регистрация / вход

Разработка функционального устройства

МОСКОВКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (государственный технический университет) Кафедра 403 РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине

МОСКОВКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(государственный технический университет)

Кафедра 403

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Вычислительные системы и микропроцессорная техника»

Выполнил

студент группы 04-512

Гуреев И.А.

Консультировал

Мальшаков Г.В.

2010 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Уточнение задания …………………………………………………………3

2. Разработка схемы алгоритма и составление операционного описания….5

3. Построение функциональной схемы операционного автомата…………..7

4. Управляющий автомат с жесткой логикой………………………………....8

5. Управляющий автомат с программируемой логикой……………………..12

6. Функциональная схема автомата с программируемой логикой………….15

7. Построение принципиальной схемы……………………………………….16

8. Временные диаграммы………………………………………………………17

9. Список литературы…………………………………………………………..18

ЗАДАНИЕ

По шинам А{1:8} и В на вход устройства поступает 16-ти разрядный код по байтам (первый байт по шине А параллельно, второй по шине В последовательно). Определить число комбинаций 11011 в пришедшем коде, результат выдав по отдельной шине С.

УТОЧНЕНИЕ ЗАДАНИЯ

1. Примем, что источник входного кода гарантирует правильность выставленной информации во время действия стробирующего импульса СТРОБ, а само устройство подтверждает выда­чу кода числа единичных символов генерацией импульса считывания УСЧИТ.

Выберем тактовую синхронизирующую последовательность импульсов. Пусть в разрабатываемом устройстве она будет общей для источника, устройства преобразования и потребителя информации (внешняя синхронизация). Пусть частота ГТИ равна 5 МГц.

Будем считать, что смена кодов А, В и С осуществляется по положительному фронту импульсов ГТИ, длительность импульсов СТРОБ и УСЧИТ равна длительности импульсов тактовой последовательности, а положительные фронты этих импульсов появляются вслед за положительным фронтом им­пульсов ГТИ.

2. Определим разрядность выходного кода. Максимальное число возможных последовательностей 11011 в 16-ти разрядном коде равно 11, следовательно, оно потребует формирования на выходной шине 4-х разрядного кода.

3. Входные данные, приходящие по шинам A {1:8} и B , сопровождаются управляющими сигналами СТРОБ (передний фронт сигнала СТРОБ совпадает с установившимся сигналом на шинах A и B ).

Выходные данные C {1:4} формируемые устройством сопровождаются управляющим сигналом УСЧИТ (передний фронт сигнала УСЧИТ совпадает с установившимся сигналом на шине C ), что бы последующие устройства знали, в какой момент времени необходимо считать результат работы нашего устройства. Считывание данных происходит по переднему фронту управляющих сигналов.

Примем, что в разрабатываемом устройстве не требуется введе­ния внутренней индикации, и не будем пока накладывать никаких ограничений на потребляемую устройством мощность и, следовательно, на выбор оптимальной элементной базы.

Временные диаграммы

ГТИ: t

СТРОБ:

t

Шина А:

t

Шина В:

t

Шина С:

t

УСЧИТ:

t

РАРАБОТКА СХЕМЫ АЛГОРИТМА

И СОСТАВЛЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО ОПИСАНИЯ


нет


нет

да

нет

да


Микропрограмма 1

Переменные:

входные: А{1:8}, В, строб;

внутренние: РГ1{1:8}, СЧ1{1:4}, СЧ2{1:4};

внешние: УСЧИТ, С{1:4}:=СЧ1{1:4};

Признаки:

Р1:= ù СТРОБ;

Р2:= РГ3{1}&РГ3{2}&ù РГ3{3}&РГ3{4}&РГ3{5}=1;

Р3:=СЧ2{3}&(СЧ2{2}|СЧ2{1}|СЧ2{0});

P4:=СЧ2{1:4}=11;

Процедура:

М1 если Р1, то М1;

УЗП: РГ1{1:8}:=А{1:8};

УН1: СЧ1:=0;

УН2: СЧ2:=0;

М2 если Р2, то М3;

УСЧ1: СЧ1:=СЧ1+1;

если Р3, то М3;

если Р1, то М3;

М3 если Р4, то М4;

УСДВ: РГ1{1:8}:=РГ1{2:8}.B;

УСЧ2: СЧ2:=СЧ2+1;

идти к М2;

М4 С{1:4}:=СЧ1{1:4},

УСЧИТ;

конец;

после упрощения микропрограмма принимает вид:

Микропрограмма 2

Переменные:

входные: А{1:8}, В, строб;

внутренние: РГ1{1:8}, СЧ1{1:4}, СЧ2{1:4};

внешние: УСЧИТ, С{1:4}:=СЧ1{1:4};

Признаки:

Р1:= ù СТРОБ;

Р2:= РГ3{1}&РГ3{2}&ù РГ3{3}&РГ3{4}&РГ3{5}=1;

Р3:=СЧ2{3}&(СЧ2{2}|СЧ2{1}|СЧ2{0});

P4:=СЧ2{1:4}=11;

Процедура:

М1 если Р1, то М1;

УЗП: РГ1{1:8}:=А{1:8}, СЧ1:=0, СЧ2:=0;

М2 если Р2, то М3;

УСЧ1: СЧ1:=СЧ1+1;

если Р3, то М3;

если Р1, то М3;

М3 если Р4, то М4;

УСДВ: РГ1{1:8}:=РГ1{2:8}.B, СЧ2:=СЧ2+1;

идти к М2;

М4 С{1:4}:=СЧ1{1:4},

УСЧИТ;

конец;

Функциональная схема операционного автомата

Управляющий автомат с жесткой логикой

УА с жесткой логикой будем строить в виде классического конечного автомата – Мура или Мили.

Граф-схема для автомата Мура

а0


1


а1


0

а2

УСДВ

1

1

УСЧИТ

1

а4

а3

а0

Р2

Р1 ùР1 ùР2&Р3&P4+ùР2&ùР3&ùР1&P4

ùР3&ùР1&ùР4 ùР3&ùР1&Р4

УСДВ&P2

ùР2&Р3&P4&УСДВ+ùР2&ùР3&ùР1&P4&УСДВ

УСЧИТ

Граф-схема для автомата Мили

УСЧИТ

УСДВ

УСЧ1

УЗП

1 а0

а1

0

1

1

а2

1

а0

Р1

ùР1 &УЗП УСЧИТ&P4

Р2&P3&УСЧ1+ ùР2&P3+P2&ùР3&ùР1&УСЧ1+ùР2&ùР3&ùР1

УСДВ&ùР4

Для реализации выберем автомат Мили, т.к он имеет всего 3 состояния. Будм реализовывать его на D-триггере.

Построим таблицу переходов и выходов автомата Мили

Вход

Состояние

а0

а1

а2

Р1

а0

ùР1

а1

УЗП

P2&P3

a2

УСЧ1

ùР2&P3

a2

P2&ùР3&ùР1

a2

УСЧ1

ùP2&ùР3&ùР1

a2

Р4

a0

УСЧИТ

ùР4

a1

УСДВ

Построим кодированную таблицу переходов и выходов конечного автомата.
Для этого воспользуемся кодированной таблицей внутренних состояний автомата:

a(t)

Q1(t)

Q2(t)

a0

0

0

a1

0

1

a2

1

0

Тогда кодированная таблица переходов и выходов принимает вид:

Вход

Состояние

00

01

10

Р1

00

ùР1

01

УЗП

P2&P3

10

УСЧ1

ùР2&P3

10

P2&ùР3&ùР1

10

УСЧ1

ùP2&ùР3&ùР1

10

Р4

00

УСЧИТ

ùР4

01

УСДВ

На основе полученной кодированной таблицы переходов и выходов УА получим функции возбуждения D-триггера и выражения для управляющих сигналов:

D1= P2&P3&ùQ1&Q2+ùР2&P3&ùQ1&Q2+ P2&ùР3&ùР1&ùQ1&Q2+ùP2&ùР3&ùР1&ùQ1&Q2= P3&ùQ1&Q2+ùР3&ùР1&ùQ1&Q2

D2=ùР1&ùQ1&ùQ2+ùР4&Q1&ùQ2

УЗП= ùР1&ùQ1&ùQ2

УСЧ1= P2&P3&ùQ1&Q2+ P2&ùР3&ùР1&ùQ1&Q2

УСЧИТ= Р4&Q1&ùQ2

УСДВ=ùР4&Q1&ùQ2

На основе полученных выражений получаем функциональную схему УА, сигнал СБРОС является установочным и формируется при включении питания или от кнопки.

Управляющий автомат с программируемой логикой

Составим каноническую форму микропрограммы синтезируемого операционного устройства (для АУ с естественной адресацией).

Номер

Метка

Управляющие сигналы

Переход

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

М1

М2

М3

М4

УЗП

УСЧ1

УСДВ

УСЧИТ

если Р1, то М1

если Р2, то М3

если Р3, то М3 если Р1, то М3

если Р4, то М4

идти к М2

конец

Будем считать, что устройство управления решает одну задачу, так что для его построения достаточно иметь ПЗУ, содержащие 10 яче­ек. Тогда адрес ячеек ПЗУ будет выражаться четырехразрядным кодом А{3:0}.

Для естественной адресации:

0

УЗП

УСЧ1

УСДВ

УСЧИТ

-

-

-

-

1

Р1

Р2

Р3

Р4

А3

А2

А1

А0

Первый разряд формата микрокоманды УА с естественной адресацией определяет признак микрокоманды (ПРМК): 0 - операционная микрокоманда, 1 - управляющая микрокоманда.

Установим соответствие между метками и адресами переходов: M1=010 =00002 , M2=210 =00102 , M3=610 =01102 , M4=910 =10012

Адрес

Разряды микрокоманд

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1 1000 0000

0 1000 0000

1 0100 0110

0 0100 0000

1 0010 0110

1 1000 0110

1 0001 1001

0 0010 0000

1 0000 0010

0 0001 0000

1 0000 0000

Для принудительной адресации микрокоманда может одновременно содержать переходы и управляющие сигналы. Тогда для микрокоманды с принудительной адресацией:

Номер

Метка

Управляющие сигналы

Переход

0

1

2

3

4

5

6

7

М1

М2

М3

М4

УЗП

УСЧ1

УСДВ

УСЧИТ

если Р1, то М1

если Р2, то М3

если Р3, то М3 если Р1, то М3

если Р4, то М4

идти к М2

конец

Формат микрокоманды:

УЗП

УСЧ1

УСДВ

УСЧИТ

Р1

Р2

Р3

Р4

А2

А1

А0

Установим соответствие между метками и адресами переходов: M1=010 =0002 , M2=210 =0102 , M3=510 =1012 , M4=710 =01112

Теперь кодовое выражение микропрограммы УУ, используя каноническое описание и формат микрокоманды, может быть записано в следующем виде:

Адрес

Разряды микрокоманд

000

001

010

011

100

101

110

111

0000 1000 000

1000 0000 000

0000 0100 101

0100 0010 101

0000 1000 101

0000 0001 111

0010 0000 010

0001 0000 000

Сравнивая объем микропрограмм для управляющих автоматов с ес­тественной и принудительной адресацией, мы убеждаемся в том, что принудительная адресация требует меньшего объема ПЗУ (в нашем случае 11 * 8 = 70 бит), чем естественная адресация (9 * 11 = 99 бит). Таким образом, реа­лизация УА с принудительной адресацией в нашем случае более желательна.

Функциональная схема УА с программируемой логикой

РМК{5:8} 4 P1P2P3P4

Формирование признака перехода

&

&

управление СЧА +1

СЧА

ПЗУ

микрокоманд

РМК

РМК{1:4} 4 3 РМК{9:11}


10 Р Р


3


сброс Анач

Начальный адрес микропрограммы, равный 000, устанавливается сигна­лом СБРОС , и УА ждет прихода сигнала СТРОБ для продолжения работы.

Построение принципиальной схемы

Будем строить наше устройство на элементах серии K155 и К555, так как они обеспечивают устойчивую работу на заданной тактовой частоте 5 МГц.

Управляющие сигналы S 0 , S 1 обеспечивают запись кода А в регистр (S 0 = 1, S 1 =1) и сдвиг вле­во (S 0 = 0, S 1= 1), хранения (S 0 = 0, S 1= 0).

Их получаем из диаграмм Карно. Диаграммы Карно строятся для управляющих сигналов, воздействующих на регистр, в данном случае это сигналы: УЗП , УСДВ .

SE0 = УЗП,

SE1 = УЗП + УСДВ = УЗП + УСДВ = УЗП ∙ УСДВ = УЗП / УСДВ

Рассчитаем мощность, потребляемую устройством:

Элемент

Задержка

Потребляемая мощность

К155ЛЕ1

22нс

25 мВт

К155ЛА1

17нс

20 мВт

К155ТМ2

30нс

156.5 мВт

К155ИР13

40нс

609 мВт

К155ЛЕ4

13нс

37мВт

К155ИЕ19

70нс

535мВт

Максимальная скорость работы устройства будет определяться временем перехода автомата из состояния а1 в состояние а2, следовательно можно записать:

Максимальная частота:

Временные диаграммы

ГТИ

t

t


t



Список литературы

1. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Вычислительные устройства и микропроцессорная техника».

2. Конспект лекций по курсу «Вычислительные системы и микропроцессорная техника» А.В. Щеглов.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий