Проектирование цифрового автомата (стр. 3 из 4)
Данные из табл.8 переносят на карты Карно (Рис.6) с тем, чтобы провести минимизацию логических функций, определяющих каждый из управляющих сигналов триггеров, а затем составить логическую цепь, реализующую полученные функции, т.е. синтезировать функциональную, а затем и принципиальную электрические схемы комбинационного устройства КС1 и регистра RG (память на триггерах).
а) S1 = Q1
б) R1 =
1 
в) S2 = Q2 + Q1
4 + Q1 3 + 1Q3Q4г) R3 =
3 + 1 2 4
д) S3 =
1 2 + Q3 + Q1Q2Q4 
е) R3 =
3 + 1 2 4 
ж) S4 =
3 + Q4 + 1 2
з) R4 =
3 + 4Рис.6. Карты Карно для минимизации логических функций, описывающих работу КС 1.
В этих картах по две клетки (комбинации 1111 и 1110) оказались не заполненными: эти клетки соответствуют неиспользованным кодовым комбинациям. Совокупность четырех триггеров, образующих регистр, может находиться в одном из шестнадцати состояний: 24=16, из которых для формирования кодов импульсов на выходе ЦА используется только четырнадцать. Эти клетки можно заполнить символами "Х". Это означает, что минимизируемая функция может при данном наборе аргументов Q1…Q4 принимать любое значение: 0 или 1.
Особенностью минимизации логических функций, значение которых при определенных наборах аргументов не играет роли (клетки заполняются символами "Х") является то, что при проведении на картах контуров, охватывающих единицы, можно включать в эти контуры также и клетки, в которых функция не определена.
Синтез комбинационной схемы КС1 можно осуществить в логическом базисе И, ИЛИ, НЕ по логическим функциям для сигналов на управляющих входах триггеров. Эти логические функции получены в минимизированной дизъюнктивной нормальной форме (МДНФ):
Схема
| S1 = Q1S2 = Q2 + Q1 4 + Q1 3 + 1Q3Q4S3 = 1 2 + Q3 + Q1Q2Q4S4 = 3 + Q4 + 1 2 | R1 = 1R2 = 2 + Q1 4R3 = 3 + 1 2 4R4 = 3 + 4 |
Пусть в соответствии с заданием синтез схемы следует провести в логическом базисе ИЛИ-НЕ.
Для этого следует с помощью законов дуальности (теоремы де-Моргана) исключить из логических выражений функцию И:
По полученным после преобразований логическим функциям строят КС1 в логическом базисе ИЛИ-НЕ.
Комбинационную схему КС2 строят на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Для этого можно применить ПЗУ с произвольным доступом к памяти, когда место искомой информации однозначно определяется адресом, а информация извлекается и заносится в кодоимпульсной форме. В качестве ПЗУ целесообразно применить перепрограммируемое (репрограммируемое) полупроводниковое запоминающее устройство. Закон программирования ПЗУ может быть задан табл.9, которую составляют на основе табл.8.
Таблица 9
Таблица программирования ПЗУ
| Адрес строки | Содержимое строки ПЗУ | ||||||||
| А3 | А2 | А1 | А0 | y1 | y2 | y3 | y4 | y5 | W |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Как видно из табл.9, при выборе типа интегральной схемы ПЗУ следует учитывать, что она должна обладать памятью не менее 14 бит и иметь не менее 6 выходных шин, а также быть совместимой с интегральными схемами, на которых построены КС1 и регистр, например, ПЗУ типа КР556РТ5 [3].
Сначала строят функциональную схему, а потом, с учетом применения интегральных схем – принципиальную схему ЦА.
2. Задание к курсовому проектированию
Синтезировать цифровой автомат (ЦА), у которого на выходе "у" периодически появляются коды символов, образующих фамилию и инициалы студента (рис.7).
| Символы | – | П | Е | Т | Р | О | В | – | П | – | П | – | П | Е | Т |
| 8-ричный код | 00 | 20 | 06 | 23 | 21 | 17 | 03 | 00 | 20 | 00 | 20 | 00 | 20 | 06 | 23 |
Рис.7. Символы и их 8-ричные коды
Каждый символ кодируется пятью битами согласно табл.10: два старших разряда – номер строки, три младших разряда – номер столбца.
Таблица 10
Способы кодирования символов
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 0 | – | А | Б | В | Г | Д | ЕЁ | Ж |
| 1 | З | И | Й | К | Л | М | Н | О |
| 2 | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц |
| 3 | Ч | Ш | Щ | Ы | ЬЪ | Э | Ю | Я |
Длина периода должна быть в пределах 9-16 символов. Если период меньше 9 символов, то можно написать имя полностью. Если период больше 16 символов, можно убрать пробел(ы) или один-два инициала.
Обобщенная структурная схема ЦА показана на рис.8.
Рис.8. Обобщенная структурная схема цифрового автомата: