Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего автомата

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА И СВЯЗИ Факультет компьютерных наук и электроники Кафедра электроники Учебный курс: Цифровая схемотехника Тип: Курсовая работа Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего автомата Выполнил: студент Михаил Солюлёв Руководитель: В. А. Кутев РИГА 2007

Задание для моделирования

Курсовая работа предусматривает разработку функциональной и принципиальной схем управляющего устройства (УУ) в виде цифрового автомата, реализующего микропрограммный принцип построения: «одно состояние — одна микрокоманда» .

Структурная схема управления:

· Т — асинхронный RS-триггер с инверсными входами

· G — управляемый генератор тактовых импульсов

· СТ — 4-х разрядный двоичный счётчик, формирующий последовательность внутренних состояний УУ

Для

определяемых заданными значениями начального состояния счётчика

и его модуля счёта К_СЧ.;

· DC — двоичный дешифратор осуществляет преобразование выходного кода счётчика (СТ) в m-разрядный унитарный позиционный код

для m = К_СЧ и управляющих сигналов

В исходном состоянии RS-триггер находится в состоянии «RESET» и управляемый генератор (G) выключен — тактовые импульсы не формируются. По сигналу «Пуск», поступающему от внешнего источника, RS-триггер (Т) переключается в состояние «SET», счётчик СТ устанавливается в состояние, а управляемый генератор (G) начинает вырабатывать последовательность тактовых импульсов. Каждый из формируемых тактовых импульсов вызывает изменения состояния счётчика от Q_НАЧ. до Q_КОН. И последовательно появление на выходах управляющих сигналов с уровнем логической единицы, длительность которых определяется периодом следования тактовых импульсов (Т₀). Появление единичного сигнала на выходе соответствует завершению реализации микропрограммы. При этом на выходе дифференцирующей цепи (ДЦ) формируется сигнал «Остановк.», который переключает RS-триггер (Т) в исходное состояние. Дифференцирующая цепь в данном случае необходима для того, что бы сигнал «Остановка» не препятствовал повторному действию сигнала «Пуск» .

Параметры элементов УУ:

Ш Тип счётчика (СТ) Синхронный с параллельным переносом

Ш Направление счёта СТ +1

Ш Начальное состояние СТ Анач. = 4

Ш Модуль счёта Ксч. = 9

Ш Тип триггеров для реализации СТ 7472

Ш Тип дешифратора DC состояний счётчика DC 4

Ш Выходной код DC унитарный

Ш Тип логики, задаваемый для реализации схемы ТТЛ

Ш Управляемый генератор (G) интегральный таймер

Ш На базе ИМС LM555CN-8 (1006BИ1)

Параметры управляющих сигналов:

Ш Длительность 0,1с

Ш Период повторения 0,2с

Ш Скважность 2

Ш Амплитуда управляющего сигнала уровень ТТЛ

Индикация:

Ш Выходных состояний СТ цифровая (шестнадцатеричный код)

Ш Управляющих сигналов светодиоды

Ш Источник запуска Word Generator

Ш Режим запуска Step by step

Синтез синхронного счётчика

По заданным исходным данным осуществим синтез синхронного счётчика (СТ), реализующего требуемую последовательность внутренних состояний УУ:

· Данный счётчик является суммирующим, производя счёт из состояния 4 девять отсчётов. Составим линейный граф выходных состояний:

·. То есть заданный счётчик можно реализовать 4 триггерами JK типа (тип 7472).

· Теперь составляем совмещённую таблицу функций переходов и входов при изменении соответствующего выходного состояния: (х — состояние входа не важно). Счётчик необходимо устанавливать в начальное (нулевое) положение при включении питания и отсутствии входного сигнала:

· Составляем СДНФ (базис «И-НЕ») функций входов триггеров, использованных при синтезе:

· С помощью карт Карно производим минимизацию функций входов для каждого триггера:

МДНФ счётчика:

; ;

; .

· Синтезируем счётчик. Структурную схему:

Принципиальную схему:

Временные диаграммы счётчика:

Синтез дешифратора

Мы должны получить неполный двоичный дешифратор

т.е. имеющий 4 входа и 9 выходов. Составляем таблицу истинности дешифратора:

Функции выходов:

Минимизируем функции выхода:

МДНФ дешифратора:

;; ;; ;; ;; .

Структурная схема дешифратора:

Строим принципиальную схему дешифратора:

Временные диаграммы выходов дешифратора:

Синтез тактового генератора.

Синтезируем генератор тактовых импульсов на базе интегрального таймера серии 555. Подбором С1 и R1, R2 подбираем период импульса 100мс и скважность 1,5. На выход таймера подключаем RS-триггер типа 7473, срабатывающий по срезу управляющего импульса:

Временные диаграммы:

Синтез цифрового автомата.

Соединяем полученные элементы: генератор, счётчик и дешифратор в цифровой автомат. Производим перед этим преобразование этих элементов в функциональные блоки:

Временные диаграммы на выходе дешифратора:

Цифровой автомат работает полностью в соответствии с заданной логикой.