Московский Авиационныйинститут(техническийуниверситет)
КАФЕДРА 403Расчетно-пояснительнаязаписка
к курсовой работе по дисциплине
Вычислительные системы и микропроцессорная техника
выполнил: студент гр. 04-417
ЛевинО.А.
проверил: Герасимов А.Л.
МОСКВА 1997
Содержание
1. Анализ задания - 2
2. Комбинационный вариант- 2
3. Алгоритм работы устройства- 4
4. Микропрограмма - 5
5. Управляющий автомат сжесткой логикой - 5
6. Управляющий автомат с МПУ- 8
7. Выбор элементной базы - 10
8. Составление программы - 12
Задание
ВАРИАНТ №17
Задаетсявходной код D{1:32}. Спроектировать вычислитель, который определяет номерразряда самой первой и самой последней единиц, стоящих между нулями.Предусмотреть реакцию проектируемого устройства в случае отсутствия такихсигналов.Анализ и уточнение задания
·
Очевидно, что втридцатидвухразрядном коде единица, стоящая между двумя нулями ни при какихобстоятельствах не может находится ни в первом ни в тридцать втором разрядекода.
·
·
·
D{1:32} B{1:6}
F C{1:6}
СТРОБ
УСЧИТ
Рисунок SEQРисунок * ARABIC 1
Обобщенная функциональная схема устройстваКомбинационный вариант устройства
Функциональная схемакомбинационного устройства, осуществляющего параллельную обработку входногокода представлена на рисунке 2. Входной код D{1:32} разбивается на пересекающиеся элементы по три разряда: D’{1:3}, D’{2:4},...D’{30:32}. Крайниеразряды D’ проходятчерез инверторы DD1, DD3, DD4,DD6, DD7, DD9,...DD88, DD90. Проинвертированные крайние разряды вместе сцентральным разрядом элемента поступают на логическую схему И, на выходе которойв случае если D{i-1, i,i+1}=010 сформируется высокий логический уровень напряжения, приводящийв действие соответствующий элемент индикации на внешней панели устройства. Привизуальном контроле внешней панели устройства по расположению работающихэлементов индикации можно определить номер разряда первой и последней единиц,стоящих между нулями.
Дляреализации данной схемы потребуется 20микросхем 1533ЛН1 (6 логических элементов НЕ), 10 — КР1533 (3 элемента 3И), 4 — КР531ЛЕ7 (2 элемента 5 ИЛИ-НЕ), 1 — 1533ЛИ6 (2 элемента 4И), 1 — 1533ЛИ1 (4элемента 2И).
Основнымнедостатком данной схемы является невозможность дальнейшей обработки выходнойинформации.
НАЧАЛО
НЕТ
РЕГ В {1:32}=D{1:32}
РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}
СЧЕТ Ц1=2
ДА
{1}=0 & РЕГ А{2}=1 & РЕГ А{3}=0
НЕТ
РЕГ А{1:32}=РЕГ А{2:32}.0
СЧЕТ Ц1=СЧЕТ Ц1 +1
НЕТ
ДА
РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}
ДА
РЕГ А{32}=0 & РЕГ А{31}=1 &РЕГ А{30}=0
НЕТ
РЕГ А{1:32}=РЕГ А{1:31}.0
СЧЕТ Ц=СЧЕТ Ц -1
НЕТ
B {1:6}=СЧЕТ Ц1; С{1:6}=СЧЕТ Ц2
КОНЕЦ
Рисунок 3
Блок-схема алгоритма работы устройства
Микропрограмма
Переменные:
Входные:
·
·
Выходные:
·
Внутренние:
·
·
Признаки:
·
·
·
· {1:6} = 32
· 2 {1:6} = 1
Программа
М1 ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
(СТРОБ) РЕГ В{1:32}=D {1:32}
(УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}
(УН1) СЧЕТ Ц1 {1:6} =2
М2 ЕСЛИ Р2 ТО М3
(УСДВ1) РЕГ А{1:32}=РЕГА{2:32}.0 }
(УСЧ1) СЧЕТ Ц1 {1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6}+1 } УЭ1
ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
М3(УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}
(УН2) СЧЕТ Ц2 {1:6} =31
М4 ЕСЛИ Р3ТО М5
(УСДВ2) РЕГ А{1:32}=0.РЕГ А{1:31} }
(УСЧ2) СЧЕТ Ц2 {1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6}-1 } УЭ2
ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
М5 (УСЧИТ1) В{1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6} }
(УСЧИТ2) С{1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6} } УЭ3
КОНЕЦ (ИДТИ К М1)
Как видно из текстамикропрограммы, некоторые сигналы можно объединить и заменить эквивалентнымисигналами. Функциональная схема операционной части устройства приведена нарисунке 4.Разработка управляющего автомата сжесткой логикой
Управляющий автомат с жесткойлогикой будет реализовываться в виде классического конечного автомата Мили илиМура. На основании блок-схемы алгоритма работы устройства определим количествосостояний для каждого типа автомата. Обозначим состояния автомата Мура буквой S, а состояния автомата Мили- S’. Как видно изрисунка 5, у автомата Мура будет шесть состояний, в то время как у автоматаМили — лишь четыре.
