S’3 1

0 S’3 1

Р3

УЭ 2 S5 УЗАП 1 УЭ 3 S4

0

Р5 S’4

S6 УЗАП 1 УЭ 3

КОНЕЦ S’0

Рисунок 5.

Состояния конечных автоматов Мили и Мура.

Таким образом, определим, что управляющее устройство необходимо синтезировать в виде конечного автомата Мили

Р1/—

P1/УН 1, УЗАП 1 Р2/УЭ 1 Р4/УН 2, УЗАП 1 Р3/УЭ 2

S0 S1 S2 S3 S4

Р4/— Р5/—

Р2/УН 2, УЗАП 1

Р3/УЭ 3

Р5/УЭ 3

Граф состояний автомата Мили.

	S0	S1	S2	S3	S4
Q1	0	0	0	1	1
Q2	0	0	1	1	0
Q3	0	1	1	1	1

Таблица 1

Кодированная таблица состояний.

ВХОД	S0	S1	S2	S3	S4
P1	S1/УН 1,УЗАП1
НЕ Р1	S0/-
Р2		S3/ УН 2, УЗАП1
НЕ Р2		S2/УЭ 1
Р3				S0/УЭ 3
НЕ Р3				S4/УЭ 2
Р4			S3/УН 2, УЗАП 1
НЕ Р4			S1/-
P5					S0/УЭ 3
НЕ P5					S3/-

Таблица 2

Таблица переходов и выходов

ВХОД	0 0 0	0 0 1	0 1 1	1 1 1	1 0 1
P1	0 0 1/УН 1, УЗАП 1
НЕ Р1	0 0 0/-
Р2		1 1 1/ УН 2, УЗАП 1
НЕ Р2		0 1 1/УЭ 1
Р3				0 0 0/УЭ 3
НЕ Р3				1 0 1/УЭ 2
Р4			1 1 1/УН 2, УЗАП 1
НЕ Р4			0 0 1/-
P5					0 0 0/УЭ 3
НЕ P5					1 1 1/-

Таблица 3

Кодированная таблица переходов и выходов

Если в конечном автомате будет применяться D-триггер, то будут справедливы равенства:

Q1 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P2 + НЕ Q1*Q2*Q3*P4 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3+ Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 [20 входов]

Q2 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P1 + НЕ Q1*Q2*Q3*НЕ P4 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 [15 входов]

Q3 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1 + НЕ Q1*НЕ Q2*Q3 + НЕ Q1*Q2*Q3 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 = =НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1 + НЕ Q1*Q3 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 [18 входов]

Для реализации автомата на D-триггерах потребуется 43 входа. Если будет использоваться J-K триггер, то уравнения для него можно получить из уравнений для D-триггера:

Q (t+1)=J*Q+K*Q

Q(T+1)=J*HE Q + HE K*Q

J1=НЕ Q2*Q3*P2+Q2*Q3*P4=Q3*(НЕ Q2*P2+Q2*P4) [6 входов]

K1=(Q2*Q3*НЕ P3+НЕ Q2*Q3*НЕ P5)=(Q2*Q3*НЕ P3)*(НЕ Q2*Q3*НЕ P5)=(НЕ Q2+

НЕ Q3+P3)*(Q2+НЕ Q3+P5) [8 входов]

J2=(НЕ Q1*Q3+Q1*Q3*НЕ P5)=Q3*(НЕ Q1+Q1*НЕ P5) [6 входов]

K2=(НЕ Q1*Q3*P4) = Q1+НЕ Q3+НЕ P4 [3 входа]

J3=НЕ Q1*НЕ Q2*P1 [3 входа]

K3=(НЕ Q1*НЕ Q2+НЕ Q1*Q2+Q1*Q2*НЕ P3+Q1*НЕ Q2*НЕ P5) = (НЕ Q1+Q1*(Q2+НЕ Q2*НЕ

P5)) =Q1*(НЕ Q1+(Q2+НЕ Q2*НЕ P5)) = Q1*НЕ Q2*(Q2+P5) = Q1*НЕ Q2*P5 [3 входа]

Для реализации автомата на J-K-триггерах потребуется 29 входов, поэтому автомат будет реализовываться на них. Управляющие сигналы на основе таблицы переходов и выходов будут формироваться следующим образом

