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.

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


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

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

№

X 1

X 2

X 3

X 4

X5

F

0

0

0

0

0

0

X

1

0

0

0

0

1

1

2

0

0

0

1

0

0

3

0

0

0

1

1

0

4

0

0

1

0

0

1

5

0

0

1

0

1

0

6

0

0

1

1

0

1

7

0

0

1

1

1

X

8

0

1

0

0

0

1

9

0

1

0

0

1

1

10

0

1

0

1

0

1

11

0

1

0

1

1

0

12

0

1

1

0

0

1

13

0

1

1

0

1

1

14

0

1

1

1

0

X

15

0

1

1

1

1

1

16

1

0

0

0

0

1

17

1

0

0

0

1

1

18

1

0

0

1

0

0

19

1

0

0

1

1

1

20

1

0

1

0

0

1

21

1

0

1

0

1

X

22

1

0

1

1

0

1

23

1

0

1

1

1

1

24

1

1

0

0

0

1

25

1

1

0

0

1

1

26

1

1

0

1

0

1

27

1

1

0

1

1

0

28

1

1

1

0

0

X

29

1

1

1

0

1

X

30

1

1

1

1

0

X

31

1

1

1

1

1

X



1.2. Мінімізація БФ



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





000

001

011

010

110

111

101

100

00

X

1

 

 

1

X

 

1

01

1

1

 

1

X

1

1

1

11

1

1

 

1

X

X

X

X

10

1

1

1

 

1

1

X

1

Рис. 1.2.1. Карта Карно для МДНФ



МДНФ = ++++++ (1.2.1)

Ціна за Квайном такої МДНФ Скв = 29.





000

001

011

010

110

111

101

100

00

X

 

0

0

 

X

0

 

01

 

 

0

 

X

 

 

 

11

 

 

0

 

X

X

X

X

10

 

 

 

0

 

 

X

 

Рис. 1.2.2. Карта Карно для МКНФ



МКНФ=(X1+X2+X3+)(+X3++)(X2+X3++X5)(X2++

+X4+) (1.2.2)

Ціна за Квайном Скв=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 3АБОНІ. В результаті виконання факторного алгоритму вихідна МКНФ набуває вигляду:

 (1.3.1)

КС, реалізуюча задану БФ, має вигляд:





1









1









1









1









1









1









1









1









1









1









1









1









1









1









x1

y

x5

x4

x3

x2

Рис. 1.3.1. Синтезована КС


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

am

Kam

as

Kas

X

D

a1(-)

00000

a2

00001



1

D5

a2(y2y4)

00001

a4

00011

1

D4 D5

a3(y3y6)

00010

a4

00011

X5

D4 D5





a6

00101



D3 D5





a7

00110

X6

D3 D4

a4(y7)

00011

a5

00100



D3





a6

00101

X1

D3 D5

a5(y1 y9)

00100

a8

00111

1

D3 D4 D5

a6(y8)

00101

a8

00111

X2

D3 D4 D5





a9

01000



D2

a7(y3)

00110

a9

01000

1

D2

a8(y1y8)

00111

a10

01001

X4

D2D5





a12

01011



D2D4 D5





a13

01100

X3

D2D3

a9(y5y9)

01000

a12

01011

X4

D2D4 D5





a13

01100

X4X3

D2D3





a13

01100

X1

D2D3





a3

00010



D4

a10(y4)

01001

a11

01010

1

D2D4

a11(y4y5)

01010

a14

01101

1

D2D3D5

a12(y3y10)

01011

a14

01101

1

D2D3D5

a13 (y6)

01100

a3

00010

1

D4

a14(y1 y8)

01101

a16

01111

X4

D2D3 D4D5





a18

10001



D1D5





a19

10010

X3

D1D4

a15(y5y9)

01110

a18

10001

X4

D1D5





a19

10010

X4X3

D1D4





a19

10010

X1

D1D4





a15

01110



D2D3 D4

a16(y4)

01111

a17

10000

1

D1

a17(y4y5)

10000

a1

00000

1

-

a18(y3y10)

