Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Піднебесний Андрій 2-II-А Варіант 40.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
23.03.2017
Размер:
5.27 Mб
Скачать

Міністерство транспорту та зв’язку України

Українська державна академія залізничного транспорту

Кафедра “ Спеціалізовані комп’ютерні системи ”

“ Виділення кодів за ознакою ”

Пояснювальна записка і розрахунки до курсового проекту з дисципліни

«Електроніка та мікросхемотехніка»

Перевірив ст. викл.

_______Л.В.Бушевська

Розробив студент

Групи 2-II-АТЗ

_______А.І. Піднебесний

спеціальність 7.05020203

2014

УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Кафедра “ Спеціалізовані комп’ютерні системи ”

Завдання №40

до курсового проекту з дисципліни “Електроніка та мікросхемотехніка ”

(розділ “Теорія дискретних пристроїв ”) або дисципліни “ Прикладна теорія цифрових автоматів ”

студент: Піднебесний А.І. група: 2-II-АТЗ

дата отримання завдання: 15 жовтня 2013

термін виконання завдання: 26 травня 2014

Тема роботи “ Виділення кодів за ознакою ”

Початкові дані:

1. Комбінаційні схеми

1.1. КС1 – F={3,4,5,8,9,10,12,14,18,19,20,21,25} Х1Х2Х3Х4Х5;

КС2 – ;

КС3 – Схема визначає в 5-розрядному двійковому коді числа: ф) більші 11 і менші 31; б) кратні 3; в) більші 16; г) парні

1.2. Базиси: І-НІ;

комутатори : К4-1;

шифратори та дешифратори;

мікросхема 1533ЛА3.

2. Автомат із пам'яттю

2.1. АП1- Двійково-десятковий лічильник зворотної лічби;

АП2- Чотирьох розрядний регістр зсуву вліво.

2.2. Тригери :RS;

додаткові елементи: І-НІ;

шифратори та дешифратори.

3. Індикація: семисегментний індикатор:

0010 – НЕБО; 1000 – 1234; 1001 – ЗУБ;

Завдання отримав: Піднебесний А.І.

Завдання видала: Бушевська Л.В.

Зміст

Втуп 4

1 Синтез комбінаційних схем 6 1.1 Синтез комбінаційних схем в базисах 6

1.2 Синтез комбінаційних схем на мультиплексорах 11

1.3 Індикація буквених повідомлень 14

2. Синтез автоматів з пам'яттю 16

2.1 АП2- 4 розрядний регістр зсуву вліво 17

2.2 АП1- Двійково-десятковий лічильник зворотної лічби 19

2.3 КС3 - Схема визначення в 5-розрядному двійковому коді чисел 22

3. Структурна схема розроблювального пристрою 24

Висновок 25

Список використаних джерел 26

Додаток А 27

Вступ

Цифрова електроніка у наші дні набула широкого застосування. Зараз ми не можемо уявити наше життя без цифрової техніки, бо вона робить наше життя значно простішим і легшим. Вона використовується як в особистих цілях так і для роботи. Цифрові технології головним чином використовуються в обчислювальній цифровій електроніці, насамперед комп’ютерах, в різних областях електротехніки, таких як ігрові автомати, робототехніка, автоматизація, вимірювальні прилади, радіо-та телекомунікаційні пристрої та багатьох інших цифрових пристроях. За допомогою цифрових пристроїв здійснюється велика обробка інформації, яку людина обробляла досить довго. Можна сказати, що цифрова електроніка відіграє важливу роль у нашому житті і подальшому розвитку технологій. Що б ви зробили, якби захотіли поліпшити свої навички у відеогрі? Частіше практикуватися? Вивчати плани гри? Може бути, отримати декілька порад від професійних геймерів? «Focus Labs» пропонує з Focus - гарнітуру, яка поліпшить здатності геймера, стимулюючи певні області мозку електричним струмом низької потужності. Можливості гарнітури для стимулювання розуму досягаються завдяки транскраніальної стимуляції мозку постійним струмом (transcranial Direct Current Stimulation - скорочено TDCS). В минулому tDCS використовувалася для лікування хронічного болю, запобігання мігрені і навіть поліпшення математичних навичок людини. Однак у випадку Focus - гарнітурою, електричний струм нібито підвищує розумові здібності власника з метою надати їм перевагу в конкурентоспроможних відеоіграх. «Стимулювання префронтальної кори мозку - корисно для робочої пам'яті, пильності та уваги, які використовуються під час гри», - каже винахідник Michael Oxley. Сама гарнітура побудована на базі Bluetooth- чіпа від фірми «Texas Instruments» з низьким енергоспоживанням, підключеним до механізму з чотирьох електродів. Після розміщення на голові людини, електроди повинні бути відрегульовані на певних місцях чола для забезпечення проходження струму через префронтальную кору мозку. Губки, просочені сольовим розчином, встановлюються між електродами і шкірою користувача для запобігання появи опіків. Також можуть прикріплятися додаткові електроди для стимулювання інших областей мозку або створення їх альтернативних впливів. Користувачі можуть контролювати кількість і тривалість заряду вручну на самій гарнітурі або через IOS додаток, який з'єднується з гарнітурою через Bluetooth. За замовчуванням будуть застосовуватися електроди з силою струму 1 мА протягом п'яти хвилин, які підійдуть більшості людей. Силу струму можна змінювати від 0,8 до 2 мА протягом періоду часу від п'яти до сорока хвилин. Під час використання пристрою зашифрована прошивка контролює опір між електродами і негайно ж змінює величину напруги для досягнення певного значення. Додаток також спочатку інструктує гарнітуру про поступове підвищення заряду, забезпечуючи користувача відчуттям легкості. Як і більшість пристроїв tDCS, одного короткого сеансу має бути достатньо для отримання результатів, якими б вони не були. Дослідження показали, що застосування tDCS могло б допомогти в лікуванні депресії і деяких мозкових травм. Focus « має честь » бути одним з небагатьох зручних для споживача tDCS - пристроїв, безумовно звернених на використання ентузіастами, яким в іншому випадку доведеться покладатися на домашні гаджети з живленням від 9V - батареї. Однак, навіть якщо Focus - гарнітура, як стверджують, відповідає всім нормативним вимогам з безпеки, офіційний сайт заявляє, що він не приносить ніякої медичної користі, не є медичним пристроєм і не контролюється Управлінням з контролю якості харчових продуктів і лікарських препаратів. В даний час гарнітури доступні для замовлення – червона або чорна, за 249 доларів США кожна. Кожен пакет включає в себе: гарнітуру, чохол, micro – USB кабель і вісім багаторазових губок. Фірма також пропонує гарантію повернення грошей протягом 30 днів. Таким чином скептично налаштовані клієнти мають можливість повернути товар назад і отримати свої кошти, якщо вони не задоволені роботою пристрою.

1 Синтез комбінаційних схем

Комбінаційна схема – це схема, що складається з дискретних елементів.

Дискретні елементи – це сукупність радіоелектричних компонентів сприймаючих сигнали «0» або «1» і що проводять яке-небудь перетворення.

1.1 Синтез комбінаційних схем в базисі

Синтез комбінаційних схем в базисі можна розділити на 4 частини:

1 Функції алгебри логіки та їх основні властивості.

Поняття функції алгебри логіки (ФАЛ) є базовим у алгебрі логіки — математичному апараті, який використовується для опису умов функціонування, а також при перетворенні структур дискретних автоматів

Бульова алгебра базується на кількох аксіомах, з яких одержують основні закони для перетворень ФАЛ. Кожна аксіома може бути представлена у двох формах, що пов'язано із принципом дуальності (двоїстості) логічних операцій, згідно з яким операції кон'юнкції (логічного множення) та диз'юнкції (логічного додавання) дозволяють взаємну заміну, якщо одночасно замінити логічну 1 на 0, 0 на 1, знак "+" на "•", а "•" на "+".

Закони бульової алгебри пов'язані з аксіомами, а також мають дві форми виразів: для кон'юнкції та диз’юнкції. У практиці перетворювання логічних формул існує чіткий порядок виконання дій. У разі відсутності у виразі дужок першими повинні виконуватися операції інверсії (заперечення), потім — операції кон'юнкції (логічного множення) і останніми — операції диз'юнкції (логічного додавання).

2 Метод карт Карно.

При розв'язанні задач мінімізації ФАЛ, які залежать від невеликої кількості змінних (і<6), знаходять широке застосування графічні методи. Найбільш поширеним серед них є метод карт Карно. Карта Карно являє собою двокоординатну таблицю, в кожній клітинці якої поставлені у відповідність набори значень змінних логічної функції. Набори, подані сусідніми клітинками, відрізняються значенням тільки однієї змінної. Сусідніми вважаються дві клітинки, які знаходяться поряд, та розташовані у одному стовпці або рядку. Нижня клітинка у будь-якому стовпці є сусідньою по відношенню до верхньої клітинки того ж стовпця, а права клітинка будь-якого рядка є сусідньою відносно лівої клітинки того ж рядка. Між поданням ФАЛ у табличній, алгебраїчній формах є однозначна відповідність: карта Карно має N=2n клітинок ( n-кількість змінних даної ФАЛ), що дорівнює кількості рядків у таблиці істинності функції, або ж – кількості одиничних наборів змінних ДДНФ і нульових наборів змінних ДКНФ, узятих разом. Прийнято називати клітинки карти Карно, у яких подані одиничні значення функції, одиничними, а клітинки, відповідні нульовим і невизначеним значенням функції, - нульовими і невизначеними клітинками. На карті Карно нульові значення функції звичайно не відмічаються. Властивість сусідства у карті Карно зручно використовувати для групування окремих одиничних наборів у так звані "підкуби", або об'єднання з 2ⁿ одиничних наборів (n = 0,1,2,3,4,5,6). Підкуби утворюються з метою виключення однієї, двох або кількох змінних одиничного набору, бо при склеюванні кон'юнктивних термін, які входять в будь-який підкуб, здійснюється виключення однієї або кількох змінних. Утворення підкубів для отримання мінімального значення функції проводиться за такими правилами:

  1. утворити двоклітинкові підкуби з наборів, які мають тільки одного сусіда;

  2. із наборів, що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які не перетинаються (якщо це можливо);

3) із наборів, що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які перетинаються;

4) із наборів, які не мають жодного сусіда, утворити одноклітинкові підкуби;

5) закінчити утворення підкубів, якщо всі набори задіяні.

3 Дужкові форми ФАЛ.

Мінімальні КНФ та ДНФ не завжди виявляються найпростішими виразами ФАЛ, наприклад, F = х1х2 + х1х3. Якщо винести за дужки х1 отримаємо більш простий вираз F = х12 + х3). Таку форму подання ФАЛ називають дужковою. Дужкова форма має менше символів і включає в себе менше операцій диз'юнкції та кон'юнкції. Винесення загальних частин функції за дужки відповідає виділенню загальних частин в принциповій схемі дискретного пристрою. Частіше за все дужкові форми отримують групуванням додатків, що мають загальні частини та винесенням загальних співмножників за дужки. Інколи має сенс заздалегідь розширити окремі вирази, використовуючи закони поглинання. Роблячи висновки, дужкова форма ФАЛ набагато простіша початкової МДНФ.

4 Порядок синтезу комбінаційних схем.

У пристроях залізничної автоматики та телемеханіки, обчислювальної техніки, в тому числі в мікропроцесорах, існує багато комбінаційних схем. Під комбінаційними схемами розуміють логічні схеми, сигнал на виході яких у кожний момент часу визначається комбінацією вхідних сигналів у той же момент часу. Синтез комбінаційних схем полягає у визначенні таких способів поєднання деяких найпростіших схем, названих логічними елементами, при яких побудований пристрій реалізує поставлену задачу з перетворення вхідної двійкової інформації.

Синтез комбінаційних схем поділяють на 4 етапи:

  1. Утворення таблиці істинності для ФАЛ, яка описує роботу проектованої логічної схеми;

2. Утворення математичної формули для ФАЛ, що описує роботу схеми, яку синтезують, у вигляді ДЦНФ або ДКНФ;

3. Аналіз отриманої ФАЛ з метою побудови різних варіантів її математичного виразу, та зна­ходження найкращого з них у відповідності з тим чи іншим критерієм. На цьому етапі здійснюється мінімізація ФАЛ;

4. Утворення функціональної (логічної) схеми пристрою з елементів, які складають вибраний базис.

Функцію яку необхідно синтезувати в даній курсовій роботі задана числовим методом: F = {3,4,5,8,9,10,12,14,18,19,20,21,25} x1, x2, x3, x4, x5

Таблиця 1.1 Таблиця істинності функції

Запишемо досконалу диз’юнктивну нормальну форму вибравши ті рядки, де стоять набори змінних, які перетворюють функцію в 1:

Запишемо досконалу кон'юнктивну нормальну форму, вибравши набори аргументів, на яких значення функції дорівнює 0:

Мінімізуємо функцію алгебри логіки методом карт Карно:

Рисунок 1.1 Карта Карно

Знайдемо мінімальну ДНФ:

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Знайдемо мінімальну КНФ:

(7) (8) (9) (10)

(11) (12) (13) (14)

Приведемо мінімізовану функцію до потрібного базису:

Дану функцію потрібно реалізувати на схемі 1533 ЛА3, то приведемо цю мінімізовану функцію до потрібного вигляду:

Реалізуємо функцію, яка була приведена до потрібного вигляду на мікросхемі 1533 ЛА3