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:

Ø  Тип счётчика (СТ) Синхронный с параллельным переносом

Ø  Направление счёта СТ +1

Ø  Начальное состояние СТ Анач. = 4

Ø  Модуль счёта Ксч. = 9

Ø  Тип триггеров для реализации СТ 7472

Ø  Тип дешифратора DC состояний счётчика DC 4

Ø  Выходной код DC унитарный

Ø  Тип логики, задаваемый для реализации схемы ТТЛ

Ø  Управляемый генератор (G) интегральный таймер

Ø  На базе ИМС LM555CN-8 (1006BИ1)

Параметры управляющих сигналов:

Ø  Длительность 0,1с

Ø  Период повторения 0,2с

Ø  Скважность 2

Ø  Амплитуда управляющего сигнала уровень ТТЛ

Индикация:

Ø  Выходных состояний СТ цифровая (шестнадцатеричный код)

Ø  Управляющих сигналов светодиоды

Ø  Источник запуска Word Generator

Ø  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:

состояния	Выходные состояния				Функции перехода				Функции входов
	Q3	Q2	Q1	Q0	FQ3	FQ2	FQ1	FQ0	J3K3	J2K2	J1K1	J0K0
0	0	0	0	0	0		0	0	0 x	1х	0 x	0 x
4	0	1	0	0	0	1	0		0 x	x 0	0 x	1 x
5	0	1	0	1	0	1			0 x	x 0	1 x	x 1
6	0	1	1	0	0	1	1		0 x	x 0	x 0	1 x
7	0	1	1	1					1 x	x 1	x 1	x 1
8	1	0	0	0	1	0	0		x 0	0 x	0 x	1 x
9	1	0	0	1	1	0			x 0	0 x	1 x	x 1
10	1	0	1	0	1	0	1		x 0	0 x	x 0	1 x
11	1	0	1	1	1				x 0	1 x	x 1	x 1
12	1	1	0	0		1	0	0	x 1	x 0	0 x	0 x

·  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:

№ Комбина-ции	Входы				Выходы
	Х3	Х2	Х1	Х0	Y8	Y7	Y6	Y5	Y4	Y3	Y2	Y1	Y0
4	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
5	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
6	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
7	0	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0
8	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
10	1	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
11	1	0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0
12	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0

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.