₈

Y₄=a₂+ a₁₀+ a₁₁+ a₁₆+ a₁₇

Y₅=a₉+ a₁₁+ a₁₅+ a₁₇

Y₆=a₃+ a₁₃+ a₁₉

Y₇=a₄

Y₈=a₆+ a₈+ a₁₄

Y₉=a₅+ a₉+ a₁₅

Y₁₀=a₁₂+ a₁₈

Функції порушення

D₁=a₁₄+a₁₅(X₄+X₁)+a₁₆

D₂=a₆+a₇+a₈+a₉(X₄+X₁)+a₁₀+a₁₁+a₁₂+a₁₄X₄+a₁₅+a₁₉

D₃=a₃+a₄+a₅+a₆X₂+a₈+a₉X₄+a₉+

+a₁₀+a₁₃+a₁₄X₄+a₁₄X₃+a₁₅X₄X₃+a₁₅X₁+a₁₅+a₁₉

D₄=a₂+a₃(X₅+X₆)+a₅+a₆x₂+a₈+a₉X₄+a₉+a₁₀+

+ a₁₃+a₁₄(X₄+X₃)+a₁₅(+X₃)+a₁₉

D₅₌a₁+a₂+a₃(X₅+X₆)+a₄X₁+a₅+a₆X₂+a₈(X₄+)+a₉X₄+a₁₁+

+a₁₂+a₁₄X₄+a₁₄+a₁₅X₄

Принципова схема синтезованого автомата Мура представлена у додатку 2.

СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МІЛІ

3.1. Вихідні дані

Вихідна граф-схема алгоритму має той самий вигляд, що й для автомата Мура (див додаток 2). Автомат синтезується на базі Т-тригерів.

Кодування станів здійснюється так само, як і для автомата Мура:

Код стану = Номер стану - 1

Розмітка станів для автомата Мілі виконана синім кольором.

3.2. Дані синтезу

Таблиця 3.1.1

Таблиця переходів-виходів автомата Мілі

a_m

K_am

a_s

K_as

a₁

0000

a₂

0001

y₂y₄

T₄

a₂

0001

a₃

0010

y₇

T₃ T₄

a₃

0010

a₄

0011

y₁ y₄

T₄

a₁₀

1001

X₁

y₈

T₁ T₃ T₄

a₄

0011

a₅

0100

y₁ y₈

T₂ T₃ T₄

a₅

0100

a₆

0101

y₄

T₄

a₇

0110

y₃ y₁₀

T₃

a₁₃

1100

X₃

y₆

T₁

a₆

0101

a₇

0110

y₄ y₅

T₃ T₄

a₇

0110

a₈

0111

y₁ y₈

T₄

a₈

0111

a₉

1000

X₄

y₄

T₁ T₂ T₃ T₄

a₁

0000

y₃ y₁₀

T₂ T₃ T₄

a₁₅

1110

X₃

y₆

T₁ T₄

a₉

1000

a₁

0000

y₄ y₅

T₁

a₁₀

1001

a₅

0100

X₂

y₁ y₈

T₁ T₂ T₄

a₁₁

1010

y₅ y₉

T₃ T₄

a₁₁

1010

a₇

0110

X₄

y₃ y₁₀

T₁ T₂

a₁₃

1100

X₄X₃

y₆

T₂ T₃

a₁₃

1100

X₁

y₆

T₂ T₃

a₁₂

1011

y₃ y₆

T₄

a₁₂

1011

a₃

0010

X₅

y₇

T₁ T₄

a₁₀

1001

y₈

T₃

a₁₄

1101

X₆

y₃

T₂ T₃

a₁₃

1100

a₁₂

1011

y₃ y₆

T₂ T₃

a₁₄

1101

a₁₁

1010

y₅ y₉

T₂ T₃ T₄

a₁₅

1110

a₁₆

1111

y₅ y₉

T₄

a₁₆

1111

a₁

0000

X₄

y₃ y₁₀

T₁ T₂ T₃ T₄

a₁₅

1110

X₄X₃

y₆

T₄

a₁₅

1110

X₁

y₆

T₄

a₁₆

1111

Y₅ y₉

Y₁= a₃+ a₄+ a₇+ a₁₀X₂

Y₂= a₁

Y₃= a₅+a₈+a₁₁X₄+a₁₁X₁+a₁₄X₆+a₁₃+a₁₆X₄

Y₄=a₁₊ a₅X₄+ a₆+ a₈X₄+ a₉

Y₅= a₆+ a₉+ a₁₀+a₁₄+a₁₅+a₁₆

Y₆=a₅X₄X₃+a₁₅X₃+a₁₁X₄X₃+a₁₁X₁+a₁₁+a₁₃+a₁₆X₄X+a₁₅X₁

Y₇=a₂+a₁₂X₅

Y₈=a₃X₁+a₄+a₇+a₁₀X₂+a₁₂

Y₉=a₃+a₁₀+a₁₄+a₁₅+a₁₆

Y₁₀=a₅+a₈+a₁₁X₄+a₁₆ X₄

Функції порушення:

T₁=a₃X₁+a₅X₃+a₈X₄+a₈X₃₊a₉+a₁₀ X₄+a₁₂X₅+a₁₆ X₄

T₂=a₄+a₈X₄+a₈+a₁₀X₂+a₁₁X₄+a₁₁X₄X₃+a₁₁X₁+a₁₂X₆+

+a₁₃+a₁₄+a₁₆X₄

T₃=a₂+a₃X₁+a₄+a₅+a₆+a₈X₄+a₈+a₁₀+a₁₁X₄X₃+a₁₁X₁+

+a₁₂+a₁₂X₆+a₁₃+a₁₄+a₁₆X₄

T₄=a₁+a₂+a₃+a₃X₁+a₄+a₅X₄+a₆+a₇+a₈+a₁₀+a₁₁+a₁₂X₅+a₁₄+a₁₅+

+a₁₆X4+a₁₆X₄X₃++a₁₆X₁

Принципову схему автомата Мілі необхідно побудувати на основі ПЗП. Для цього будемо використовувати ПЗП К555РЕ4 розрядністю 2Кх8, тобто 2048 8-бітових слів. Очевидно, таких ПЗП необхідно взяти у кількості 2, оскільки необхідно реалізувати всього 14 функцій (10 функцій виходу і 4 функції для переходу в новий стан). Таким чином, адресний простір буде використаний наполовину.

Таблиця з прошивкою ПЗП наведена у додатку 3. Принципова схема автомата Мілі наведена у додатку 4.

4. ЛІТЕРАТУРА

1. Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни „Комп’ютерна схемотехніка” для студентів спеціальностей 7.080401, 7.080403 / Укл.: С.Г.Антощук, А.О.Ніколенко, М.В.Ядрова, О.В.Глазєва. – Одеса: ОНПУ, 2003.

2. Баранов С.І. “Синтез мікропрограмних автоматів”.-Л.:Енергія,1979.

3. Угрюмов Є.П. “Цифрова схемотехніка”.-С.ПБ.:БХВ-Петербург,2001.

4. Справочник по інтегральним мікросхемам / Під ред. Б.В. Тарабрина.-М.: Радіо і зв’язок, 1987.

ДОДАТОК 1

Граф-схема алгоритма для синтезу автоматів Мура і Мілі

y2,y4

y3,y6

y1,y9

y1,y8

y5,y9

y3,y10

кінець