Микропрограммный автомат на ПЗУ

1.4 Микропрограммный автомат на ПЗУ

На основе микропрограммных автоматов можно строить устройства, которые работают по довольно сложным алгоритмам, выполняют различные функции, определяемые входными сигналами, выдают сложные последовательности выходных сигналов. При этом алгоритм работы микропрограммного автомата может быть легко изменен заменой прошивки ПЗУ.

В отличие от устройств на "жесткой" логике, принцип работы которых однозначно определяется используемыми элементами и способом их соединения, микропрограммные автоматы с помощью одной и той же схемы могут выполнять самые разные функции. То есть они гораздо более гибкие, чем схемы на "жесткой" логике. К тому же проектировать микропрограммные автоматы с точки зрения схемотехники довольно просто. Недостатком любого микропрограммного автомата по сравнению со схемами на "жесткой" логике является меньшее предельное быстродействие и необходимость составления карты прошивки ПЗУ с микропрограммами, часто довольно сложными.

Наиболее распространенная структура микропрограммного автомата (Рисунок 1.4.1) включает в себя всего лишь три элемента: ПЗУ, регистр, срабатывающий по фронту, и тактовый генератор.

Рисунок 1.4.1 - Структура микропрограммного автомата

ПЗУ имеет () адресных разрядов и N разрядов данных. Регистр применяется с количеством разрядов (). Разряды данных ПЗУ записываются в регистр по положительному фронту тактового сигнала с генератора. Часть этих разрядов (М) используется для образования адреса ПЗУ, другая часть () служит для формирования выходных сигналов. Входные сигналы (L) поступают на входы регистра и используются совместно с частью выходных разрядов ПЗУ для получения адреса ПЗУ.

Схема работает следующим образом. В каждом такте ПЗУ выдает код данных, тем самым определяя не только состояние выходных сигналов схемы, но и адрес ПЗУ, который установится в следующем такте (после следующего положительного фронта тактового сигнала). На этот следующий адрес влияют также и входные сигналы. То есть в отличие от формирователя последовательности сигналов, рассмотренного в предыдущем разделе, в данном случае адреса могут перебираться не только последовательно (с помощью счетчика), но и в произвольном порядке, который определяется прошивкой ПЗУ, называемой микропрограммой.

Для обеспечения правильной работы необходимо обеспечить, чтобы за один период тактового сигнала должны успеть сработать регистр и ПЗУ. Иначе говоря, сумма задержки регистра и задержки выборки адреса ПЗУ не должна превышать периода тактового сигнала.

1.5 Код Манчестер-II

Код Манчестер-II широко используется при передаче сигналов на большие расстояния, в частности, в локальных сетях.

Суть манчестерского кодирования иллюстрируется рисунком 1.5.1. Входной сигнал представляет собой последовательность бит равной длительности. В каждом такте передается один бит информации. Манчестерский код заменяет единичный информационный бит на отрицательный переход в центре битового интервала, а нулевой информационный бит — на положительный переход в центре битового интервала. Таким образом, в центре каждого битового интервала сигнала в манчестерском коде обязательно имеется фронт (положительный или отрицательный), который может быть использован приемником этого сигнала для синхронизации приема каждого информационного бита. Поэтому манчестерский код называется самосинхронизирующимся кодом.

Рисунок 1.5.1 - Манчестерское кодирование

1.6 Протокол передачи данных

Набор правил, по которому выполняется передача информации между двумя устройствами, называется протоколом передачи данных. Грамотно разработанный протокол передачи данных может существенно упростить устройство. Для правильного декодирования манчестерского кода протокол должен содержать следующую информацию о передаваемых данных: частота (или период) манчестерского кода; количество передаваемых данных (битов) за один цикл передачи; направление передачи данных (от младших разрядов входного параллельного кода к старшим или наоборот); бит синхронизации (необходим для активации работы декодера, поскольку последний находится в состоянии ожидания к моменту получения байта информации).

Разработанный протокол передачи данных представлен в таблице 1.6.1.

Таблица 1.6.1 – Протокол передачи данных