Проектирование дискретного устройства

Содержание1. Задание на курсовой проект2. Введение 3. Проектирование дискретногоустройства на элементах малой интеграции. 1. Проектирование блока триггера.2.Проектирование микроопераций 1. Микрооперация установки триггера в 0 . 2.2 Микрооперация записи данных. 3. Микрооперациясдвига кода влево на один разряд.3.2.4.

Логическаямикрооперация И . 5. Микрооперациясчета с параллельным переносом.6. Микрооперация вычитание. 7. Микрооперация сравнения gt . 8. Микрооперация преобразования в дополнительныйкод.9. Микрооперациясвертки по модулю 2 тип переноса последовательный сквозной 3.Построение объединенных функций возбуждения триггеров.4.Расчет быстродействия

ДУ. 4. Проектирование ДУ на БИС. 1. Проектирование схемы ДУ.2. Карта программирования ПЗУ. 1.Спроектировать дискретное устройство ДУ выполняющее следующиедействия сброс элементов памяти запись значения входного слова в ДУ сдвиг кода в ДУ влево логическая операция amp логическое И счетчик -1 спараллельным переносом арифметическая операция вычитание. операция сравнения gt преобразование

в дополнительный код свертка по модулю 2 тип переноса последовательный .Дискретное устройствопроектируется на JK -триггерах Серия МИС 500, серия ПЗУ 2.Введение.При синтезе проектируемоеустройство представляется в виде структуры, представленной на рисунке 2.1рисунок 1.Проектирование дискретногоустройства сводится к синтезу элементарного дискретного устройства, обрабатывающего один битинформации и включающего один элемент памяти триггер

. Входная комбинационная схема обеспечивает выполнениеопераций из множества Y, результатом которых являются соответствующие значения функций возбуждения f i для каждого из входов триггера установка элементов памяти внулевое состояние. запись входного слова вэлементы памяти сдвиг влево логическую операцию декремент операция вычитания преобразование в дополнительный код.Выходная комбинационнаясхема обеспечивает выполнение операции сравнения и формированиесвертки содержимого

ДУ. Синтез элементарного ДУ сводится к получению функций возбуждения для каждой операции отдельно и, далее, построениюобъединенных функций возбуждения триггера элементарного ДУ. Получениефункций возбуждения для каждой микрооперации сводится квыполнению следующих этапов построение таблицы для выполняемой операции определение значений функций возбуждения длякаждой таблицы выполняемой операции с учетом словаря переходов заданного триггера определение логической функции для каждоговхода

заданного триггера минимизация логической функции в требуемом логическом базисе. 3.Проектирование дискретного устройства на элементах малой интеграции. 3.1 Выбор триггера. Вкачестве триггера для ДУ выберем МС К500ТВ135, объединяющую в одном корпусе двадвухтактных JK-триггерас возможностью установки 0 и 1 К500ТВ1353.2Проектирование микроопераций.

1.Микрооперация установки триггера в 0 .При подаче тактового импульса насинхронизирующие входы триггеров и при разрешении операции обнуления Y 0 по заднему фронтуимпульса, информация, находящаясяна входах триггеров переписывается на их выходы, т.о. обнуление триггеров происходит в том случае,если к моменту подачи тактового импульса на J-входах триггеров установлены уровни логической единицы, а на K-входах уровни логического нуля. Qt Qt 1 J K 0 0 0 1 1 1 3.2.2.

Микрооперация записи данных.Когда операция записи данныхразрешена, т.е. Y 1, и при подаче на синхровходы триггеров тактового импульса С по его заднемуфронту, информация, находящаяся на входах триггеров, переписывается в ячейки памяти дискретного устройства и появляется на выходах Qi. Приизменении входных данных, т.е. при переключении сигналов

X i они сзадержкой распространения импульса по цепям микросхем, участвующих в микрооперации записи данных, появляются на входах триггеров. При подачеследующего тактового импульса С микрооперация записи данных повторяется. X Qt Qt 1 J K J K 0 0 0 0 X X 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 Qt 1 0 Qt 3. Микрооперация сдвига кода вправо на один разряд.

Когда Y 2, по заднему фронту тактового импульса информация со входовтриггера поступает на их выходы, а затем осуществляется сдвиг кода,хранящегося в данный момент вячейках памяти, в сторону старших разрядов т.е. вправо. При сдвиге каждыйзапоминающий элемент должен - передать хранимую информацию наэлемент Ti 1- изменить свое состояние за счетприема информации от триггера Т i-1 при сдвиге на один разрядвправо.Передача от триггера

Тi и изменение егосостояния не могут проходить одновременно.В данном курсовом проекте эта трудность исключается за счет использования синхронныхдвухступенчатых JK-триггеровс динамическим управлением записью. Внутренняяорганизация таких триггерных схем предусматривает разделение во времени этаповприема входной информации и смены выходной. В них по переднему фронту синхронизирующего сигнала происходитприем информации, а по заднему - изменение

состояния. Pi Qt Qt 1 J K J K 0 0 0 0 Qt Qt 0 1 0 1 1 0 1 1 Pi Pi 1 Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.3рисунок 4. Когда Y 3 и на синхровходы триггеров подаетсятактовый импульс, по его заднемуфронту информация на входахпереписывается на выходы Q с задержкой прохождения сигнала через триггер.

Затемвыполняется заданная логическая операция над содержимом ячейкипамяти и входными данными. X Qt Qt 1 J K J K 0 0 0 0 Qt Qt 0 Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.4рисунок 5. Микрооперация счета -1 с последовательным переносом.Учитывая тот факт, чтосинтезированный двухступенчатый триггер переключается по заднему фронту,получаем

следующие функции возбуждения триггеров. Zi-1 Qt-1 Qt J K Zi Qt -1 J Qt -1 Zi 0 0 0 0 0 Zi-1 0 Zi-1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 Qt -1 K Zi-1 0 1 Или то есть, если иначе Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.5 рисунок 3.5 3.2.6.Микрооперация арифметического вычитания.В данном дискретном устройстве разработана арифметическая операциясложения

Анализируя исходное состояние триггера, перенос, всоответствии со словарем переходов JK-триггеров составляем таблицу. X Zi Qt Qt 1 Zi 1 J K Х J 0 0 0 0 0 0 Zi 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 Qt 0 1 1 0 0 1 Х K 1 0 0 1 1 1 Zi 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 Qt 1 1 1 1 1 0 Х Zi 1 Zi 1 1 0 1 1 0 0 0 Qt Функции возбуждениятриггера для данной операции имеют следующий

вид Схема цепи, реализующей даннуюоперацию, изображена на рис. 3.6рисунок 3.6Данная операция реализуется по следующим формулам. C gt C X Qt C gt C C gt 0 0 0 0 0 0 C С gt С 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 C gt 1 1 Qt 1 0 0 1 0 0 0 1 x 1 1 0 1 0 1 0 0 X 0 1 1 0 1 0 C 0 1 1 1 0 1 C 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0

C gt Qt 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 X 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Функции переносов дляданной операции имеют следующий вид рисунок3.7.3.2.8. Микрооперация преобразования в дополнительный код. Преобразованиев дополнительный код произведем согласно таблице. t t 1 JK3 JK2 JK1 JK0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2

J1 K1 J0 K0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 Q0 J3 Q0 K3 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 Q1 Q1 J3 Q2 Q1 Q0K3 Q2 Q1 Q0Если ввести понятие переноса, томикрооперация преобразования в дополнительный код реализуется по следующим формулам . Pi Qt Qt 1 J K Pi 1 Qt J Qt Pi 1 0 0 1 1 0 Pi 1 Pi 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Qt K Pi 1 0 Функции возбуждения триггера дляданной операции имеют следующий вид Схемацепи, реализующей данную операцию, изображена на рис. 3.8. рисунок 3.83.2.9. Микрооперация свертки по модулю 2 послед Свертка по модулю 2 применяется для контролякода. Схема цепи, реализующей даннуюоперацию, изображена на рис. 3.9. рисунок 3.93.3.Построение объединенных функций возбуждения.

Построение объединенных функцийвозбуждения триггеров реализуется следующим образом - построение объединенной таблицы функционирования длякаждой микрооперации и каждого установочного входа триггера запись и минимизация функций возбуждения .Таблица 3.1 является объединеннойтаблицей функционирования ДУ. Вней строки соответствуют микрооперациям ,а столбцы установочным входамтриггеров и переносам. Для каждого установочного входа записывается функция возбуждения.

На основании оставленной таблицы синтезируем функциивозбуждения триггеров Q3 Q2 Q1 Q0 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0 Запись 0 0 1 0 1 0 1 0 1 Запись слова x3 x2 x1 x0 Сдвиг вправо P3 P2 P1 P0 Логическая операция 0 0 0 0 Вычитание -1 пар. Z 3 Z 3 Z 2 Z 2 Z 1 Z 1 Z 0 Z 0 дополнитель-ный код P3 P3 P2 P2 P1 P1 P0 P0 Преобразуем выражения к требуемому базису 3.4.Расчет быстродействия

ДУ.Быстродействие дискретного устройства следует оценивать по максимальнойчастоте тактовых импульсов, поступающих на синхронизирующий вход. Максимальная частота тактовых импульсов этомаксимально допустимая частота подаваемых в дискретное устройство импульсов, неприводящих к нарушению его работы. В общем случае для расчета максимальной тактовой частоты необходимоопределить минимальные длительности тактового импульса и паузы между тактовыми импульсами.

Тогдачастоту fmaxможно определить по формуле Длительность такта для синхронныхсхем дискретного устройства определяется исходя из быстродействия используемоготриггера. Длительность паузы между тактовыми импульсами определяется временем переходного процесса в дискретном устройстве и оценивается максимальной длиной функциональной цепи , где максимальная задержка сигнала на одномэлементе n число уровней функциональной цепи глубина

КСх Вычисляем максимальную тактовую частоту дискретногоустройства 4. Проектирование ДУ наБИС. 4.1.Проектирование схемы ДУ.4.2. Карта программирования ПЗУ.