курсач

Самарский Государственный Технический Университет

Факультет

Кафедра

КУРСОВАЯ РАБОТА

“Цифровые устройства и микропроцессоры”

Вариант 9

Выполнил студент

3 курса, 13 группы

факультета ФАИТ.

Ибриченко Н.Э.

Преподаватель:

Абрамов

Самара 2013.

1.Цель работы

Целью работы является закрепление теоретического материала по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессоры» и приобретение навыков самостоятельной работы по проектированию управляющих утройств (микропрограммных автоматов) на основе счемной логики.

2. Объём курсовой работы

Курсовая работа посвящена разработке функциональной схемы микропрограммного автомата, в основе которого лежит принцип схемной логики.

Курсовая работа (КР) оформляется в виде пояснительной записки объёмом 12-15 страниц и должна состоять из введения (2-3 страниц), содержательной части (10-12 страниц) и заключения (1-2 страницы).

В начале пояснительной записки (ПЗ) приводится её содержание и внешний вариант задания в виде блок – схемы алгоритма. Во введении приводится общая структура процессора, состоящая из двух блоков: операционного и управляющего, и поясняется их взаимодействие. Даётся описание управляющих и оповещающих сигналов, понятие микрооперации, микрокоманды и микропрограммы, а также двух принципов, используемых при построении микропрограммных автоматов. В содержательной части выполняется собственно проектирование микропрограммного автомата, которое заканчивается построением его функциональной схемы, состоящей из необходимых логических элементов и других цифровых устройств. В заключении ПЗ необходимо привести структурную схему процессора, программируемого на языке команд, т.е. структуру, в которой для каждой команды предусмотрено своё управляющее устройство. В конце ПЗ приводится библиографический список, используемый при написании ПЗ. Вся ПЗ надёжно брошюруется в формате А 4 (для удобства работ и сохранности).

3.Задание на курсовую работу

Задание 1:

Используя дешифратор и необходимые логические элементы построить функциональную схему синхронизируемого мультиплексора, имеющего восемь двухразрядных входных каналов.

Задание 2:

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили для микропрограммы (см. рис. 4.1).

Задание 1

Используя дешифратор и необходимые логические элементы построить функциональную схему синхронизируемого мультиплексора, имеющего восемь двухразрядных входных каналов. (рис.1.1)

Мультиплексор- это цифровое устройство предназначенное для, передачи информации с одного из N входов на один выход.

Задание 2

Построить функциональную схему управляющего автомата Мили для микропрограммы (см. рис. 4.1).

4.Методика проектирования микропрограммного автомата (автомата)

Процесс проектирования разобьём на этапы.

4.1.Построение графа функционирования.

Упрвляющее устройство является логическим устройством последовательного типа. Микрокоманда, выдаваемая в следующем тактовом периоде, зависит от того, какая микрокоманда выдаётся в текущем тактоврм периоде, или, иначе, от состояния, в котором находится устройство. Для определения состояния устройства произведём разметку схемы алгоритма , представленного в микрокомандах (см. рис.4.1) по следующему правилу: Символом a0 отметим начало и конец схемы. Далее последовательно отметим символами a1,a2 входы блоков, следующих за операторными блоками. Операторный блок – это блок, содержащий микрокоманды. Блок 1 является операторным блоком, и поэтому отмечаем символом a1 вход следующего за ним блока2. Затем выбираем следующий операторный блок 3 и отмечаем символом a2 вход следующего за ним блока 5. Затем выбираем следующий операторный блок 5 и отмечаем символом a3 вход следующего за ним блока 7. Затем выбираем следующий операторный блок 9 и отмечаем символом a4 вход следующего за ним блока 10. Затем выбираем следующий операторный блок 4 и отмечаем символом a5 вход следующего за ним блока 6. Полученные отметки a0, a1, a2, a3, a4, a5 соответствуют состояниям устройства, т.е. устройство должно иметь шесть соединений. Теперь можно приступить к построению графа функционирования устройства. Состояния устройства в графе преставляются узлами. Дугами, соединяющими узлы, показывают возможные переходы, эти переходы соответствуют переходам между соответствующими отметками. На дугах записываем условия, при которых происходит переход, и какая микрокоманда должна выдаваться устройством. Полученный таким образом граф переходов приведен на рис.4.2.