10001

a1

00000

1

-

a19(y6)

10010

a15

01110

1

D2D3 D4



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+a14X4+a15+a19

D3 =a3+a4+a5+a6X2+a8+a9X4+a9+

+a10+a13+a14X4+a14X3+a15X4X3+a15X1+a15+a19

D4=a2+a3(X5+X6)+a5+a6x2+a8+a9X4+a9+a10+

+ a13+a14(X4+X3)+a15(+X3)+a19

D5=a1+a2+a3(X5+X6)+a4X1+a5+a6X2+a8(X4+)+a9X4+a11+

+a12+a14X4+a14+a15X4

Принципова схема синтезованого автомата Мура представлена у додатку 2.


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

am

Kam

as

Kas

X

Y

T

a1

0000

a2

0001

1

y2y4

T4

a2

0001

a3

0010

1

y7

T3 T4

a3

0010

a4

0011



y1 y4

T4





a10

1001

X1

y8

T1 T3 T4

a4

0011

a5

0100

1

y1 y8

T2 T3 T4

a5

0100

a6

0101



y4

T4





a7

0110



y3 y10

T3





a13

1100

X3

y6

T1

a6

0101

a7

0110

1

y4 y5

T3 T4

a7

0110

a8

0111

1

y1 y8

T4

a8

0111

a9

1000

X4

y4

T1 T2 T3 T4





a1

0000



y3 y10

T2 T3 T4





a15

1110

X3

y6

T1 T4

a9

1000

a1

0000

1

y4 y5

T1

a10

1001

a5

0100

X2

y1 y8

T1 T2 T4





a11

1010



y5 y9

T3 T4

a11

1010

a7

0110

X4

y3 y10

T1 T2





a13

1100

X4X3

y6

T2 T3





a13

1100

X1

y6

T2 T3





a12

1011



y3 y6

T4

a12

1011

a3

0010

X5

y7

T1 T4





a10

1001



y8

T3





a14

1101

X6

y3

T2 T3

a13

1100

a12

1011

1

y3 y6

T2 T3

a14

1101

a11

1010

1

y5 y9

T2 T3 T4

a15

1110

a16

1111

1

y5 y9

T4

a16

1111

a1

0000

X4

y3 y10

T1 T2 T3 T4





a15

1110

X4X3

y6

T4





a15

1110

X1

y6

T4





a16

1111



Y5 y9

-



Y1= a3+ a4 + a7 + a10 X2

Y2= a1

Y3= a5+a8+a11X4+a11X1+a14X6 +a13+a16X4

Y4=a1+ a5 X4+ a6 + a8 X4+ a9

Y5= a6 + a9 + a10+a14+a15+a16

Y6=a5X4X3+a15X3+a11X4X3+a11X1+a11+a13+a16X4X+a15X1

Y7=a2+a12X5

Y8=a3X1+a4+a7+a10X2+a12

Y9=a3+a10+a14+a15+a16

Y10=a5+a8+a11X4+a16 X4


Функції порушення:

T1=a3X1+a5X3+a8X4+a8X3+a9+a10 X4+a12X5+a16 X4

T2=a4+a8X4+a8+a10X2+a11X4+a11X4X3+a11X1+a12X6+

+a13+a14+a16X4

T3=a2+a3X1+a4+a5+a6+a8X4+a8+a10+a11X4X3+a11X1+

+a12+a12X6+a13+a14+a16X4

T4=a1+a2+a3+a3X1+a4+a5X4+a6+a7+a8+a10+a11+a12X5+a14+a15+

+a16X4+a16X4X3++a16X1

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 



y2,y4

y3,y6

y1,y9

y8

y3

y1,y8

y5,y9

x1

x5

x6

x4

x1

x4

x2

x3

y5,y9

y6

y3,y10

кінець

x4

y6

x1

x4

x3

y3,y10

y4,y5

y4

y7

початок

y4

y4,y5

y1,y8





Нiколенко

Додаток 3. Схема електрична прнципова автомата Мура

КР.АН.011.06.ПЗ

Бородавкiн









КР.АН.011.06.ПЗ