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
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 КСЧ.;
·
DC - двоичный дешифратор осуществляет преобразование выходного кода
счётчика (СТ) в m-разрядный унитарный позиционный код
для m = КСЧ 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 QНАЧ. до QКОН. 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
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
|
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
|
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:
МДНФ счётчика:
; ;
; .
·
Синтезируем счётчик. Структурную схему:
Принципиальную схему:
Временные диаграммы счётчика:
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
|
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
|
|
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:
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:
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.