УН 1=НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1

УЭ 1=НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P2

УН 2=НЕ Q1*Q2*Q3*P4+НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P2

УЭ 2=Q1*Q2*Q3*НЕ P3

УЭ 3=Q1*НЕ Q2*Q3*P5+Q1*Q2*Q3*P3

УЗАП1=УН 1+УН 2

Управляющий автомат с микропрограммным

управлением

Принудительная адресация

Каноническая форма микропрограммы разрабатываемого устройства с учетом эквивалентности сигналов представлена в таблице 4:

№	МЕТКА	УПР. СИГНАЛ	ПЕРЕХОД
1	М1		ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2		УН 1, УЗАП1
3	М2		ЕСЛИ Р2 ТО М3
4		УЭ 1
5			ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6	М3	УН 2, УЗАП1
7	М4		ЕСЛИ Р3 ТО М5
8		УЭ 2
9			ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10	М5	УЭ 3	ИДТИ К М1

Таблица 4

Каноническая форма микропрограммы.

Адрес				УН 1	УЭ 1	УН 2	УЭ 2	УЭ 3	УЗАП1	Не Р1	Р2	Р3	Не Р4	Не Р5	Адрес перехода
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	1
0	0	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0
0	1	0	1	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	0
0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	1
0	1	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1	0
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0
1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Таблица 5

Кодовые выражения микропрограммы.

Минимальная требуемая емкость ПЗУ - (или 2К*4 Бит)

Естественная адресация

№	МЕТКА	УПР. СИГНАЛ	ПЕРЕХОД
1	М1		ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2		УН 1, УЗАП1
3	М2		ЕСЛИ Р2 ТО М3
4		УЭ 1
5			ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6	М3	УН 2, УЗАП1
7	М4		ЕСЛИ Р3 ТО М5
8		УЭ 2
9			ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10	М5	УЭ 3
11			ИДТИ К М1

Таблица 6

Каноническая форма микропрограммы.

Адрес				П	УН 1	УЭ 1	УН 2	УЭ 2	УЭ 3	УЗАП 1
				П	НЕ P1	P2	P3	НЕ P4	НЕ P5	Адрес перехода
0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	1	–	–	–
0	0	1	0	1	0	1	0	0	0	0	1	0	1
0	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	–	–	–
0	1	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	1	0
0	1	0	1	0	0	0	1	0	0	1	–	–	–
0	1	1	0	1	0	0	1	0	0	1	0	0	1
0	1	1	1	0	0	0	0	1	0	0	–	–	–
1	0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0
1	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	-	–	–
1	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Таблица 7

Кодовые выражения микропрограммы

Необходимый объем ПЗУ может быть уменьшен путем шифрации маски признаков.

				П	УН 1	УЭ 1	УН 2	УЭ 2	УЭ 3	УЗАП 1
Адрес				П	Маска признаков			Адрес перехода
0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	1	–
0	0	1	0	1	0	1	0	0	0	0	1
0	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	–
0	1	0	0	1	0	1	1	1	0	0	0
0	1	0	1	0	0	0	1	0	0	1	–
0	1	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0
0	1	1	1	0	0	0	0	1	0	0	–
1	0	0	0	1	1	0	1	0	1	0	1
1	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	-
1	0	1	0	1	1	1	0	0	0	0	0

Таблица 8

Минимизированные кодовые выражения микропрограммы

Минимальная требуемая емкость ПЗУ - (или 256*4 Бит), что меньше, чем требуется для принудительной адресации, поэтому будем применять естественную адресацию. Функциональная схема управляющего автомата с микропрограммным управлением показана на рисунке 7.

Выбор элементной базы

Устройство будем реализовывать на интегральных микросхемах серий 1533, так как микросхемы этой серий обладают наиболее оптимальными параметрами среди современных микросхем.¹

	Время задержки, нс	Потребляемая мощность, мВт
531	3,2	20
533	10	2
1531	3	4
1533	4	2

Таблица 9

Основные электрические параметры микросхем серии 1533

Выходное напряжение низкого уровня - не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня - не менее 2 В

Выходной ток - не менее -30 мА и не более -112 мА

Входной ток - не более 0,1 мА

Входной ток высокого уровня - не более 20 мкА

Входной ток низкого уровня - не более 0,2 мкА

Работа переключения - 4 пДж

Коэффициент разветвления по выходу - 40

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания - не менее 4,7 В и не более 5,5 В

Входное напряжение высокого уровня - не менее 2 В и не более 5,5 В

Входное напряжение низкого уровня - не менее 0 В и не более 0,8 В

Основными элементами устройства являются счетчики и регистры. Счетчик будет реализован на двух микросхемах 1533ИЕ7 - четырехразрядном синхронном реверсивном счетчике. Он имеет три основных режима: параллельная асинхронная загрузка кода по входам Di при поступлении отрицательного ипульса на вход С, режим суммирования и режим вычитания. В двух последних режимах счетные импульсы подают на различные входы: суммирования и вычитания.

Входной код будет записываться в восемь четырехразрядных универсальных регистра сдвига на микросхемах КР531ИР11. Регистр функционирует в одном из четырех режимов, которые задаются двухразрядным кодом на входе S. Параллельный ввод информации со входа D происходит синхронно, по положительному фронту тактового импульса.

R

S1

S0

C

DR

DL

D0

D1

D2

D3

Q0

Q1

Q2

Q3

Уст. L

L

X

X

X

X

X

X

X

X

X

L

L

L

L

Пок-ой

H

X

X

L

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Зап-ись

H

H

H

X

X

a

b

c

d

a

b

c

d

Сдв.

H

L

H

L

L

X

X

X

X

L

QAn

QBn

QCn

впр-аво

H

L

H

H

H

X

X

X

X

H

QAn

QBn

QCn

Сдв.

H

H

L

X

X

X

X

X

X

QB

QC

QD

L

вле-во

H

H

L

X

X

X

X

X

X

QB

QC

QD

H

Пок-ой

H

L

L

X

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Таблица 10

Таблица истинности регистра КР531ИР11

Характеристики ППЗУ КР556РТ4

Емкость - 256х4 Бит

Время задержки - 70 нс

Потребляемая мощность - 690 мВт

Тип выхода - ТТЛ-ОК

Исходное состояние - 0

Составление программы

Программа на ассемблере

НАЧАЛО

СЧЕТЧИК=02Н

АККУМУЛЯТОР=

=1-ый справа байт кода

Маскирование последних

3 бит АККУМУЛЯТОРА

АККУМУЛЯТОР= 010В

НЕТ

Сдвиг кода на разряд вправо

СЧЕТЧИК=СЧЕТЧИК+1

СЧЕТЧИК=32

Запись значения счетчика в память

СЧЕТЧИК=02Н

АККУМУЛЯТОР=

=1-ый слева байт кода

Маскирование первых

3 бит АККУМУЛЯТОРА

ДА

АККУМУЛЯТОР= 01000000В

2 3

1

1 2 3

Сдвиг кода на разряд влево

СЧЕТЧИК=СЧЕТЧИК-1

НЕТ

СЧЕТЧИК=1

Запись значения счетчика в память

КОНЕЦ

Для нормального функционирования программы необходимо предварительно занести входной код, предварительно поделенный на байты в следующие ячейки памяти: 0800Н - 0803Н (в 0800Н - крайний левый байт кода и т.д.) и 0804Н - 0807Н (в 0804Н - крайний левый байт кода и т.д.)

Адрес	Код	Метка	Команда	Комментарий
0809	16		MVI D,O2H	Счетчик = 2
080A	02
080B	3A	M1	LDA 0803H	Загрузка первого справа байта кода в аккумулятор
080C	03
080D	08
080F	E6		ANI 07H	Маскирование 3 последних бит аккумулятора
0810	07
0811	FE		CPI 02H	Сравнение аккумулятора с 010В
0812	02
0813	CA		JZ M2
0814	37
0815	08
0816	A7		ANA A	Обнуление флага переноса
0817	3A		LDA 0800H
0818	00
0819	08
081A	1F		RAR
081B	32		STA 0800H
081C	00
081D	08
081E	3A		LDA 0801H
0820	01
0821	08
0822	1F		RAR
0823	32		STA 0801H
0824	01
0825	08
0826	3A		LDA 0802H
0827	02
0829	08			Последовательный сдвиг
082A	1F		RAR	байтов кода вправо
082B	32		STA 0802H
082C	02
082D	08
082E	3A		LDA 0803H
082F	03
0830	08
0831	1F		RAR
0832	32		STA 0803H
0833	03
0834	08
0835	14		INR D	Прибавление к счетчику единицы
0836	7A		MOV A, D
0837	FE		CPI 20H	Сравнение значения счетчика с 32D
0838	20
083A	7A	M2	MOV A, D
083B	32		STA 0808H	Запись первого результата в память
083C	08
083D	08
083E	16		MVI D,1FH	Счетчик = 31
083F	1F
0840	3A	M3	LDA 0803H	Загрузка первого слева байта кода в аккумулятор
0841	03
0842	08
0843	E6		ANI E0H	Маскирование 3 первых разрядов кода
0844	E0
0845	FE		CPI 40H	Сравнение аккумулятора с 0100 0000В
0846	40
0847	CA		JZ M4
0848	6B
0849	08
084A	A7		ANA A	Обнуление флага переноса
084B	3A		LDA 0804H
084C	04
084D	08
084E	1F		RAL
084F	32		STA 0804H
0850	04
0851	08
0852	3A		LDA 0805H
0853	05
0854	08
0855	17		RAL
0856	32		STA 0805H
0857	05
0858	08
0859	3A		LDA 0806H
085A	02
085B	08			Последовательный сдвиг
085C	17		RAL	байтов кода влево
085D	32		STA 0806H
085E	06
085F	08
0860	3A		LDA 0807H
0861	07
0862	08
0863	17		RAL
0864	32		STA 0807H
0865	07
0866	08
0867	15		DCR D	Вычитание из счетчика единицы
0868	7A		MOV A, D
0869	FE		CPI 02H	Сравнение значения счетчика с 1D
086A	02
086B	7A	M4	MOV A, D
086C	32		STA 0809H	Запись второго результата в память
086D	08
086E	09
086F	76		HLT	Останов программы

Программа на языке BASIC

Программа была составлена на языке BASIC и отлажена на IBM-совместимом компьютере.

Текст программы

REM Программа по курсовой работе (каф 403).

REM Список переменных:

REM SCHET% - счетчик циклов.

REM D% - входной код.

REM B%, C% - выходные коды.

CLS

REM Задается размерность входного кода.

DIM D%(32)

REM Установка списка данных в начальное положение.

RESTORE

REM Запись входного кода. Цикл.

FOR I%=1 TO 32

REM Чтение I-го элемента входного кода.

READ D%(I%)

NEXT I%

REM Поиск первой комбинации 010. Цикл.

FOR SCHET%=2 TO 31

REM Проверка совпадения.

IF D%(SCHET%-1)=0 AND D%(SCHET%)=1 AND D%(SCHET%+1)=0 THEN GOTO 1

REM Сдвиг "окна".

NEXT SCHET%

REM Запись и вывод результата.

1 B%=SCHET%: PRINT "Номер первой единицы, стоящей между нулями: ";B%

REM Поиск последней комбинации 010. Цикл.

FOR SCHET%=31 TO 2 STEP -1

REM Проверка совпадения и запись результата.

IF D%(SCHET%-1)=0 AND D%(SCHET%)=1 AND D

%(SCHET%+1)=0 THEN GOTO 2

NEXT SCHET%

REM Запись и вывод результата.

2 C%=SCHET%: PRINT "Номер последней единицы, стоящей между нулями: ";C%

REM Входной код.

DATA 0,0,0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1

В результате работы программы, на экран было выведено сообщение:

Номер первой единицы, стоящей между нулями: 7

Номер последней единицы, стоящей между нулями: 30

Использованная .литература

Аванесян Г.Р. Лёвшин В.П. «Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ» М93;

Лебедев О.Н. «Применение микросхем памяти в электронных устройствах» М94;

Мельников Б.С. Щеглов А.В. «Методические указания к курсовой работе...» М91;

«Цифровые интегральные микросхемы» М94.

Для заметок

1 Необходимые микросхемы регистров и ПЗУ в серии 1533 отсутствуют.