Курсовая работа: 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.

1.2 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

1. 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

S_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

1.2. Мінімізація БФ

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

Рис. 1.2.1. Карта Карно для МДНФ

МДНФ = ++++++ (1.2.1)

Ціна за Квайном такої МДНФ С_кв = 29.

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 3АБО‑НІ. В результаті виконання факторного алгоритму вихідна МКНФ набуває вигляду:

(1.3.1)

КС, реалізуюча задану БФ, має вигляд:

Рис. 1.3.1. Синтезована КС

2. 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

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 +a₁₄ X₄ +a₁₅ +a₁₉

D₃ =a₃ +a₄ +a₅ +a₆ X₂ +a₈ +a₉ X₄ +a₉ +

+a₁₀ +a₁₃ +a₁₄ X₄ +a₁₄ X₃ +a₁₅ X₄ X₃ +a₁₅ X₁ +a₁₅ +a₁₉

D₄ =a₂ +a₃ (X₅ +X₆ )+a₅ +a₆ x₂ +a₈ +a₉ X₄ +a₉ +a₁₀ +

+ a₁₃ +a₁₄ (X₄ +X₃ )+a₁₅ (+X₃ )+a₁₉

D₅₌ a₁ +a₂ +a₃ (X₅ +X₆ )+a₄ X₁ +a₅ +a₆ X₂ +a₈ (X₄ +)+a₉ X₄ +a₁₁ +

+a₁₂ +a₁₄ X₄ +a₁₄ +a₁₅ X₄

Принципова схема синтезованого автомата Мура представлена у додатку 2.

3. 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

Y₁ = a₃ + a₄ + a₇ + a₁₀ X₂

Y₂ = a₁

Y₃ = a₅ +a₈ +a₁₁ X₄ +a₁₁ X₁ +a₁₄ X₆ +a₁₃ +a₁₆ X₄

Y₄ =a₁₊ a₅ X₄ + a₆ + a₈ X₄ + a₉

Y₅ = a₆ + a₉ + a₁₀ +a₁₄ +a₁₅ +a₁₆

Y₆ =a₅ X₄ X₃ +a₁₅ X₃ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +a₁₁ +a₁₃ +a₁₆ X₄ X+a₁₅ X₁

Y₇ =a₂ +a₁₂ X₅

Y₈ =a₃ X₁ +a₄ +a₇ +a₁₀ X₂ +a₁₂

Y₉ =a₃ +a₁₀ +a₁₄ +a₁₅ +a₁₆

Y₁₀ =a₅ +a₈ +a₁₁ X₄ +a₁₆ X₄

Функції порушення:

T₁ =a₃ X₁ +a₅ X₃ +a₈ X₄ +a₈ X₃₊ a₉ +a₁₀ X₄ +a₁₂ X₅ +a₁₆ X₄

T₂ =a₄ +a₈ X₄ +a₈ +a₁₀ X₂ +a₁₁ X₄ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +a₁₂ X₆ +

+a₁₃ +a₁₄ +a₁₆ X₄

T₃ =a₂ +a₃ X₁ +a₄ +a₅ +a₆ +a₈ X₄ +a₈ +a₁₀ +a₁₁ X₄ X₃ +a₁₁ X₁ +

+a₁₂ +a₁₂ X₆ +a₁₃ +a₁₄ +a₁₆ X₄

T₄ =a₁ +a₂ +a₃ +a₃ X₁ +a₄ +a₅ X₄ +a₆ +a₇ +a₈ +a₁₀ +a₁₁ +a₁₂ X₅ +a₁₄ +a₁₅ +

+a₁₆ X4+a₁₆ X₄ X₃ ++a₁₆ X₁

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