Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Проектирование цифровых устройств - файл 1.doc


Проектирование цифровых устройств
скачать (1026.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1027kb.15.12.2011 17:01скачать

содержание

1.doc

  1   2   3   4   5   6
МОУ Псковский политехнический институт
Кафедра ИСТ

Курсовой проект

по дисциплине: «Теория автоматов»

«Проектирование цифровых устройств»

Над проектом работал:

студент гр. 082 – 1004

Авдонин А. М.

Проект проверил:

преподаватель

Самсоненков В. А.

Псков

2010

Введение



Этапы проектирования цифровых устройств.


Проектирование любого цифрового устройства состоит из следующих этапов:

  • Абстрактный синтез. Сюда входят этапы, не поддающиеся формализации.

    • Рождение идеи. Формулировка цели проектирования.

    • Составление технического задания на разработку (проектирование и реализацию).

    • Составление таблиц переходов и выходов автомата, которые задают алгоритм его функционирования.

  • Структурный синтез в булевой логике. Сюда входят этапы, в ходе которых создается структура автомата (функциональная схема) на НЕ, ИЛИ, И вентилях и триггерах.

    • Кодирование элементов множеств в двоичном коде.

    • Заполнение кодированной таблицы переходов и выходов.

    • Составление системы логических уравнений для функций возбуждения элементарных автоматов и функций выхода в виде СДНФ по кодированной таблице переходов и выходов, которая рассматривается как таблица истинности.

    • Минимизация логических уравнений. Переход от СДНФ к МДНФ (будем выполнять минимизацию по Карно.)

    • Составление функциональной схемы по МДНФ уравнениям на НЕ, И, ИЛИ элементах и выбранных типах триггеров. В схему добавляются служебные сигналы:

      • Сброс памяти автомата в исходное состояние

      • Синхронизация вывода выходных сигналов

      • Синхронизация смены состояния памяти автомата

  • Техническая реализация автомата в виде устройства .

    • Разработка принципиальной схемы. Выбирается серия микросхем с соответствующей технологией производства. При этом учитываются быстродействие и потребляемая мощность. Каждая технология производства интегральных схем характеризуется базовым элементом, имеющим минимальную структуру, минимальную задержку выхода относительно входа и являющегося функционально полной системой элементов. (будем работать с технологией ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), серия микросхем 1533, базовый элемент – И-НЕ (логика Шеффера).

    • Составление спецификации по принципиальной схеме.

    • Составление таблицы соединений, т. е. разводка связей вентилей и триггеров в соответствии с принципиальной схемой.

    • Комплектация, т. е. закупка компонентов и входной контроль компонентов.

    • Изготовление печатной платы, т. е. нанесение дорожек (согласно таблице соединений) и посадочных мест под компоненты.

    • Монтаж – установка на свои места компонентов и распайка контактов.

    • «Оживление» - контроль потребляемого тока, устранение соединения дорожек или разрывов дорожек. Тестирование – проверка работы на соответствие таблице переходов и выходов. На этом этапе проект алгоритма превращается в алгоритм в случае положительного тестирования.

    • Оформление документации – описание работы устройства, указания по поиску неисправностей, указание надежности устройства.

  • Маркетинг.

В выполняемом курсовом проекте будут отрабатываться этапы с 1 по 11 включительно.

^

Первая часть курсового проекта.

Идея.



Спроектировать синхронный автомат, реализующий работу кодового замка с последовательной подачей двоичного кода. Ключом к замку является PIN-код. Набор кода осуществляется со старшего разряда.

^

Техническое задание.



Для дальнейшего проектирования необходимо определить три множества:

X
Структура


выход
– множество входных сигналов;

Y
вход
– множество выходных сигналов

А
{X}
– множество состояний автомата.

{Y}

Формирование PIN-кода: №_группы_№_в_журнале_группы (номера групп и номера в журналах кодируются в порядке натурального ряда: первая группа - 001, вторая группа – 010 и т. д.).
PIN – код : №_группы: четвертая – 100; №_в_журнале – 1 = 00001.

