Разработка 8ми разрядного микропроцессора…

Рис. 7. Структурная схема управляющего устройства.

3.6 Построение таблицы функционирования комбинационного узла

Таблица функционирования содержит графы, в которые заносятся данные текущего состояния, значения выходных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла. Функционирование комбинационного узла разрабатываемого управляющего устройства представлено в табл. 6.

Заполнение таблицы производится следующим образом.

Берется начальное состояние a0 и записывается кодовая комбинация из табл. 5.

Заполняется колонка следующего состояния, которое по графу задает состояние a1 и записывается кодовая комбинация из табл. 5.

Колонка «условие перехода» согласно графу не содержит значений и поэтому записывается «-».

Колонка «сигналы установки триггеров регистра» заполняется в зависимости от того, из какого состояния в какое переходит комбинационный узел и соответственно какие значения необходимо сформировать на выходах триггеров.

Если в триггер был записан 0, а нужно записать 1, то 1 подается на нужный вход S, если в триггер была записана 1, а нужно записать 0, то 1 подается на вход R.

Колонка управляющих сигналов заполняется согласно графу.

Далее можно заполнять другую строку таблицы, выбрав очередную стрелку на графе. В табл. 6 отражены все стрелки, изображенные на графе.

Таблица 6. Функционирование комбинационного узла.

Текущее состояние Следующее состояние Условие перехо-да Выходные сигналы Обоз;

наче-ние Кодовая комбина-ция Обозначение Кодовая комбина-ция Сигналы установки триггеров регистра Управляющие сигналы микроопераций Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1 a0

a1

a1

a1

a2

a2

a2

a3

a4

a4 0

1 0

0 0

0 a1

a0

a2

a2

a3

a3

a4

a4

a2

a2 0

0 0

1 1

0 ;

x2

;

S1

R1

S2, R1

S2, R1

S1

S1

S3, R2

S3, R2, R1

R3, S2

R3, S2 y1, y2, y3

;

y4

y5

y6

y7

y8, y9

y8, y9

y4

y5 3.7 Запись логических выражений для выходных величин комбинационного узла

Для каждой строки таблицы функционирование комбинационного узла запишем логическое выражение в следующей форме: в левой части выражения перечислим переменные, приведенные в графе выходных величин, а в правой части — логическое выражение, представленное через текущее состояние ai и значения условий перехода. Все логические выражения приведены в табл. 7.

Таблица 7. Функционирование комбинационного узла.

Состояние Условие Сигналы триггеров Управляющие сигналы Логические выражения a0

a1

a1

a1

a2

a2

a2

a3

a4

a4 ;

x2

;

S1

R1

S2, R1

S2, R1

S1

S1

S3, R2

S3, R2, R1

R3, S2

R3, S2 y1, y2, y3

;

y4

y5

y6

y7

y8, y9

y8, y9

y4

y5 S1, y1, y2, y3 = a0

R1 = a1. x2

S2, R1, y4 = a1.

S2, R1, y5 = a1.

S1, y6 = a2.

S1, y7 = a2.

S3,R2, y8, y9 = a2 .

S3, R2, R1, y8, y9 = a3

R3, S2, y4 = a4 .

R3, S2, y5 = a4 .

Определим логическое выражение для каждой выходной величины. Для этого записываем равенство, в левой части которого указываем выходную величину, в правой части — связанные через операцию дизъюнкции (логическое сложение) правые части тех из ранее составленных выражений, в которых представлена данная выходная величина. Полученные выражения приводим к минимальной форме и записываем в табл. 8.

Таблица 8.

Выходные величины Логические выражения для комбинационного узла Логические выражения для каждой выходной величины 1 2 3 S1 S1, y1, y2, y3 = a0

S1, y6 = a2.

S1, y7 = a2. S1= a0+a2.+ a2. = a0+a2.(+) R1 R1 = a1. x2

S2, R1, y4 = a1.

S2, R1, y5 = a1.

S3, R2, R1, y8, y9 = a3 R1 = a1. x2+ a1. + a1. +a3 = a1+ a3 S2 S2, R1, y4 = a1.

S2, R1, y5 = a1.

R3, S2, y4 = a4 .

R 3, S2, y5 = a4. S 2 = a1. +

a1. + a4. + a4. = a1.

