материалы по курсу - Вычислительные системы и микропроцессорная техника (Уточнение задания)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)



КАФЕДРА 403






Расчетно-пояснительная записка


по дисциплине «микропроцессорная техника»





Вариант №60.






Разработал ст.гр. 04-408:

________________ Сехин Е.A.

«___» ________________ 2005г.

Проверил:

_______________

«___»_______________ 2005г.











МОСКВА

2005г.



Содержание.

1.Уточнение задания.

2.Пример построения цифрового устройства.

2.1.Регистровая реализация устройства.

2.2. Схема алгоритма и операционное описание.

2.3. Разработка функциональной схемы устройства.

2.3.1. Управляющий автомат с жесткой логикой

2.3.2. Управляющий автомат с программируемой логикой.

2.3.3.Построение принципиальной схемы.

3.Список литературы.












































1.Уточнение задания.

  • источник входного кода гарантирует правильность выставленной информации во время действия стробирующего импульса СТРОБ;

  • устройство подтверждает выда­чу кода числа единичных символов генерацией импульса считывания УСЧИТ;

  • синхрониза­ция внешняя с частотой ГТИ - 5 МГц.

  • смена кодов А и В осуществляется по положительному фронту импульсов ГТИ

  • длительность импульсов СТРОБ и УСЧИТ равна периоду тактовой последовательности и положительные фронты этих импульсов появляются вслед за положительным фронтом им­пульсов ГТИ.

  • выходной код С{1:k} - двоичный позиционный код, численный эквивалент которого равен номеру младшей/старшей "единицы" кода А{32:1}. Легко заметить, что максимальный номер младшей/старшей "единицы", равный 32, потребует формирования шестиразрядного выходного кода B{1:6}, так как (32)10 = (100000)2 (32Д = 100000B).

  • 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. Эти вопросы могут быть реше­ны при дальнейшей работе над заданием.








2.Пример построения цифрового устройства.

2.1.Регистровая реализация устройства.

В основу построения регистрового варианта устройства положим идею преобразования параллельного кода в последовательный с после­дующим счетом числа единичных символов. Такое преобразование долж­но начинаться с момента прихода входного кода и сигнала СТРОБ и за­канчиваться моментом окончания счета единичных символов с генераци­ей импульса считывания. Таким образом, задача преобразования распа­дается на две подзадачи: преобразование параллельного кода в после­довательный и получение выходного кода с формированием УСЧИТ.

Первая подзадача решается двумя путями: первый состоит в ис­пользовании мультиплексора, второй - сдвигового регистра. Первый вариант требует фиксации входного кода на все время преобразования. Второй вариант является более универсальным. Для его реализации достаточно выставить входной код А{1:32} на время сигнала СТРОБ.

Вторую подзадачу - формирование выходного кода - можно решить путем создания детерминированной последовательности управляю­щих сигналов сдвига всех разрядов кода через выходной разряд ре­гистра, что потребует установки до­полнительного счетчика циклов для получения номера обрабатываемого разряда.

Итак, задание на проектирование может быть выражено в виде функциональной схемы и эпюр напряжения, изображенных на рис. 2.1.


2.2. Схема алгоритма и операционное описание.

Соответствующее ей операционное описа­ние синтезируемого устройства.

В теле процедуры микропрограм­мы у переменных РГД и СЧЕ опущено поле разрядности. В этом случае его значение берется из раздела описа­ния переменных микропрограммы. Под воздействием сигнала УСЧИТ не выпол­няется никакой операции. Этот факт отображается записью символа ";" вслед за символом ":", что равно­сильно введению пустой микроопера­ции.


