Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Вінницький національній технічний університет
Інститут інформаційних технологій та комп’ютерної інженерії
Факультет КІ
Кафедра ПЗ
СИНТЕЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯДВІЙКОВО-ДЕСЯТКОВОГО ЛІЧИЛЬНИКА
Пояснювальна записка до курсової роботи
з дисципліни ”Схемотехніка ЕОМ”
за спеціальністю
"Програмне забезпечення автоматизованих систем"
08-26.СХ.013.01.000 ПЗ
Керівник курсової роботи
к.т.н., доц.
____________ Д. Т. Обідник
(підпис)
«__» __________ 2011 р.
Розробила студентка гр. 1ПІ-09
____________І. В. Кирнична
(підпис)
«__» __________ 2011 р.
Вінниця ВНТУ 2011
ЗМІСТ
Вступ
1. Аналіз завдання і вибір методу синтезу
2. Синтез лічильника
2.1 СИНТЕЗ 1
2.2 СИНТЕЗ 2
2.3 СИНТЕЗ 3
3. Машинне моделювання
Висновки
Література
ВСТУП
Комп'ютерна схемотехніка – це технічний напрямок, звя'заний із розробкою, відлагоджуванням, обслуговуванням цифрових комп'ютерних, комп'ютеризованих та інтегрованих схем.
Ці знання необхідні фахівця, зв’язаним з інтенсивним використанням комп’ютерної техніки, автоматизованих систем обробки даних і керування, спеціалістам з електроніки та радіотехніки, цифрових автоматів і робототехніки.
Швидше розширення областей застосування електронних пристроїв – одна з особливостей сучасного науково-технічного прогресу. Цей процес в певній мірі пов'язаний з впровадженням інтегральних мікросхем в універсальні обчислювальні комплекси; периферійні пристрої; пристрої реєстрації і передачі інформації; автоматизовані системи управління; пристрої для наукових дослідів; механізації і інженерної праці; побутові пристрої. Застосування інтегральних мікросхем дозволило удосконалити і створити нові методи проектування, конструювання і виробництва радіоелектронної апаратури різноманітного призначення, підвищити їх технічні і експлуатаційні характеристики, традиційно виконаних на механічних принципах дії.
Мета даної курсової роботи – закріплення теоретичного матеріалу з дисципліни «Схемотехніка ЕОМ»,а також набуття практичних навиків для синтезу та дослідження двійково-десяткового лічильника.
Одним із найпотужніших інструментів у проектуванні схем є система ППП OrCAD. У можливостях цього пакету є широкий спектр інструментів, що дозволяють проектувати, досліджувати та тестувати електронні схеми. Виграш цифрового проектування полягає в тому, що розробникам не треба фізично збирати схему, щоб побачити як вона працює, а достатньо побудувати її віртуально і дослідити на предмет рентабельності та надійності, що потребує значно менших матеріальних затрат.
Лічильники широко використовують у цифрових ЕОМ для утворення послідовності адрес команд, для організації циклів виконання операцій, поділу частоти імпульсів, тощо.
Лічильник забезпечує зберігання слова інформації й виконання з ним мікрооперації лічби, яка полягає в збільшенні або зменшенні вмісту лічильника на одиницю.
Модуль лічби – це кількість різних стійких станів лічильника, в які він переходить у процесі одного циклу лічби. Для двійкових лічильників модуль лічби дорівнює 2n, де n – розрядність лічильника. Лічильники, кількість станів в циклі яких відрізняється від 2n, називаються недвійковими. Вони можуть бути побудовані на основі двійкових лічильників шляхом введення зворотних зв’язків або бути синтезовані як цифрові автомати.
1 АНАЛІЗ ЗАВДАННЯ І ВИБІР МЕТОДУ СИНТЕЗУ
Лічильники широко використовують у цифрових ЕОМ для утворення послідовності адрес команд, для організації циклів виконання операцій, поділу частоти імпульсів, тощо.
Лічильник забезпечує зберігання слова інформації й виконання з ним мікрооперації лічби, яка полягає в збільшенні або зменшенні вмісту лічильника на одиницю.
Завдання на курсову роботу передбачає синтез двійково-десяткового лічильника на основі трьох тригерів JK- та одного тригера D- типу, які працюють в коді з вагою розрядів 6-2-2-1, і його моделювання на ЕОМ.
Синтезуємо і будуємо лічильник, як автомат. Такий метод синтезу включає в себе:
1) побудова таблиці станів;
2) побудова таблиці переходів;
3) побудова діаграм Вейча;
4) мінімізація діаграм Вейча;
5) реалізація отриманих функцій.
Критерій проектування лічильника передбачає максимум швидкодії при відносному мінімумі апаратних витрат. В даному завданні зображення десяткових цифр в коді 6-2-2-1 неоднозначне, при чому можливі три варіанти. Тому виберемо той варіант, який нам забезпечить мінімум апаратних витрат та відносну швидкодію лічильника.
Для моделювання використаємо сучасний програмний засіб OrCAD EXPRESS for Windows.