НАЧАЛО S0
S’0
0 Р1
УН 1, УЗАП 1 S1
0 S’1 1
Р2
УЭ 1 S2 УЗАП 1, УН 2 S3
0
Р4 S’2
УЗАП 1 УН 2 S3
0 S’3 1
Р3
УЭ 2 S5 УЗАП 1 УЭ 3 S4
0
Р5 S’4
S6 УЗАП 1 УЭ 3
КОНЕЦ S’0
Рисунок 5.
Состояния конечных автоматов Мили и Мура.
Таким образом, определим, чтоуправляющее устройство необходимо синтезировать в виде конечного автомата Мили
Р1/—
P1/УН 1, УЗАП 1 Р2/УЭ 1 Р4/УН 2, УЗАП 1 Р3/УЭ 2
S0 S1 S2 S3 S4
Р4/— Р5/—
Р2/УН 2, УЗАП 1
Р3/УЭ 3
Р5/УЭ 3
Граф состояний автомата Мили.
S0
S1
S2
S3
S4
Q1
1
1
Q2
1
1
Q3
1
1
1
1
Таблица SEQТаблица * ARABIC 1
Кодированная таблица состояний.
ВХОД
S0
S1
S2
S3
S4
P1
S1/УН 1, УЗАП1
НЕ Р1
S0/-
Р2
S3/ УН 2, УЗАП1
НЕ Р2
S2/УЭ 1
Р3
S0/УЭ 3
НЕ Р3
S4/УЭ 2
Р4
S3/УН 2, УЗАП 1
НЕ Р4
S1/-
P5
S0/УЭ 3
НЕ P5
S3/-
Таблица SEQТаблица * ARABIC 2
Таблица переходов ивыходов
ВХОД
0 0 0
0 0 1
0 1 1
1 1 1
1 0 1
P1
0 0 1/УН 1, УЗАП 1
НЕ Р1
0 0 0/-
Р2
1 1 1/ УН 2,
УЗАП 1
НЕ Р2
0 1 1/УЭ 1
Р3
0 0 0/УЭ 3
НЕ Р3
1 0 1/УЭ 2
Р4
1 1 1/УН 2,
УЗАП 1
НЕ Р4
0 0 1/-
P5
0 0 0/УЭ 3
НЕ P5
1 1 1/-
Таблица SEQТаблица * ARABIC 3
Кодированная таблица переходов и выходов
Еслив конечном автомате будет применяться D-триггер, то будут справедливы равенства:
Q1 (t+1) = ÍÅQ1*ÍÅ Q2*Q3*P2 + ÍÅ Q1*Q2*Q3*P4 +Q1*Q2*Q3*ÍÅ P3+ Q1*ÍÅ Q2*Q3*ÍÅ P5 [20 входов]
Q2 (t+1) =ÍÅ Q1*ÍÅ Q2*Q3*P1 + ÍÅQ1*Q2*Q3*ÍÅ P4 + Q1*ÍÅ Q2*Q3*ÍÅ P5 [15 входов]
Q3 (t+1) =ÍÅ Q1*ÍÅ Q2*ÍÅ Q3*P1 + ÍÅQ1*ÍÅ Q2*Q3 + ÍÅ Q1*Q2*Q3 + Q1*Q2*Q3*ÍÅP3 + Q1*ÍÅ Q2*Q3*ÍÅ P5 = =ÍÅ Q1*ÍÅ Q2*ÍÅ Q3*P1 +ÍÅ Q1*Q3 + Q1*Q2*Q3*ÍÅ P3 + Q1*ÍÅQ2*Q3*ÍÅ P5 [18 входов]
Для реализации автомата на D-триггерах потребуется 43входа. Если будет использоваться J-K триггер, то уравнения для него можно получить из уравненийдля D-триггера:
Q (t+1)=J*Q+K*Q
Q(T+1)=J*HEQ + HE K*Q
J1=ÍÅQ2*Q3*P2+Q2*Q3*P4=Q3*(ÍÅ Q2*P2+Q2*P4) [6 входов]
K1=(Q2*Q3*ÍÅP3+ÍÅ Q2*Q3*ÍÅ P5)=(Q2*Q3*ÍÅP3)*(ÍÅ Q2*Q3*ÍÅ P5)=(ÍÅ Q2+
