Комплексное задание по вт и мп.

КОМПЛЕКСНОЕ ЗАДАНИЕ по ВТ и МП.

Задание 3

Для некоторого синхронного цифрового автомата (ЦА) задана микропрограмма из четырех микрокоманд (МК) в виде последовательности кодов. Необходимо спроектировать устройство управления (УУ) на основе жесткой логики, формирующее на девяти выходных шинах последовательности цифровых управляющих сигналов в соответствии с заданными кодами микрокоманд. После четвертой МК УУ сбрасывается в нуль. Установка первой МК и сброс осуществляется асинхронно.

Варианты задания 3

1.Начальный код, код первой микрокоманды N_MKI, определяется последней цифрой студенческого билета. Коды трех последующих микрокоманд образуются прибавлением числа 2 к предыдущему значению:

N_MK2 = N_MKI + 2; N_MK3 = N_MK2 + 2; N_MK4= N_MK3 + 2.

Если номер студенческого билета заканчивается на нуль, принимается N_MK1 = 2.

2. Последовательность управляющих сигналов, соответствующая первой микрокоманде, задается девятиразрядным двоичным кодом числа, образованного тремя последними цифрами номера студенческого билета. Для следующих трех микрокоманд код соответствует числам, образованным прибавлением к предыдущему значению десятичных чисел 1, 10 и 100.

Пример выполнения задания 3.

Пусть номер студенческого билета 84310. Тогда коды микрокоманд определятся как N_MK1 = 2, N_MK2 = 2+2 = 4, N_MK3 = 4+2 = 6, N_MK4 = 6+2 = 8. Последовательность управляющих сигналов на выходных шинах:

МК1: 310₁₀ ~ 100110110₂. Старший разряд кода образует управляющий сигнал на шине с максимальным номером 9 и далее нумерация разрядов соответствует нумерации выходных шин.

МК2: 310 + 1 = 311₁₀ ~ 100110111₂,

МК3: 311 + 10 = 321₁₀ ~ 101000001₂,

МК4: 321 + 100 = 421₁₀ ~ 110100101₂.

Цифровой автомат представляет собой синхронное устройство, состояние которого сохраняется в течение такта. Следовательно, УУ должно иметь в своем составе элементы заполняющих устройств. Для формирования управляющих сигналов потребуется комбинационная логическая схема. Для того, чтобы УУ последовательно проходило четыре состояния, заданные кодами микрокоманд, требуется устройство формирования сигналов обратной связи, обеспечивающих эти переходы. Пример построения функциональной схемы УУ в соответствии с рассматриваемым вариантом, приведен на рис. 6.

Состояние УУ фиксируются и сохраняются в параллельном четырехразрядном регистре, построенном на синхронных JK-триггерах. Информационный вход J служит для перевода триггера в состояние “1” (Q = 1, Q = 0), вход К – для установки состояния “0” (Q = 0, Q = 1). Срабатывание триггера при наличии управляющего сигнала на входах J или К происходит только в момент прихода синхроимпульса на вход С. Инверсные асинхронные входы S и R являются установочними, т.е. используются для однократной установки триггера в исходное состояние “1” (по S) или сброса в “0” (по R). Инверсия означает, что активным является уровень логического “0”, установка производится в произвольный момент времени, независимо от синхроимпульсов.

Для формирования сигналов обратной связи используются дешифраторы состояний регистра (ДС), выполненные на логических элементах И. На выходе каждого ДС появляется сигнал в ответ на некоторую единственную входную комбинацию.

Начальное состояние регистра определяется кодом первой МК и фиксируется в регистре путем установки в состояние единицы соответствующих коду разрядов регистра. Установка производится сигналами логического нуля (0) по асинхронным входам S. При этом на выходе дешифратора первого состояния ДС1 формируется сигнал обратной связи для перевода регистра в следующее заданное состояние с приходом импульса синхронизации. После чего формируется сигнал обратной связи на выходе дешифратора ДС2 и т.д. Сигналом ДС4 регистр сбрасывается в нуль по установочным входам R через инвертор, выполняющий также роль элемента задержки.

Шифратор представляет собой комбинационное устройство с четырьмя входами и девятью выходами, преобразующее код состояния регистра в код выходных управляющих сигналов.

Синхронизирующее устройство состоит из задающего генератора ЗГ и ключа, обеспечивающего прохождение синхроимпульсов СИ на регистр лишь после установки кода МК1. Для этого сигналом с ДС1 запускается вспомогательный RS – триггер Т₄, сигнал с выхода триггера отпирается ключ, выполненный на элементе И. После окончания цикла работы триггер Т₄ сбрасывается сигналом с выхода ДС4.

Рекомендуется следующий порядок выполнения работы:

1. Изобразить схему четырехразрядного регистра состояний и схему дешифраторов каждого состояния в соответствии с заданными кодами микрокоманд.

