Микросхема ПЗУ в управляющем автомате с МПУ выбрана неверно (стр. 1 из 3)
Московский Авиационный институт (технический университет)КАФЕДРА 403
Расчетно-пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
Вычислительные системы и микропроцессорная техника
выполнил: студент гр. 04-417
Левин О.А.
проверил: Герасимов А.Л.
МОСКВА 1997
Содержание
Анализ задания - 2
Комбинационный вариант - 2
Алгоритм работы устройства - 4
Микропрограмма - 5
Управляющий автомат с жесткой логикой - 5
Управляющий автомат с МПУ - 8
Выбор элементной базы - 10
Составление программы - 12
Задание
ВАРИАНТ №17
Задается входной код D{1:32}. Спроектировать вычислитель, который определяет номер разряда самой первой и самой последней единиц, стоящих между нулями. Предусмотреть реакцию проектируемого устройства в случае отсутствия таких сигналов.
Анализ и уточнение задания
Так как входной код - тридцатидвухразрядный, то для получения интересующей нас информации необходимо два выходных шестиразрядных кода. Реакцией устройства в случае отсутствия интересующих нас кодовых комбинаций будет значение первого и второго выходных кодов соответственно:
Очевидно, что в тридцатидвухразрядном коде единица, стоящая между двумя нулями ни при каких обстоятельствах не может находится ни в первом ни в тридцать втором разряде кода.
Тактовая синхронизация будет осуществляться внешним генератором тактовых импульсов с частотой 20 МГц
По окончании обработки входного кода должен вырабатываться специальный сигнал, позволяющий следующему устройству считать выходные данные с проектируемого устройства.
Обобщенная функциональная схема проектируемого устройства может быть представлена в следующем виде:
D{1:32} B{1:6}
F C{1:6}
СТРОБ
УСЧИТ
Рисунок 1
Обобщенная функциональная схема устройства
Комбинационный вариант устройства
Функциональная схема комбинационного устройства, осуществляющего параллельную обработку входного кода представлена на рисунке 2. Входной код D{1:32} разбивается на пересекающиеся элементы по три разряда: D’{1:3}, D’{2:4},...D’{30:32}. Крайние разряды D’ проходят через инверторы DD1, DD3, DD4, DD6, DD7, DD9,...DD88, DD90. Проинвертированные крайние разряды вместе с центральным разрядом элемента поступают на логическую схему И, на выходе которой в случае если D{i-1, i, i+1}=010 сформируется высокий логический уровень напряжения, приводящий в действие соответствующий элемент индикации на внешней панели устройства. При визуальном контроле внешней панели устройства по расположению работающих элементов индикации можно определить номер разряда первой и последней единиц, стоящих между нулями.
Для реализации данной схемы потребуется 20 микросхем 1533ЛН1 (6 логических элементов НЕ), 10 - КР1533 (3 элемента 3И), 4 - КР531ЛЕ7 (2 элемента 5 ИЛИ-НЕ), 1 - 1533ЛИ6 (2 элемента 4И), 1 - 1533ЛИ1 (4 элемента 2И).
Основным недостатком данной схемы является невозможность дальнейшей обработки выходной информации.
НАЧАЛО
НЕТ
СТРОБ
РЕГ В {1:32}=D{1:32}
РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}
СЧЕТ Ц1=2
ДА
РЕГ А{1}=0 & РЕГ А{2}=1 & РЕГ А{3}=0
НЕТ
РЕГ А{1:32}=РЕГ А{2:32}.0
СЧЕТ Ц1=СЧЕТ Ц1 +1
НЕТ
СЧЕТ Ц1=32
ДА
РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}
СЧЕТ Ц2=31
ДА
РЕГ А{32}=0 & РЕГ А{31}=1 & РЕГ А{30}=0
НЕТ
РЕГ А{1:32}=РЕГ А{1:31}.0
СЧЕТ Ц=СЧЕТ Ц -1
НЕТ
СЧЕТ Ц=1
B {1:6}=СЧЕТ Ц1; С {1:6}=СЧЕТ Ц2
КОНЕЦ
Рисунок 3
Блок-схема алгоритма работы устройства
Микропрограмма
Переменные:
Входные:
D{1:32} - входной код
строб
Выходные:
В {1:6}, С{1:6} - выходной код
Внутренние:
РЕГ А{1:32}, РЕГ В{1:32} - регистры
СЧЕТ Ц1{1:6}, СЧЕТ Ц2{1:6} - счетчики циклов
Признаки:
Р1 - строб=1
Р2 - РЕГ А{1}=0 & РЕГ A{2}= 1 & РЕГ А {3}=0
Р3 - РЕГ А{32}=0 & РЕГ A{31}= 1 & РЕГ А {30}=0
Р4 - СЧЕТ Ц1 {1:6} = 32
Р5 - СЧЕТ Ц2 {1:6} = 1
Программа
М1 ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
(СТРОБ) РЕГ В{1:32}=D {1:32}
(УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}
(УН1) СЧЕТ Ц1 {1:6} =2
М2 ЕСЛИ Р2 ТО М3
(УСДВ1) РЕГ А{1:32}=РЕГ А{2:32}.0 }
(УСЧ1) СЧЕТ Ц1 {1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6}+1 } УЭ1
ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
М3 (УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}
(УН2) СЧЕТ Ц2 {1:6} =31
М4 ЕСЛИ Р3 ТО М5
(УСДВ2) РЕГ А{1:32}=0.РЕГ А{1:31} }
(УСЧ2) СЧЕТ Ц2 {1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6}-1 } УЭ2
ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
М5 (УСЧИТ1) В{1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6} }
(УСЧИТ2) С{1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6} } УЭ3
КОНЕЦ (ИДТИ К М1)
Как видно из текста микропрограммы, некоторые сигналы можно объединить и заменить эквивалентными сигналами. Функциональная схема операционной части устройства приведена на рисунке 4.
Управляющий автомат с жесткой логикой будет реализовываться в виде классического конечного автомата Мили или Мура. На основании блок-схемы алгоритма работы устройства определим количество состояний для каждого типа автомата. Обозначим состояния автомата Мура буквой S, а состояния автомата Мили - S’. Как видно из рисунка 5, у автомата Мура будет шесть состояний, в то время как у автомата Мили - лишь четыре.
НАЧАЛО S0
S’0
0 Р1
УН 1, УЗАП 1 S1
0 S’1 1
Р2
УЭ 1 S2 УЗАП 1, УН 2 S3
0
Р4 S’2
УЗАП 1 УН 2 S3
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
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