Цифровой автомат (реферат)

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

ЦА представляет собой последовательностную схему и служит для обработки
дискретной информации структурная схема ЦА представлена на рис 1.

В операционном устройстве выполняются арифметические и логические
операции, в качестве узлов в состав операционного устройства входят:
регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы и др. Управляющие устройства
координируют действия узлов операционного устройства, оно определенной
временной последовательности вырабатывает управляющие сигналы под
действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые
функции.

Процессорное устройство описывается множеством входных сигналов
являющихся исходными данными. Множеством результатов Z1-Zm, управляющее
устройство вырабатывает множество управляющих сигналов y1-yn,
операционное устройство вырабатывает множество признаков X1-Xs, которые
позволяют изменить последовательность выполненных микрокоманд. На
последовательность выполнения микрокоманд так же влияют внешние признаки
Xs+1-XL.

АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

В состав процессорного устройства входят регистры, счетчики и
дешифратор. Пусть регистр Р1 хранит число А. В регистр Р2 поочередно
заносятся элементы проверяемого массива, счетчик 1 служит для подсчета
числа циклов. Счетчик 2 служит для подсчета числа элементов =А.
Дешифратор используется для формирования признака х. Алгоритм
функционирования автомата в микрооперациях представлен на рис.2

Под действием управляющего сигнала y1 в регистр Р1 записывается
проверяемое число х. Под действием управляющего сигнала y2 в регистр R2
записывается число B. Под действием управляющего сигнала y3 в регистре
R3 записываются число А ив сумматоре 1 сравнивается числа Аи х. На
выходе переноса сумматора вырабатывается признак х. Если х<А то признак
х=1 и выполняется переход на формирование управляющего сигнала y5, если
наоборот то х=0 и выполняется переход на формирование управляющего
импульса у4. Под действием управляющего сигнала y5 в сумматоре 2 должен
быть организован режим сложения и в нем вычисляется х+В. Под действием
управляющего сигнала у4 в сумматоре должен быть организован режим
вычитания и вычисляется х-В. Под действием управляющего сигнала у6
результат полученный в сумматоре 2 записывается в регистр R4.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОПЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА.

Так как регистры используются для записи чисел массива, поэтому в них
должен быть организован режим параллельной загрузки.

Т.к. сумматор 1 используется для сравнения чисел то в нем должен быть
организован режим вычитании. Сумматор 2 используется для вычисления х-В
и х+В и в нем организуется режим вычитания и сложения.

СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА.

Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах.

Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах представлен
на рис.4

Микрокоманды Y можно объединить управляющие сигналы y, выполняемые в
различных несвязанных между собой блоках или управляющие сигналы y,
последовательность которых в процессе выполнения алгоритма не
изменяется.

Микрокоманда Y1 включает управляющие сигналы y1 ,y2 и у3 ;микрокоманда
Y2 включает управляющие сигнал y4; Y3 – y5; Y4 – y6.

а0 – начало/конец алгоритма;

а1–а4 – операторные блоки.

Граф функционирования цифрового автомата.

Граф функционирование цифрового автомата представлен на рис.5. Он
отражает возможные переходы цифрового автомата.

В узлах графа записываются состояния автомата, стрелками показаны
возможные переходы. Над стрелками указаны условия перехода. Выделенные
стрелки соответствуют безусловным переходам.

а0 а1

а4 а2

а3

Из состояния а0 осуществляется безусловный переход в состояние а1, при
этом выполняется микрокоманда Y1.

осуществяляется переход в состояние а2

Из состояния а2, и а3 осуществляются безусловные переходы в состояние
а4

Из а4 выполняется безусловный переход в а0;

Кодирование состояний.

Для кодирования состояния автоматов используются RS-триггеры.

Необходимое количество триггеров (n) выбирается из соотношения 2n ( N,
где N – количество состояния автоматов. Для N = 5, n = 3.

Каждому состоянию автомата поставим в соответствие комбинацию состояний
триггеров.

Кодирование состояний представлено в табл.1

Таблица1

Состояние автомата

а Состояние триггеров

Q2 Q1 Q0

a0 0 0 0

a1 0 0 1

a2 0 1 0

a3 0 1 1

a4 1 0 0

4.4. Таблица функционирования цифрового автомата.

Функционирование цифрового автомата представлено в табл.2

Таблица 2

S2 R1

a3 0 1 1 a4 1 0 0

S2 R1 R0

a4 1 0 0 a0 0 0 0

Из состояния а0 выполняется безусловный переход в состояние а1, при
котором триггер Т0 переходит из нулевого состояния в состояние
единичное. Поэтому активный логический уровень необходимо подать на вход
S0

Из состояния а1, при условии х выполняется переход в состояние а3. При
котором триггер Т1 переходит из нулевого состояния в единичное, поэтому
необходимо подать управляющий сигнал S1.

выполняется переход в состояние а1. При котором триггер Т1 меняет свое
состояние на 1, а триггер Т0 с 1 на 0, поэтому необходимо подать
управляющие сигналы S1, R0.

Из состояния а2 выполняется безусловный переход в состояние ша4. При
котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в единичное, а триггер Т1 из
единичного в нулевое поэтому необходимо подать управляющие сигналы S2R1.

Из состояния а3 выполняется безусловный переход в состояние а4 при
котором триггер Т2 переходит из состояния 0 в 1 состояние., а триггеры
Т1, Т0 из 1 в 0 состояние, поэтому необходимо подать управляющие сигналы
S2, R1, R0.

Из состояния а4 выполняется безусловный переход в состояние а0 при
котором триггер Т2 переходит из состояния 1 в 0,Ю поэтому необходимо
подать управляющие сигналы R2.

Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов.

Запишем логические выражения для сигналов Y: Y1=a1, Y2=a2,Y3=a3,Y4=a4.

Сигналы управления триггеров запишем как простую дизъюнкцию конъюнкцией
текущего состояния и условия перехода при которых эти сигналы
получаются.

S2=a2(a3; R2=a4

S1=a1х(a1x=а1;

R1=a2(a3

S0=a0;

R0=a1x(a3

Структурная схема управляющего устройства.

Структурная схема УУ состоит из трех RS-триггеров, дешифратора,
комбинационного узла.

Триггеры служат для кодирования состояний автомата. Дешифратор
преобразует двоичные коды в активный логический уровень на одном из
своих выходов, номер которого соответствует состоянию автомата.

Комбинационный узел служит для формирования выходных сигналов и сигналов
управления триггерами.

Структурная схема представлена на рис.6

Указать режим работы дешифратора и используемые входы и выходы.
Логические элементы и микросхемы пронумеровать и указать их количество и
тип. Выводы всех микросхем и элементов должны быть пронумерованы

Проверка переходов цифрового автомата.

4.7. Проверка переходов ЦА

Возможные переходы цифрового автомата представлены в табл.3.

Таблица 3

Состояние автомата Т2 Т1 Т0

S2 R2 S1 S1 S0 R0

0 0 0 0 1 0

T2 T1 T0

A3 x=1

S2 R2 S1 S1 S0 R0

0 0 1 0 0 0 Х=0

0 0 1 0 0 1

1 0 0 1 0 1

1 0 0 1 0 0

А0 0 1 0 0 0 0

В исходном состоянии а0 = 1, при этом на триггер Т0 действуют
управляющие сигналы S0=1 и R0=0. На триггер Т1 действуют управляющие
сигналы S1=R1=0,.на триггер Т2 действуют управляющие сигналы S2=R2=0.
Под действием таких управляющих сигналов триггер Т0 переходит в
единичное состояние, триггер Т1 и Т2 остаются в исходном нулевом
состоянии и автомат в целом переходит в состояние а1. При а1=1 на
триггер Т1 действуют управляющие сигналы S0, R1. На триггер Т1
действуют управляющие сигналы S1, R0, на триггер Т2 действуют
управляющие сигналы S2,=R2=0. Под действием таких управляющих сигналов
триггер Т0, переходит в нулевое состояние, триггер Т1 в единичное
состояние, триггер Т2 остается в нулевом состоянии и автомат в целом
переходит в состояние а2.

При а2=1 и х1=0 (х1) на триггер Т0 действуют управляющие сигналы S0 =
R0=0, на триггер Т1 действуют управляющие сигналы S0, R1, на триггер Т2
действуют управляющие сигналы S2, =1,R2=0, Под действием таких
управляющих сигналов триггер Т0 остается в нулевом состоянии, триггер Т1
переходит в нулевое состояние и триггер Т2 переходит в единичное
состояние и автомат в целом переходит в состояние а4.

` b d c

Ff/

FfO!

B.B2B4B8B:[email protected]\B^BbBdBjB?B?B?B3/4BABAeBEBIBUBTHBaBaeBaeBe
BiBoe?oe?oe?oeaoeOoeEoe?aoe?oeEoeaoeaoeAe?oe?3/4??3/4?Ae????oeEoeEoeEoeE
oeEoeEoeEoeEoeEoeAeoeEoeEoeEoe

„

^„

! o

x ! E

G
GRGTGXGZG\G^GzG?G1/4G3/4GAGAeGAEGEGaeGaeG&H*H.H0H?H?HoHoH6Ioeoeoeaeeaeea
eeaeeoeaeeaeeaeeaeeaeeaeeaeeaeYaeeYaeeYaeYaeeYaeeYaeYaeeYaeeYaeYaeYaeYae
YaeeYaeeYaeYaeeYaeeYaeYaeYaeYaeYaeYae

akd

x ! E

H*[ действуют управляющие сигналы S1=R1 = S2=1=R2 =0, т.е. эти триггеры
не меняют свое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а3.

Если а3=1, то на триггер T0 действуют управляющие сигналы S0=1, R0 =0 и
триггер T0 переходит в единичное состояние; на триггер T1 действует
управляющие сигналы S1=0, R1 =1, триггер T1 переходит в нулевое
состояние. На триггер T2 действуют управляющие сигналы S2=1, R2 =0 и
триггер T2 переходит в единичное состояние. Автомат в целом переходит в
состояние а4.

При а4=1 и х2=0 на триггер T0 действуют управляющие сигналы S0=R0 =0 и
триггер T0 остается в нулевом состоянии. На триггер T1 действуют
управляющие сигналы S1=1, R1 =0 и триггер T1 переходит в единичное
состояние. На триггер T2 действуют управляющие сигналы S2=0, R2 =1 и
триггер T2 переходит в нулевое состояние. Автомат в целом переходит в
состояние а2

При а4=1 и х2=1 на триггер T0 и T1 действуют управляющие сигналы S0=R0
= S1=R1 =0 и и состояние этих триггеров не меняется. На триггер T2
действуют управляющие сигналы S2=0, R2 =1 и триггер T2 переходит в
нулевое состояние. Автомат в целом переходит в состояние а0.

Проверка функционирования цифрового автомата.

Функционирование цифрового автомата проверить на примере массива данных
состоящей из шести элементов. Элементы массива A=5, B=2, x=2.
Функционирование цифрового автомата представлено в табл.4

R1 R R3 R4 Sm1 Sm2 Выполняемая операция

0011

y1:R1(x

0011

y2:R2(B

0101

0011-0101 = 0010 y3:R3(A

Sm1:x – A

X=1

0011+

0011 =

0010 Y5 режим Sm2:x+B

0110

Y6:R4(Sm2

R1 R R3 R4 Sm1 Sm2 Выполняемая операция

1000

y1:R1(x

0011

y2:R2(B

0101

1000 – 0101 = 0011

y3:R3(A

Sm1:x – A

X=0

1000 – 0011 = 0101 Y4:pem”-“

Sm2:x-B

0101

Y6:R4(Sm2

ПРИЛОЖЕНИЕ

Микросхема типа «К155ИД1»

Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в
направлении логического уровня , направляющееся в этом выходном провода,
десятичный номер которого соответствует двоичному коду.

Микросхема ИД1-это двоично-десятичный высоковольтный дешифратор.
Логическая структура, цоколевка, и условное обозначение приведены на
рис.1. Он предназначен для преобразования двоичного кода в десятичный и
управления цифрами газоразрядного индикатора. Дешифратор состоит из
логических схем, выполненных на элементах ТТЛ и десяти высоковольтных
транзисторах, у котрорых переход подложка – скрытый слой коллектора на
определенном уровне . Он принимает входной четырехразрядный код ?0… ?3
(активные уровни низкие) и выдает напрвление низкого уровня по одному из
10 выходов Y0…Y9, на вход ?0… ?3 поступают числа 0т 0 до 9 в двоичном
коде, при этом открывается соответствующий транзистор. Коды
эквивалентные числам от 10 до 15,. Дешифратор не отображает. Состояния
дешифратора представлены в табл.2.

5-питание; 12-общий

Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИД1

Состояние дешифратора ИД1

Входы Входы с низким уровнем «0»

3 2 1 0

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 0 0 0 8

1 0 0 1 9

1 0 1 0 Все входы отключены

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0

1 1 1 1

К155ИЕ15

Счетчиком называют устройств, предназначенное для подсчета числа
импульсов поданных на вход.

Микросхема ИЕ15 – асинхронный двоичный счетчик. Логическая структура,
цоколевка, условное обозначение представлены на рис. Он состоит из
четырех триггеров. Если выход первого триггера не соединен с другими
триггерами, можно осуществить два режима работы.

В режиме четырехразрядного двоичного счетчика входные тактовые импульсы
должны подаваться на вход ?0 первого триггера, а его выход Q0 (выход 6).
Тогда одновременное деление на 2, 4, 8, 16 выполняется по выходам Q0…Q3.

В режиме трехразрядного двоичного счетчика выходные тактовые импульсы
подают на вход С1. .Первый триггер можно использовать для деления .

17 – питание; 7-общий

Структура, условное обозначение и цоколевка микросхемы ИЕ15

16-питание; 8-общий

Минэнерго РФ

Белгородский индустриальный колледж

(БИК)

Группа ???????

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

????????????????????

по дисциплине «??????????????????????»

на тему: ?????????????????

Студент /??????????????/

Руководитель проекта /????????????????/

Оценка защиты проекта

Принял /?????????????????/

2000

СОДЕРЖАНИЕ

Структурная схема цифрового автомата 1

Алгоритм функционирования цифрового автомата в

микрооперациях. 2

Структурная схема операционного устройства. 4

Синтез цифрового автомата. 5

Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрокомандах. 5

Граф функционирования цифрового автомата. 6

Кодирование состояний. 7

Таблица функционирования цифрового автомата. 8

Функции возбуждения триггеров и формирование выходных сигналов. 8

Структурная схема управляющего устройства. 9

Проверка переходов цифрового автомата. 10

Проверка функционирования цифрового автомата. 12

5 Приложение 14

6 Литература 17

6. Список использованных источников:

Б.М. Каган «Электронно-вычислительные машины и системы». М.,
Энергоатомиздат. 1991

«Цифровые интегральные микросхемы» Справочник под редакцией М. И.
Богданович. Минск., «Беларусь» 1991

Микросхема типа «К155ИД9»

Микросхема ИД9- дешифратор для управления дискретной матрицей на
светодиодах. Условное обозначение и цоколевка дешифратора приведены на
рисунке. Такие дешифраторы близки к ИД1. Они принимают четырехразрядный
код А0…А3 (активные уровни высокие) и выдают напряжение активного
высокого уровня по одному из тринадцати выходов.

Входы Выходы

P V A0 A1 A2 0 1 2 3 4 5 6 7 P

1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1

1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1

1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1

1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1

1 0 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Приложения

Микросхема типа «К155ИЕ9»

Микросхема ИЕ9- четырехразрядный, синхронный, реверсивный счетчик. ИЕ9 –
двоичный счетчик. Логическая структура и цоколевка представлены на
рисунке.

Принцип работы этих счетчиков удобно сравнить с работой счетчиков ИЕ7 и
ИЕ6.

Тактовый вход С и него прямой и динамический, переключение происходит
положительным перепадом тактового импульса.

Вход параллельного разрешения загрузки РЕ инверсный статический –
управляется низким уровнем.

Имеются два входа каскадирования СЕР и СЕТ

Для переключения направления счетчика служит вход V/D

Режим работы Входы Выходы

С V/D CEP CET PE Dn Qn TC

Параллельная загрузка

х х х 0 0 0 1*

х х х 0 1 1 1*

Счет на увеличение

1 0 0 1 x Увеличение 1*

Счет на уменьшение

0 0 0 1 x Уменьшение 1*

Хранение

x 1 x 1 x Qn 1*

x x 1 1 x Qn 1*

Микросхема типа «К155ИР11»

Регистр – устройство, предназдначенное для кратковременного хранения и
преобразования многоразрядных двоичных чисел.

Микросхема ИР11 – восьмиразрядный синхронный реверсивный регистр сдвига.
Логическая структура и обозначение приведены на рисунке.

Синхронная работа обеспечивается входами выбора режима S0 , S1. Режим
хранения (входы S0=S1=0), параллельной загрузки (S0=S1=1), сдвиг влево
(S0=0, S1=1), сдвиг вправо (S0=1, S1=0), кроме параллельных входов
первый и последний разряды регистра имеют дополнительные входы: DSR-для
сдвига вправо, DSL – для сдвига влево.

Микросхема типа «К155ИД15»

Дешифраторы предназначены для преобразования двоичного кода в
направлении логического уровня, десятичный номер которого соответствует
двоичному коду.

ИД15 представляет собой дешифратор для управления шкалой индикатора
красного цвета. Цоколевка и условное обозначение приведены на рисунке.
Дешифратор имеет 4 входа данных Д0…Д3. Вход С2 называют регулировка
яркости, а вход С1 – запрет. Вход V – контроль. Для дешифратора ИД15
выходы 1,2 – открытые эмиттеры, а выходы 3…7 – выходы источника тока.

Управляющее устройство

Операционное устройство

Синхросигнал

Результат

Ввод данных

Рисунок 1

XS1

Рис 2

Y5:Режим

SM2:x+b

Y6: R4(SM2

Y3:R3( A