Текст микропрограммы:

Микропрограмма Номер_старшей/младшей_единицы;

Переменные

входные: А{32:1},B{5:0},СТРОБ;

внутренние: РГД{32:1},РГВ{5:0},РГМ{5:0},РГС{5:0},СЧ{5:0},ТР;

выходные: C{5:0}, УСЧИТ;

Признаки:

P1=СТРОБ;

P2=↓(СЧ{0:0}& СЧ{5:0});

P3= РГД{1};

P4=(СЧ=РГВ);

P5=РГМ{5:0};

P6=ТР;

Процедура

М1 если ùP1, то М1;

УЗП: РГД=А, РГВ=В, РГМ=0, РГС=0, РГВЫХ=0, ТР=0, СЧ=1;

М2 если P2, то М7;

если ùP3, то М6;

если ùP4, то М4;

если ùP5, то М3;

УЗРГМ: РГМ=СЧ;

М3 УЗТР: ТР=1;

идти к М5;

М4 если ùP5, то М5;

УЗРГМ: РГМ=СЧ;

М5 УЗРГС: РГС=СЧ;

М6 если P5, то М7;

УСДВ: РГД=РГД{32:2}.0,

СЧ=СЧ+1;

идти к М2;

М7 если P6, то М8;

УЗМ: C=РГМ;

идти к М9;

М8 УЗС: C=РГС;

М9 УСЧИТ: ;

конец.




















2.3. Разработка функциональной схемы устройства.

Функциональная схема операционного автомата (ОА), составленная в соответствии с микропрограммой 2, изображена в приложении 1.

Задачи, решаемые управляющим автоматом - генерация управляющих сигналов

УЗП

УЗРГМ

УЗРГС

УЗТР

УСДВ

УЗМ

УЗС

УСЧИТ

УА может быть построен как c жесткой логикой, так и с программируемой логикой. Рассмотрим оба способа реализации.

2.3.1. Управляющий автомат с жесткой логикой

УА с жесткой логикой реализуется либо в виде классического конечного автомата, либо в виде распределителя импульсов. Конеч­ный автомат может быть построен и как автомат Мура, и как автомат Мили. Построение графов пе­реходов и выходов УА осу­ществляется на основании от­меченных граф-схем алгорит­мов. На рис. 2.3 и 2.4 пост­роены граф-схемы алгоритмов для автоматов Мура и Мили, соответствующие микропрограмме пункта 2.2 и учитывающие тот факт, что сигналы УСЧ и УСДВ являются совместными. Метки ai, отоб­ражаются в состояния автома­тов, условия P1, Р2, Р3 определяют значения входных сигналов, а управляющие сиг­налы - значения выходных сигналов автоматов.


























































Будем строить УА как автомат Мили, поскольку он имеет толь­ко два состояния и реализуется на одном триггере. В качестве последнего возьмем D-триггер.

Осуществляем построение таблицы переходов и выходов на основании выбранного графа переходов (автомата Мили) – таблица 2.1.

таблица2.1.

a(t)

a0

a1

Q(t)



P1 P2 P3 P4 P5 P6

1

0

0

-

-

-

-

-

1



1


-


-


-


-


-

0

УЗП


-

-

0

-

-

-


0

УСДВ


-


-


1


0


0


-


0

УЗРГС, УСДВ

-

-

1

0

1

-


0

УЗРГС, УЗРГМ, УСДВ

-

-

1

1

0

-


0

УЗТР,УЗРГС, УСДВ

-

-

1

1

1

-


0

УЗРГМ, УЗТР, УЗРГС, УСДВ

-

1

-

-

-

0


1

УЗМ, УСЧИТ

-

1

-

-

-

1


1

УЗС,УСЧИТ


На основании таблицы переходов и выхо­дов УА (табл. 3) после доопределения запрещенных комбинаций полу­чим функцию возбуждения триггера и выражения для управляющих сиг­налов:

D=ùP1Q +P2ùP6ùQ+ P2ùP6ùQ=ùP1Q +P2ùQ=ùP1Q + УСЧИТ (*)

УЗП=P1Q

УСДВ= ùP3ùQ+P3ùP4ùP5ùQ+ P3ùP4P5ùQ + P3P4ùP5ùQ + P3P4P5ùQ =ùQ

УСЧИТ= P2ùP6ùQ+ P2P6ùQ = P2ùQ

УЗРГС= P3ùP4ùP5ùQ+ P3ùP4P5ùQ + P3P4ùP5ùQ + P3P4P5ùQ =P3ùQ

УЗТР= P3P4ùP5ùQ+ P3P4P5ùQ = P3P4ùQ=УЗРГС*P4

УЗРГМ= P3ùP4P5ùQ+ P3P4P5ùQ = P3P5ùQ=УЗРГС*P5

УЗМ= P2ùP6ùQ=УСЧИТ*ùP6

УЗС= P2P6ùQ=УСЧИТ*P6













На основе полученных выражений получаем функциональную схему УА(рис.2.5)





рис.2.5


2.3.2. Управляющий автомат с программируемой логикой.

Составим каноническую форму микропрограммы синтезируемого операционного устройства с учетом совместимости сигналов в виде табл. 2.2.

Таблица 2.2.

Номер

Метка

Управляющие сигналы

Переход

0

М1


если ùP1, то М1

1


УЗП


2

М2


если P2, то М7;

3



если ùP3, то М6;

4



если ùP4, то М4;

5



если ùP5, то М3;

6


УЗРГМ,УЗТР,УЗРГС,УСДВ


7



идти к М2;

8

М3

УЗТР,УЗРГС,УСДВ


9



идти к М2;

10

М4


если ùP5, то М5;

11


УЗРГМ,УЗРГС,УСДВ


12



идти к М2;

13

М5

УЗРГС,УСДВ


14



идти к М2;

15

М6

УСДВ


16



идти к М2;

17

М7


если P6, то М8;

18


УЗМ, УСЧИТ


19



Идти к М9

20

М8

УЗС,УСЧИТ


21

М9


Конец





































Для принудительной адресации

Таблица 2.3.

Номер

Метка

Управляющие сигналы

Переход

0

М1


если ùP1, то М1

1


УЗП


2

М2


если P2, то М7;

3



если ùP3, то М6;

4



если ùP4, то М4;

5



если ùP5, то М3;

6


УЗРГМ,УЗТР,УЗРГС,УСДВ

идти к М2;

7

М3

УЗТР,УЗРГС,УСДВ

идти к М2;

8

М4


если ùP5, то М5;

9


УЗРГМ,УЗРГС,УСДВ

идти к М2;

10

М5

УЗРГС,УСДВ

идти к М2;

11

М6

УСДВ

идти к М2;

12

М7


если P6, то М8;

13


УЗМ, УСЧИТ

Конец

14

М8

УЗС,УСЧИТ

Конец


Формат команды с принудительной адресацией имеет вид:

УЗП

УЗРГМ

УЗРГС

УЗТР

УСДВ

УЗМ

УЗС

УСЧИТ

ùP1

P2

ùP3

ùP4


ùP5

P6

A3

A2

A1

A0


Кодовые выраже­ния микропрограммы для УА с принудительной адресацией (табл. 2.4):

Таблица 2.4.

Адрес

Разряды микрокоманд

0000

00000000 100000 0000

0001

10000000 000000 0010

0010

00000000 010000 1100

0011

00000000 001000 1011

0100

00000000 000100 1000

0101

00000000 000010 0111

0110

01111000 000000 0010

0111

00111000 000000 0010

1000

00000000 000010 1010

1001

01101000 000000 0010

1010

00101000 000000 0010

1011

00001000 000000 0010

1100

00000000 000001 1110

1101

00000101 000000 0000

1110

00000011 000000 0000














Для естественной адресации имеется два формата микрокоманд.

0

УЗП

УЗРГМ

УЗРГС

УЗТР

УСДВ

УЗМ

УЗС

УСЧИТ

-

-

-

1

ùP1

P2

ùP3

ùP4

ùP5

P6

A4

A3

A2

A1

A0

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

Кодовые выраже­ния микропрограммы для УА с естественной адресацией ( табл. 2.4):

Таблица 2.5.

Адрес

Разряды микрокоманд

00000

1 100000 00000

00001

0 100000 00000

00010

1 010000 10001

00011

1 001000 01111

00100

1 000100 01010

00101

1 000010 01000

00110

0 011110 00000

00111

1 000000 00010

01000

0 001110 00000

01001

1 000000 00010

01010

1 000010 01101

01011

0 011010 00000

01100

1 000000 00010

01101

0 001010 00000

01110

1 000000 00010

01111

0 000010 00000

10000

1 000000 00010

10001

1 000001 10100

10010

0 000001 01000

10011

1 000000 00000

10100

0 000000 11000

10101

1 000000 00000



Из сравнения табл. 2.4 и 2.5 следует, что для хранения микропро­граммы с естественной адресацией требуется 264 бит, а для УА с при­нудительной адресацией - 270 бит. Таким образом, реа­лизация УА с естественной адресацией в нашем случае более желательна.























На рис. 2.6 изображе­на функциональная схема УА с принудительной адресацией. Управляющие сигналы формиру­ются регистром микрокоманды (РМК), в который микрокоман­да переписывается из ПЗУ микрокоманд по адресу, нахо­дящемуся в счетчике адреса (СЧА). Регистр РМК тактиру­ется последовательностью 1, а счетчик адреса СЧА - после­довательностью 2 : 1 & 2 = 0.
























рис.2.6
Начальный адрес микропрограммы, равный
00000, устанавливается сигна­лом СБРОС, и УА ждет прихода сигнала СТРОБ для продолжения работы.

При построении принципиальной схемы выберем УА с жесткой логи­кой. поскольку он имеет более простую организацию, чем УА с про­граммируемой логикой.


























2.3.3.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. Принципиальные схемы устройства, построенные по функциональным схемам рис. 2.7 и 2.10, изображены на рис. 2.12 и 2.13. Регистр данных РГД строится на четырех микросхемах 8-разряд­ных сдвигающих регистров К155ИР13. Управляющие сигналы SE0, SE1 обеспечивают запись кода А в регистр (SE0=1, SE1=1) и сдвиг вле­во (SE0=0, SE1=1), хранения (SE0=0, SE1=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=ùУЗП ùУСДВ

Здесь с учетом логических выражений и выбранной элементной базы

ùУЗП=P1/ù Q

ùУСДВ=Q


Сигнал возбуждения Д-триггера на микросхеме DD14 типа К155ТМ2, используемого для построения УА, на основании (*) запи­шется следующим образом:

D=ùP1Q + УСЧИТ=(ùP1/Q)/ ùУСЧИТ


Выражения для остальных сигналов:

УСЧИТ= P2ùQ= ùP2Q

УЗРГС= P3ùQ= ùP3Q

УЗТР= УЗРГС P4= ùУЗРГСùP4

УЗРГМ= УЗРГС*P5= ùУЗРГСùP5

УЗМ= УСЧИТ*ùP6= ùУСЧИТP6

УЗС= УСЧИТ* P6= ùУСЧИТùP6


Счетчик собирается на микросхеме К555ИЕ79, включающей два 4-разрядных асинхронных счетчика с последовательным переносом и возможностью параллельного ввода слова. Для его работы сигнал УСДВ необходимо стробировать тактовыми импульса­ми ГИ:

УСЧ= УСДВ*


Для регистра РГB должна обеспечиваться только запись кода в регистр.

Тогда SE0`=SE1`=УЗП.


Для регистра РГC должна обеспечиваться только запись кода в регистр.

Тогда SE0``=SE1``=УЗРГС.


Для регистра РГМ должна обеспечиваться только запись кода в регистр.

Тогда SE0```=SE1```=УЗРГМ.








Список используемых микросхем:

DD1-DD7 K155ИР13

DD8-DD9 K155ТМ2

DD10 KМ559СК1

DD11-DD12 K155ЛА3

DD13-DD16 K155ЛЕ5

DD17 К155ИЕ7

DD18-DD19 K155КП11

DD20 K155ЛЕ3
























































3.Список литературы.

1. Б.С. Мельников, А.В. Щеглов “Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Вычисли­тельные системы и микропроцессорная техника".

М.: Изд-во МАИ, 1991.








Случайные файлы

Файл
105695.rtf
47088.rtf
8711-1.rtf
26993-1.rtf
10809-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.