+ a4. = .(a1+ a4)

R2 S3, R2, y8, y9 = a2 .

S3, R2, R1, y8, y9 = a3 R2 = a3+ a2. S3 S3, R2, y8, y9 = a2 .

S3, R2, R1, y8, y9 = a3 S3= a2. +a3 R3 R3, S2, y4 = a4 .

R3, S2, y5 = a4. R3= a4. + a4. = a4. y1

y2

y3 S1, y1, y2, y3 = a0

y1 = a0; y2 = a0; y3 = a0

y4 S2, R1, y4 = a1.

R3, S2, y4 = a4. y4 = a1. + a4. =.(a1+ a4) y5 S2, R1, y5 = a1.

R 3, S2, y5 = a4. y5 = a1. + a4 .

=.(a1+ a4) y6 S1, y6 = a2. y6 = a2. y7 S1, y7 = a2. y7 = a2.

y8

y9 S3, R2, y8, y9 = a2 .

S3, R2, R1, y8, y9 = a3 y8 = a3+ a2.; y9 = a3+ a2 .

3.8 Построение схемы комбинационного узла и процессора

По полученным данным в пункте 3.7 строится логическая схема комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0, а1, а2, a3, определяемые комбинацией значений Q2 и Q1, могут быть получены с помощью дешифратора. Остальная часть схемы строится в соответствии с полученными для выходных величин логическими выражениями. Схема комбинационного узла приведена на рис. 8.

Рис. 8. Логическая схема комбинационного узла.

Рис. 9. Логическая схема управляющего устройства.

Рис. 10. Логическая схема процессора.

4 Программирование операции умножение на базе МК51

Для выполнения операции умножения воспользуемся регистрами R1, R2 и R3. Все действия в МК51 осуществляются через аккумулятор A, поэтому предусмотрим его обнуление в программе. Флаг переноса C будем использовать для анализа пар битов множителя и для передачи результата из аккумулятора, который и будет служить нам для временного хранения промежуточного результата, в регистр R2. В регистр R2 будет записан результат умножения. Так как регистр R2 восьми разрядный, то операцию сдвига нужно выполнить восемь раз для получения правильного результата. Регистр R3 будем использовать в качестве счетчика.

0000 C3 CLR C; обнуление флага перенос

0001 E4 CLR A; обнуление аккумулятора

0002 7905 MOV R1,#05; загрузка множимого в R1

0004 7A05 MOV R2,#05; загрузка множителя в R2

0006 7B04 MOV R3,#08; загрузка счетчика R3

0008 CA XCH A, R2; обмен содержимым A и R2

0009 13 RRC A; сдвиг A вправо

000A CA XCH A, R2; обмен содержимым A и R2

000B 5001 JNC 000E; переход, если С=0

000D 29 ADD A, R1; сложение A и R1

000E 13 RRC A; сдвиг A вправо

000 °F CA XCH A, R2; обмен содержимым A и R2

0010 13 RRC A; сдвиг A вправо

0011 CA XCH A, R2; обмен содержимым A и R2

0012 DBF7 DJNZ R3,000B; переход, если R3? 0

Ниже приведена программа в шестнадцатеричных кодах, записанных в память.

—— PGM ROM —;

0000 C3 E4 79 05 7A 05 7B 04 — CA 13 CA 50 01 29 13 CA

0010 13 CA DB F7

Вся программа занимает в памяти 20 байт и в ней используется 7 команд: CLR, MOV, XCH, RRC, JNC, ADD, DJNZ. Команды используют различное количество байт в памяти, и на их выполнение затрачивается различное количество машинных циклов (см. табл. 10).

Таблица 10.

Команда Байт Циклов /тактов Количество выполненных команд Всего тактов CLR

MOV

XCH

RRC

JNC

ADD

DJNZ 1

2 1/12

1/12

1/12

1/12

2/24

1/12

2/24 2

8 24

192 Итого: 888

Калабеков Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Учебник для техникумов. Москва, «Горячая линия — ТЕЛЕКОМ», 2002

Каган Б.М., Каневский М. М. Цифровые вычислительные машины и системы. Под редакцией Б. М. Кагана. Изд. 2-е, перераб. Учебное пособие для вузов. М.: «Энергия», 1974