ÍÅQ3+P3)*(Q2+ÍÅ Q3+P5) [8 входов]
J2=(ÍÅQ1*Q3+Q1*Q3*ÍÅ P5)=Q3*(ÍÅ Q1+Q1*ÍÅ P5)[6 входов]
K2=(ÍÅQ1*Q3*P4) = Q1+ÍÅQ3+ÍÅ P4 [3 входа]
J3=ÍÅQ1*ÍÅ Q2*P1 [3 входа]
K3=(ÍÅQ1*ÍÅ Q2+ÍÅ Q1*Q2+Q1*Q2*ÍÅP3+Q1*ÍÅ Q2*ÍÅ P5) = (ÍÅQ1+Q1*(Q2+ÍÅ Q2*ÍÅ
P5))=Q1*(ÍÅ Q1+(Q2+ÍÅ Q2*ÍÅ P5)) =Q1*ÍÅ Q2*(Q2+P5) = Q1*ÍÅ Q2*P5 [3 входа]
Для реализации автомата на J-K-триггерах потребуется 29входов, поэтому автомат будет реализовываться на них. Управляющие сигналы наоснове таблицы переходов и выходов будут формироваться следующим образом
УН 1=ÍÅ Q1*ÍÅQ2*ÍÅ Q3*P1
УЭ 1=ÍÅ Q1*ÍÅQ2*Q3*ÍÅ P2
УН 2=ÍÅQ1*Q2*Q3*P4+ÍÅ Q1*ÍÅ Q2*Q3*P2
УЭ 2=Q1*Q2*Q3*ÍÅ P3
УЭ 3=Q1*ÍÅ Q2*Q3*P5+Q1*Q2*Q3*P3
УЗАП1=УН 1+УН 2Управляющий автомат смикропрограммным
управлением
Принудительная адресация
Каноническая формамикропрограммы разрабатываемого устройства с учетом эквивалентности сигналовпредставлена в таблице 4:
№
МЕТКА
УПР. СИГНАЛ
ПЕРЕХОД
1
М1
ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2
УН 1, УЗАП1
3
М2
ЕСЛИ Р2 ТО М3
4
УЭ 1
5
ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6
М3
УН 2, УЗАП1
7
М4
ЕСЛИ Р3 ТО М5
8
УЭ 2
9
ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10
М5
УЭ 3
ИДТИ К М1
Таблица SEQТаблица * ARABIC 4
Каноническая форма микропрограммы.
Адрес
УН 1
УЭ 1
УН 2
УЭ 2
УЭ 3
УЗАП1
Не Р1
Р2
Р3
Не Р4
Не Р5
Адрес перехода
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Таблица SEQТаблица * ARABIC 5
Кодовые выражения микропрограммы.
Минимальная требуемая емкостьПЗУ — (или 2К*4 Бит)
Естественная адресация
№
МЕТКА
УПР. СИГНАЛ
ПЕРЕХОД
1
М1
ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2
УН 1, УЗАП1
3
М2
ЕСЛИ Р2 ТО М3
4
УЭ 1
5
ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6
М3
УН 2, УЗАП1
7
М4
ЕСЛИ Р3 ТО М5
8
УЭ 2
9
ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10
М5
УЭ 3