Тригер — клас електронних пристроїв, що володіють здатністю тривало знаходитися в одному з двох стійких станів і чергувати їх під впливом зовнішніх сигналів. Кожен стан тригера легко розпізнається за значенням вихідної напруги. По характеру дії тригери відносяться до імпульсних пристроїв — їх активні елементи (транзистори, лампи) працюють в ключовому режимі, а зміна станів триває дуже короткий час.
Відмітною особливістю тригера як функціонального пристрою є властивість запам'ятовування двійкової інформації. Під пам'яттю тригера мають на увазі здатність залишатися в одному з двох станів і після припинення дії перемикального сигналу. Прийнявши один із станів за «1», а інше за «0», можна вважати, що тригер зберігає (пам'ятає) один розряд числа, записаного в двійковому коді.
Класифікація тригерів:
· за способом організації логічних зв’язків розрізняють тригери з запуском RS-тригери; з лічильним входом Т-тригери; тригери затримки D-тригери; універсальні JK-тригери; комбіновані (наприклад, RST-, JKRS-, DRS-тригери).
· за способом запису інформації тригери поділяють на несинхронізовані (асинхронні, нетактові) і синхронізовані (тактові).
· за кількістю інформаційних входів тригери можуть бути з одним, двома та багатьма входами.
· за видом вихідних сигналів тригери поділяються на статичні і динамічні. Статичні тригери – тригери, в яких вихідні сигнали в стійких станах залишаються незмінними в часі. Динамічні тригери – тригери, в яких вихідні сигнали в стійких станах змінюються в часі.
· за способом запам’ятовування інформації тригери можуть бути з логічною і фізичною організацією пам’яті. Перші виконують на логічних елементах І, АБО, НІ, І-НІ, АБО-НІ, І-АБО-НІ і т.д., а другі є елементами запам’ятовувальних пристроїв, у яких використовують нелінійні властивості матеріалів або нелінійні вольт-амперні характеристики компоненті.
2 СИНТЕЗ ЛІЧИЛЬНИКА
2.1 СИНТЕЗ 1
Закон функціонування лічильника задамо таблицею, в якій в кожному з десяти станів лічильника поставимо у відповідність значення станів тригерів лічильника, беручи до уваги, при цьому, що вага розрядів тригерів відповідно дорівнює 6, 2, 2 і 1. Розглянемо три варіанти і виберемо той з них, який потребує менших затрат обладнання.
Розглянемо перший з них:
Таблиця 2.1 – Таблиця функціонування лічильника
| Десятковацифра | Вага розрядів | Функції збудження | |||||||||
| 6Т4 | 2Т3 | 2Т2 | 1Т1 | J4 | K4 | D3 | J2 | K2 | J1 | K1 | |
| 01234567890 | 00000011110 | 00101101100 | 00011100010 | 01010100110 | 000001**** | ******0001 | 0101101100 | 001***001* | ***001***1 | 1*1*1*01** | *1*1*1**01 |
В таблиці записано значення сигналів на входах D- та JK- тригерів, які необхідно сформувати , щоб забезпечити вірну роботу лічильника в відповідності з законом функціонування. Згідно логіки роботи D-тригера зазначимо, що вказані сигнали будуть відповідати значенням тригерів в наступному такті.
JK-тригер діє наступним чином:
Перехід логічного 0 в логічну 1 можна реалізувати двома способами: або встановити тригер в одиницю, або інвертувати його стан, тобто, потрібно щоб, на J-була постійно 1, а на К або 1, або 0 (ставимо зірочку *), аналогічно перехід з 1 в 0 - на К повинна бути логічна 1, а на J-зірочка (1 або 0). Якщо перехід з 0 в 0 або з 1 в 1, то можна або зберегти попередній стан тригера, або встановити в 0 чи 1 відповідно, тобто на J- повинен бути 0, а на К- зірочка (0 в 0) і на К- 0, а на J-зірочка, якщо з 1 в 1. Робота тригерів показана в таблиці 2.1.2:
Таблиця 2.2- таблиця переходів
| J | K | D | |
| 0→0 | 0 | * | 0 |
| 0→1 | 1 | * | 1 |
| 1→0 | * | 1 | 0 |
| 1→1 | * | 0 | 1 |
Згідно таблиці проведемо мінімізацію функцій D- та JK-входів тригерів за допомогою діаграми Вейча.
В клітинах діаграми Вейча проставляється значення функції на відповідному наборі змінних. При мінімізації сусідні клітини (дві, чотири, вісім, шістнадцять) обводяться контуром. Для кожного контуру, відповідному доданку функції, залишаються тільки ті змінні, або їх інверсії, які для всіх клітинок цього контуру не змінюють свого значення. Стани, відмічені знаком Х ( на яких функція не приймає значень ), є надлишковими. Вони можуть використовуватись для спрощення ( мінімізації ) функцій. На наборах, відмічених знаком Х, заданих функцій визначають таким чином, щоб вони були подані в мінімальній формі, що дозволить скоротити апаратні витрати на реалізацію лічильника.
Намалюємо діаграми Вейча для функцій входів тригерів: