Содержание
1 Цель курсового проектирования
2 Задачи курсового проектирования
3 Расчетная часть курсового проектирования
1 Цель курсового проектирования
Целью курсового проекта является решение комплексной задачи, охватывающей основные разделы дисциплины «Цифровая электроника» и заключающейся в выполнении схемотехнического проектирования устройства, выполняющего заданные функции преобразования цифровой информации.
Объектом курсового проектирования являются синхронные пересчетные схемы.
2 Задачи курсового проектирования
В процессе работы над курсовым проектом должны быть рассмотрены и решены следующие задачи:
1) синтез структуры проектируемого устройства;
2) анализ сложности проектируемого устройства и выбор типа триггера, использование которого для реализации устройства позволяет минимизировать его сложность;
3) синтез триггерного устройства выбранного типа.
3 Расчетная часть курсового проектирования
Задача проектирования: спроектировать устройство, выполняющее функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра и синхронной реверсивной пересчетной схемы.
Таблица 1: Условные обозначения типов переходов переменной />
Значения в момент времени t
Значения в момент времени t+1
Тип переходов
/>
Условные обозначения перехода/>
0/>0
1
/>1
/>
1
1/>
/>
1
1
1/>1
1
Таблица 2: Описание реверсивного сдвигающего регистра
№ состояния
t
t+1
/>
y
/>
/>
/>
/>
1
2
1
1
/>
3
1
/>
4
1
1
1
1
5
1
6
1
1
1
/>
7
1
1
/>
8
1
1
1
1
1
9
1
10
1
1
11
1
1
/>
12
1
1
1
/>
13
1
1
1
/>
14
1
1
1
1
/>
15
1
1
1
1
1
16
1
1
1
1--PAGE_BREAK--
1
1
Карта Карно: /> — карта
y/>
/>/>
00
01
11
10
00
/>
01
/>
/>
/>
11
1
1
1
/>
10
/>
/>
1
/>
Таблица 3: Словарное описание триггеров D и JK – типов
Q
D — триггер
JK — триггер
D
J K
0 X
1
1
X 0
/>
1
1 X
/>
X 1
Карты Карно
/>— карта
/>
/>— карта
/>
/> — карта
/>
После склеивания получаются следующие выражения:
/> = />/>+ />/>
/> = />/>+ />/>
/> = />/>+ />/>
Если доказать, что />+ />= 1, а, следовательно, />= />, то при построении схемы управления достаточно разработать только схему для Jвхода, а на Kвход подать инвертированный Jсигнал с выхода этой схемы, что позволяет получить выигрыш в аппаратной реализации.
/> + />= />/>+ />/>+ />/>+ />/>= />(/>+ />) + />(/>+ />) = 1 продолжение
--PAGE_BREAK--
Преобразование в базис И-НЕ:
/> = />/>+ />/>= />
/> = />/>+ />/>= />(*)
Далее проводится оценка сложности комбинационной схемы управления (КСУ):
если в схеме используется прямой вход
если в схеме используется инверсный вход
S/>/>= (2 + 1) + (1 + 1) + (1 + 1) + (2 + 1) + (1 + 1) + (1 + 1) = 14
S/>= (2 + 1) + (1 + 1) + (1 + 1) = 7
Так как S/>/>> S/>, следовательно, целесообразно использование триггера D-типа.
Для построения схемы сдвигающего регистра, требуется определить выражения, отражающие логику формирования входных сигналов каждого разряда, учитывая кольцевую структуру регистра. Чтобы получить искомые выражения необходимо вместо индексов у переменных в формуле (*) подставить значения, соответствующие номерам разрядов от 1 до 8, при этом, если результат вычислений значения индекса окажется меньше или равен 0, то к результату следует прибавить число, указывающее количество разрядов в проектируемом кольцевом сдвигающем регистре; если результат окажется больше 8, то из него следует вычесть это число. Используя указанное правило, получим следующие выражения, описывающие логику формирования сигналов на входе JK-триггера каждого из 8-ми разрядов регистра:
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/> = />
/>
Проектирование триггерного устройства. Исходными данными для проектирования являются функция внешних переходов триггера и условия переключения его выходного сигнала по отношению к синхросигналу С.
Таблица 4: Таблица внешних переходов D триггера
D
/>
/>
/> продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
-
5, 6, 7
(3)
(3)
(3)
4
1
8
1
-
-
(4)
1
Так как число внутренних состояний уменьшилось до S= 4, то для кодирования этих состояний достаточно k= log(4) = 2 внутренних переменных. Обозначим их как />и />. Каждому внутреннему состоянию триггера поставим в соответствие набор значений переменных />, />.
В соответствии с выбранным вариантом кодирования состояний триггера, минимизированная таблица D– триггера будет представлять собой совокупность 2-х таблиц, каждая из которых определяет одну из функций />или />.
Таблица 8
Код внутр. состояния />/>
CD
Q выхода
00
00
00
01
00
01
-
11
01
-
11
11
11
11
10
1
10
00
-
-
10
1
Кодированная таблица переходов (таблица 8) представляет собой совокупность двух таблиц, каждая из которых определяет одну из функций />и />. Данные этой таблицы позволяют описать поведение переменных />и />в виде карт Карно:
для />
/>
/>для />
После проведения склеивания в картах Карно, необходимо определить выражения для />и />:
/> = />+ />+ />
/> = />+ />+ />
/> = />+ />/>
Полученные уравнения позволяют построить схему проектируемого триггера. Перед построением схемы необходимо преобразовать уравнения в требуемый базис, предварительно вынеся за скобки />и />. В базисе И-НЕ эти выражения будут иметь следующий вид:
/> = />
/> = />
Схема проектируемого D триггера, построенного по полученным выражениям с использованием логических элементов 2И-НЕ имеет следующий вид:
/>