4.2.Кодирование состояний устройства

В процессе кодирования каждому состоянию устройства должна быть поставлена в соответствии некоторая кодовая комбинация. Число разрядов кода выбирается их следующих соображений: если число состояний М. то для обеспечения М кодовых комбинаций требуется К- разрядный код, где К – минимальное целое число, при котором выполняется неравенство М ≤2^k.

Для нашего случая М=6 и, следовательно. К=3. Соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинациями в табл.4.1

4.3.Структурная схема управляющего устройства

Структурная схема проектируемого устройства приведена на рис.4.3.

Дальнейшие шаги по проектированию управляющего устройства сводятся к синтезу его комбинационного узла.

4.4.Построение таблицы функционирования комбинационного узла

Таблица функционирования комбинационного устройства должна содержать графы, в которые заносятся данные текущего состояния, значения входных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла.

Функционирование комбинационного узла рассматриваемого нами управляющего устройства представлено в таблице 4.2

ПО значению текущего состояния и поступающим из операционного устройства значениям условий Х2, Х3 и Х4 в таблице определяются следующее состояние, сигналы J0, K0, J1, K1, J2, K2 необходимые для установки триггеров в следующее состояние, и управляющие сигналы y1…y15.

4.5. Запись логических выражений.

Для каждой строки таблицы записываем логическое выражение в следующей форме: в левой части выражения перечислим переменные, приведённые в графе выходных величин, в правой части – логическое выражение, предоставленное через текущее состояние ai и значения условий перехода. Для рассматриваемого комбинационного узла получаем следующие выражения:

1) J0; y3, y7 =a0;

2) J1, K0; y8, y10= a1∙ X2;

3) J2; y1,y4 = a1;

4) J0; y4, y5, y6 = a2;

5) J1, K2; y13, y14 =a4;

__

6) K0; y4, y5, y6= a3 ∙ X3;

__

7) K0, K1 = a3∙ X3∙ X4;

8) J2, K1, K0; y9, y12= a3∙ X3 ∙X4;

9) J1,K2; y11, y15= a5.

Затем определяем логическое выражение каждой выходной величины. Для этого записываем равенство, в левой части которого указываем выходную величину, в правой части – связанные через операцию дизъюнкцию правые части тех выражений I , в которых приведена данная выходная величина

1. J0=a0+a2;

2. K0=a1∙X2+a3;

3. J1=a1∙X2+a4+a5;

4. K1=a3∙X3;

5. J2=a1+a3∙X3∙X4;

6. K2=a4+a5;

7. y1=a1;

8. y3=y7= a0;

__

9. y4=a1+a3∙X3+a2;

__

10. y5=y6=a1+a3∙X3;

11. y8=a1∙X2;

12. y9=y12=a3∙X3∙X4;

13. y10=a1∙X2;

14. y11=y15=a5;

15. y13=y14=a4.

4.6. Построение функциональной схемы комбинационного узла

По полученным выражениям строим функциональную схему комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0, а1, а2, a3, a4, a5 определяемые комбинацией значений Q0, Q1 и Q2 могут быть получены с помощью дешифратора, как показано на рис.4.3. Схема комбинационного узла рассматриваемого управляющего устройства приведена на рис.4.4.

Мы рассмотрели реализацию управляющего устройства для выполнения некоторой операции. Очевидно, могут быть построены подобные устройства для управления выполнением других операций. И если в управляющем устройстве процессора предусмотреть такие устройства, то, включая то или иное устройство, можно обеспечить выполнение различных операций на одном и том же оборудовании операционного устройства. Вид операции, подлежащий исполнению в процессоре, будем представлять командой. С помощью дешифратора код команды можно преобразовать в сигналы, производящие включение устройств, которые управляют выполнением соответствующих операций. Приведем структурную схему процессора, программируемого на языке команд.(рис.4.5)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника СПб.: БХВ –Сант-Петербург.

2. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах и обработке сигналов: Учеб. пособ. для вузов. М.: Радио и связь, 1988. 368 с.

3. Баранов С. И.: Синтез микропрограммных автоматов. М.: Радио и связь, 1986. 272с.