2. Составить таблицу переходов и определить управляющие сигналы на входы J и К триггеров регистра.

3. Составить таблицу работы шифратора. Записать выражения для выходных сигналов Y₀...Y₈ в виде СДНФ или СКИФ в зависимости от вида функции. Минимизировать Y₀…Y₈ и реализовать их, используя элементы И, ИЛИ.

Для рассматриваемого случая в соответствии с номером студенческого билета код N_MK1 = 2₁₀ ~ 0010₂. Для установки начального состояния следует подать входной сигнал через инвертор на вход триггера ТТ1 (обозначим S₁).

Рис. 1

Входами для дешифраторов являются прямой или инверсный выходы триггеров регистра (в зависимости от того, на каком из них в данном состоянии имеется сигнал логической единицы L1). В соответствии с кодами состояний данного примера (2, 4, 6, 8) дешифраторы реализуют следующие логические функции: ДС1 = Q₃ Q₂ Q₁ Q₀; ДС2 = Q₃ Q₂ Q₁ Q₀; ДС3 = Q₃ Q₂ Q₁ Q₀; ДС4 = Q₃ Q₂ Q₁ Q₀;

Составляем таблицу переходов

№ сост.	Дв. Код состояния	Переход	Адрес подачи сигнала обратной связи
нач.		0→2	вх. – S1
		2→4	ДС1 –J2, K1
		4→6	ДС2 – J1
		6→8	ДС3 – K1, K2, J3
		8→0	ДС4 – R0, R1, R2, R3

Из записи двоичных кодов состояний 2 и 4 видно, что для перехода из состояния 2 в состояние 4 необходимо перевести в “0” триггер ТТI первого разряда регистра сигналом по входу К₁ и в “1” триггер ТТ2 второго разряда сигналом J₂. Для остальных переходов аналогично определяются сигналы обратной связи. Если по какому-либо входу требуется подать несколько сигналов обратной связи (в рассматриваемом примере по входу К₁), то это реализуется с помощью элемента ИЛИ с соответствующим количеством входов.

Составляем таблицу работы шифратора. В качестве входных сигналов используются выходы разрядов регистра Q₀, Q₁, Q₂, Q₃, в выходными являются сигналы на шинах (Y₀…Y₈).

Таблица работы шифратора

Код сост. рег.

Код упр. сигн.

Y8

Y7

Y6

Y5

Y4

Y3

Y2

Y1

Y0

Таким образом, получено табличное задание логических функций Y₀…Y₈. Для их реализации представим функции в алгебраической форме и по возможности минимизируем их с помощью диаграммы Вейча.

Однако, изучив внимательно таблицу, отметим, что некоторые из функций являются весьма простыми. Так, в данном частном случае функция Y₃ = 0 на всех входных наборах, а функция Y₈ = 1 на всех рабочих тактах и приобретает значение L0 при сбросе устройства. Из таблицы также видно, что Y₇ = Q₃ на всех пяти входных комбинациях. Отметим также, что Y₅ = Y₂, a Y₄ = Y₁.

Все функции являются частично определенными, т.к. на 11 из 16 входных комбинациях, которые в данном УУ не реализуются, значения функций безразличны. Воспользуемся этим при их минимизации с помощью диаграммы Вейча. На диаграмме цифрами в углах отмечены клетки тех наборов, на которых функции определены. Наносим функцию Y₆ на диаграмму (рис. 7а) и минимизируем её по “1”, считая неопределенные состояния соответствующими логической “1”.

Рис.2 Рис. 3

После минимизации ДНФ имеет вид: Y₆ = Q₁ Q_2. Наносим на диаграмму Вейча функцию Y₅ (рис 2б) и минимизируем её по “0”. В результате получаем:

Y₅ = (Q₁ + Q₂) (Q₁ + Q₂ + Q₃).

После минимизации функции Y₄ по “1” (рис.2в) получаем:

Y₄ = Q₁ Q₂ + Q₁ Q₂.

Строим диаграмму для Y₀ (рис.3) и, минимизируя по “1”, получаем:

Y₀ = Q₂ + Q₃.

По полученным выражениям строим схему шифратора, используя элементы И и ИЛИ (рис1). На выходную шину 3 подаем постоянный уровень L0, на шину 8 – сигнал с выхода управляющего триггера Т₄, который в данном частном случае и соответствует значению функции Y₈.

Список литературы.

1. Самофалов К.Г., Корнейчук В.И., Тарасенко В.П. Цифровые ЭВМ. – Киев.: Вища школа. 1989.- 424с.

2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. – М.: Энергия, 1979, 1985.

3. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства. – М.: Радио и связь, 1981. – 223с.

Дата добавления: 2015-08-29