Т. о. PIN-код = 10000001.

Общая схема замка:

У замка 3 кнопки: 0, 1, сброс – 3 сигнала. Т. к. сигнал «сброс» является служебным и в синтезе не участвует, на входе 2 сигнала, т. е. {X} = {x0,x1}, где х0 = 0; х1 = 1 .
Замок может принимать 2 состояния: закрыт (у0) и открыт(y1), т. е. {Y} = {y0,y1}.
Определение множества состояний автомата может производиться несколькими способами( например, с помощью таблицы истинности). Для большей наглядности выберем другой способ и определим множество состояний с помощью графа, когда каждое состояние – вершина графа; в дугах указываются сигналы, при которых осуществляется переход из одного состояния в другое. Число состояний наперед известно ( в данной задаче 8 состояний а0 – а7 т. к используемый PIN-код 8-мибитный и содержит 8 разрядов.).

Л
^ Рисунок 1 «Граф автомата»
юбое цифровое устройство имеет исходное состояние, которое обозначается а0.
Обозначения :

а0 – а7 – состояния автомата:

х0 – х1 – сигналы по которым осуществляется переход в новое состояние;

у0 – у1 – сигналы выдаваемые перед переходом в новое состояние.

Автомат с таким графом – автомат Мили ( выполним первую часть курсового проекта как автомат Мили.).

^

Составление таблиц переходов и выходов



На основании графа сформируем автоматные таблицы переходов и выходов, которые задают алгоритм функционирования автомата..

^ Таблица 1 «Переходы в автомате» Таблица 2 «Выходы автомата»





A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

X0

A0

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A0

X1

A1

A0

A0

A0

A0

A0

A0

A0




A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

X0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

X1

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y0

Y1

^

Кодирование элементов множеств


Т. к. проектируемый автомат работает с двоичным кодом, то множества входных/выходных сигналов и множество состояний необходимо закодировать соответствующим образом.

Т. к на входе и на выходе автомата 2 сигнала для их кодирования нужен 1 бит - х1ф (x - физическое) и у1ф (у физическое) соответственно для входных и выходных сигналов.
^ Таблица 3 «Кодирование входных сигналов» Таблица 4 «Кодирование выходных сигналов»




Х1ф

Х0

0

Х1

1




Y1ф

Y0

0

Y1

1



На основании графа находим, что количество состояний автомата равно 8, значит, для их кодирования нам потребуется 3 бита, т. к. каждый бит может быть зафиксирован 1 триггером, то количество триггеров – 3 . Обозначим выходы триггеров как Q2,Q1,Q0. Кодирование будем вести как нумерацию состояний автомата в двоичном коде в порядке натурального ряда, т. к. проектируемый автомат является синхронным..
^ Таблица 5 «Кодирование состояний автомата»


Примечание
: мы можем использовать такой способ кодирования, т. к. переход из одного состояния в другое осуществляется по синхроимпульсу и время переключения триггеров τпер меньше, чем время задержки по цепям обратной связи τос. Для асинхронных автоматов этот способ не пригоден, т. к. при переходе к очередному состоянию должно меняться состояния только одного триггера. И кодирование состояний должно удовлетворять этому требованию (в нашем случае это не выполняется, например, при переходе а3 – а4 меняются сразу три бита).






Q2

Q1

Q0

A0

0

0

0

A1

0

0

1

A2

0

1

0

A3

0

1

1

A4

1

0

0

A5

1

0

1

A6

1

1

0

A7

1

1

1

Выбор типа элементарных автоматов (триггеров)



На практике используются RS, D,T,JK – триггеры. Различают триггеры с динамическим и потенциальным способом приема информации. В проектируемом автомате будем использовать D – триггеры с динамическим способом приема информации ( в них прием информации осуществляется по синхроимпульсу – автомат синхронный), т. к. у них самая простая матрица переходов.


^ Рисунок 2 «D – триггер»
Таблица 6 «Матрица переходов D-триггера»


Q(t)

Q(t+1)

q(t)

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1
  1   2   3   4   5   6



Скачать файл (1026.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации