Міністерство освіти та науки України
Одеський національний політехнічний університет
Інститут компютерних систем
Кафедра інформаційних систем
Курсова робота
з дисципліни
«Компютерна схемотехніка»
Виконав
Бородавкін С. М.,
ст. гр. АН-011
Перевірив
доц. Ніколенко А.О.
Одеса - 2003
З А В Д А Н Н Я
на курсову роботу з дисципліни
“Компютерна схемотехніка”
1.1 Синтезувати комбiнацiйну схему, що реалізує задану функцію 5-ти змінних.
1.2 За результатами синтезу побудувати функціональну схему в заданому базисі.
1.3 Спроектувати керуючий автомат Мура за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на елементах малого ступеня інтеграції заданої серії. Визначити максимальну затримку переключення схеми та максимальну допустиму частоту переключення.
1.4 Спроектувати керуючий автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму. Побудувати принципову схему автомата на основі програмованих логічних матриць (ПЛМ).
Завдання видав: доц. каф. інф. систем __________ А.О. Ніколенко
Завдання одержав: ст. гр. АН-011 ____________ С.М. Бородавкін
Анотація
Метою даної курсової роботи являється закріплення основних теоретичних і практичних положень дисципліни «Компютерна схемотехніка» і одержання навички в проектуванні принципових схем цифрових пристроїв обчислювальної техніки. Знання, одержані під час вивчення цієї дисципліни, використовуються для аналізу та синтезу різноманітних цифрових пристроїв обчислювальної техніки та автоматики. На початку роботи виконується вибір варіанту за схемою розглянутою складачем роботи. По-перше синтезується комбінаційна схема і за результатами синтезу будується функціональна схема в базисі 2І-НІ. Потім проектується автомат Мура за блок-схемою і будується принципова схема автомату на елементах малого ступеня інтеграції серії КР1533. Проектується автомат Мілі за заданою граф-схемою алгоритму і будується схема на основі ПЛМ.
Зміст
1. Синтез комбінаційної схеми
1.1. Отримання вихідної БФ
1.2. Мінімізація БФ
1.3. Вибір базиса. Застосування факторного алгоритму
2. Синтез управляючого автомата Мура
2.1. Вибір вихідних даних для проектування
2.2. Розрахунок даних синтезу
3. Синтез управляючого автомата Мілі
3.1. Вихідні дані
3.2. Дані синтезу
4. Перелік використаної літератури
Додаток 1
Додаток 2
Додаток 3
Додаток 4
1. СИНТЕЗ КОМБІНАЦІЙНОЇ СХЕМИ
1.1. Отримання вихідної БФ
Вихідна БФ 5-ти змінних задається своїми значеннями, які визначаються 7-розрядними двійковими еквівалентами чисел, що вибираються з таблиці 1 [1] за значеннями числа (А), місяця (В) і порядкового номера (С) за списком групи. Значення функції на наборах:
· 0-6 - за значенням А;
· 7-13 - за значенням В;
· 14-20 - за значенням С;
· 21-27 - за значенням (А + В + С);
· 28-31 - невизначені значення.
A = 27 3710 = 1001012 X100101
B = 6 5910 = 1001012 X111011
C = 6 5910 = 1001012 X111011
ABC = 39 6210 = 1111102 X111110
Таким чином, таблиця істиності для вихідної функції F(X1, X2, X3, X4, X5) має вигляд:
Таблиця 1.1.1
Вихідна БФ для синтезу КС
|
|
№
|
X 1
|
X 2
|
X 3
|
X 4
|
X5
|
F
|
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
X
|
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
2
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
3
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
|
4
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
|
5
|
0
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
|
|
6
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
|
|
7
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
X
|
|
|
8
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
9
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
10
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
|
11
|
0
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
|
12
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
|
13
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
|
|
14
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
X
|
|
|
15
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
|
16
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
17
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
18
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
|
|
19
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
|
20
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
1
|
|
|
21
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
X
|
|
|
22
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
1
|
|
|
23
|
1
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
|
24
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
|
|
25
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
|
|
26
|
1
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
|
|
27
|
1
|
1
|
0
|
1
|
1
|
0
|
|
|
28
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
X
|
|
|
29
|
1
|
1
|
1
|
0
|
1
|
X
|
|
|
30
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
X
|
|
|
31
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
X
|
|
|
1.2. Мінімізація БФ
Виконаємо мінімізацію отриманої БФ по нулях і по одиницях для вибора мінімальної НФ.
|
|
000
|
001
|
011
|
010
|
110
|
111
|
101
|
100
|
|
|
00
|
X
|
1
|
|
|
1
|
X
|
|
1
|
|
|
01
|
1
|
1
|
|
1
|
X
|
1
|
1
|
1
|
|
|
11
|
1
|
1
|
|
1
|
X
|
X
|
X
|
X
|
|
|
10
|
1
|
1
|
1
|
|
1
|
1
|
X
|
1
|
|
|
Рис. 1.2.1. Карта Карно для МДНФ
МДНФ = ++++++ (1.2.1)
Ціна за Квайном такої МДНФ Скв = 29.
|
|
000
|
001
|
011
|
010
|
110
|
111
|
101
|
100
|
|
|
00
|
X
|
|
0
|
0
|
|
X
|
0
|
|
|
|
01
|
|
|
0
|
|
X
|
|
|
|
|
|
11
|
|
|
0
|
|
X
|
X
|
X
|
X
|
|
|
10
|
|
|
|
0
|
|
|
X
|
|
|
|
Рис. 1.2.2. Карта Карно для МКНФ
МКНФ=(X1+X2+X3+)(+X3++)(X2+X3++X5)(X2++
+X4+) (1.2.2)
Ціна за Квайном Скв=27.
1.3. Вибір базиса
Застосування факторного алгоритму. Виходячи з результатів, отриманих на попередньому кроці, для синтеза КС вибирається МКНФ. Синтез схеми буде виконаний у базисі 3АБО_НІ. В результаті виконання факторного алгоритму вихідна МКНФ набуває вигляду:
(1.3.1)
КС, реалізуюча задану БФ, має вигляд:
Рис. 1.3.1. Синтезована КС
2. СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МУРА
2.1. Вибір вихідних даних для проектування
Граф-схема алгоритму складається з трьох блоків E, F, G, і вершин BEGIN і END. Загальна структура граф-схеми показана на рис. 8 [1]. Типи блоків вибираються на основі чисел А, В, С (див. п.1.1).
· Блоку E відповідає схема (A mod 5) = (27 mod 5) = 2;
· блоку F відповідає схема (B mod 5) = (6 mod 5) = 1;
· блоку G відповідає схема (C mod 5) = (6 mod 5) = 1.
Стани автомата будемо кодувати, починаючи з 00000 до 10010 так, що Код стану = Номер стану - 1.
Для синтезу автомата обираються D-тригери, синтез виконується на элементах 555-ї серії ТТЛ.
На підставі отриманих даних будуємо вихідну граф-схему алгоритма. Остання наведена у додатку 1.
2.2. Розрахунок даних синтезу
Табл. 2.2.1
Таблиця переходів автомата Мура
|
|
am
|
Kam
|
as
|
Kas
|
X
|
D
|
|
|
a1(-)
|
00000
|
a2
|
00001
|
1
|
D5
|
|
|
a2(y2y4)
|
00001
|
a4
|
00011
|
1
|
D4 D5
|
|
|
a3(y3y6)
|
00010
|
a4
|
00011
|
X5
|
D4 D5
|
|
|
|
a6
|
00101
|
|
D3 D5
|
|
|
|
a7
|
00110
|
X6
|
D3 D4
|
|
|
a4(y7)
|
00011
|
a5
|
00100
|
|
D3
|
|
|
|
a6
|
00101
|
X1
|
D3 D5
|
|
|
a5(y1 y9)
|
00100
|
a8
|
00111
|
1
|
D3 D4 D5
|
|
|
a6(y8)
|
00101
|
a8
|
00111
|
X2
|
D3 D4 D5
|
|
|
|
a9
|
01000
|
|
D2
|
|
|
a7(y3)
|
00110
|
a9
|
01000
|
1
|
D2
|
|
|
a8(y1y8)
|
00111
|
a10
|
01001
|
X4
|
D2D5
|
|
|
|
a12
|
01011
|
|
D2D4 D5
|
|
|
|
a13
|
01100
|
X3
|
D2D3
|
|
|
a9(y5y9)
|
01000
|
a12
|
01011
|
X4
|
D2D4 D5
|
|
|
|
a13
|
01100
|
X4X3
|
D2D3
|
|
|
|
a13
|
01100
|
X1
|
D2D3
|
|
|
|
a3
|
00010
|
|
D4
|
|
|
a10(y4)
|
01001
|
a11
|
01010
|
1
|
D2D4
|
|
|
a11(y4y5)
|
01010
|
a14
|
01101
|
1
|
D2D3D5
|
|
|
a12(y3y10)
|
01011
|
a14
|
01101
|
1
|
D2D3D5
|
|
|
a13 (y6)
|
01100
|
a3
|
00010
|
1
|
D4
|
|
|
a14(y1 y8)
|
01101
|
a16
|
01111
|
X4
|
D2D3 D4D5
|
|
|
|
a18
|
10001
|
|
D1D5
|
|
|
|
a19
|
10010
|
X3
|
D1D4
|
|
|
a15(y5y9)
|
01110
|
a18
|
10001
|
X4
|
D1D5
|
|
|
|
a19
|
10010
|
X4X3
|
D1D4
|
|
|
|
a19
|
10010
|
X1
|
D1D4
|
|
|
|
a15
|
01110
|
|
D2D3 D4
|
|
|
a16(y4)
|
01111
|
a17
|
10000
|
1
|
D1
|
|
|
a17(y4y5)
|
10000
|
a1
|
00000
|
1
|
-
|
|
|
a18(y3y10)
|
10001
|
a1
|
00000
|
1
|
-
|
|
|
a19(y6)
|
10010
|
a15
|
01110
|
1
|
D2D3 D4
|
|
|
Функції виходів автомата:
Y1=a5 + a8+ a14
Y2=a2
Y3=a3 + a7+ a12+ a18
Y4=a2+ a10+ a11+ a16+ a17
Y5=a9 + a11+ a15+ a17
Y6=a3 + a13 + a19
Y7=a4
Y8=a6 + a8+ a14
Y9=a5 + a9+ a15
Y10=a12 + a18
Функції порушення
D1=a14+a15(X4+X1)+a16
D2=a6+a7+a8+a9(X4+X1)+a10+a11+a12+a14X4+a15+a19
D3 =a3+a4+a5+a6X2+a8+a9X4+a9+
+a10+a13+a14X4+a14X3+a15X4X3+a15X1+a15+a19
D4=a2+a3(X5+X6)+a5+a6x2+a8+a9X4+a9+a10+
+ a13+a14(X4+X3)+a15(+X3)+a19
D5=a1+a2+a3(X5+X6)+a4X1+a5+a6X2+a8(X4+)+a9X4+a11+
+a12+a14X4+a14+a15X4
Принципова схема синтезованого автомата Мура представлена у додатку 2.
3. СИНТЕЗ УПРАВЛЯЮЧОГО АВТОМАТА МІЛІ
3.1. Вихідні дані
Вихідна граф-схема алгоритму має той самий вигляд, що й для автомата Мура (див додаток 2). Автомат синтезується на базі Т-тригерів.
Кодування станів здійснюється так само, як і для автомата Мура:
Код стану = Номер стану - 1
Розмітка станів для автомата Мілі виконана синім кольором.
3.2. Дані синтезу
Таблиця 3.1.1
Таблиця переходів-виходів автомата Мілі
|
|
am
|
Kam
|
as
|
Kas
|
X
|
Y
|
T
|
|
|
a1
|
0000
|
a2
|
0001
|
1
|
y2y4
|
T4
|
|
|
a2
|
0001
|
a3
|
0010
|
1
|
y7
|
T3 T4
|
|
|
a3
|
0010
|
a4
|
0011
|
|
y1 y4
|
T4
|
|
|
|
a10
|
1001
|
X1
|
y8
|
T1 T3 T4
|
|
|
a4
|
0011
|
a5
|
0100
|
1
|
y1 y8
|
T2 T3 T4
|
|
|
a5
|
0100
|
a6
|
0101
|
|
y4
|
T4
|
|
|
|
a7
|
0110
|
|
y3 y10
|
T3
|
|
|
|
a13
|
1100
|
X3
|
y6
|
T1
|
|
|
a6
|
0101
|
a7
|
0110
|
1
|
y4 y5
|
T3 T4
|
|
|
a7
|
0110
|
a8
|
0111
|
1
|
y1 y8
|
T4
|
|
|
a8
|
0111
|
a9
|
1000
|
X4
|
y4
|
T1 T2 T3 T4
|
|
|
|
a1
|
0000
|
|
y3 y10
|
T2 T3 T4
|
|
|
|
a15
|
1110
|
X3
|
y6
|
T1 T4
|
|
|
a9
|
1000
|
a1
|
0000
|
1
|
y4 y5
|
T1
|
|
|
a10
|
1001
|
a5
|
0100
|
X2
|
y1 y8
|
T1 T2 T4
|
|
|
|
a11
|
1010
|
|
y5 y9
|
T3 T4
|
|
|
a11
|
1010
|
a7
|
0110
|
X4
|
y3 y10
|
T1 T2
|
|
|
|
a13
|
1100
|
X4X3
|
y6
|
T2 T3
|
|
|
|
a13
|
1100
|
X1
|
y6
|
T2 T3
|
|
|
|
a12
|
1011
|
|
y3 y6
|
T4
|
|
|
a12
|
1011
|
a3
|
0010
|
X5
|
y7
|
T1 T4
|
|
|
|
a10
|
1001
|
|
y8
|
T3
|
|
|
|
a14
|
1101
|
X6
|
y3
|
T2 T3
|
|
|
a13
|
1100
|
a12
|
1011
|
1
|
y3 y6
|
T2 T3
|
|
|
a14
|
1101
|
a11
|
1010
|
1
|
y5 y9
|
T2 T3 T4
|
|
|
a15
|
1110
|
a16
|
1111
|
1
|
y5 y9
|
T4
|
|
|
a16
|
1111
|
a1
|
0000
|
X4
|
y3 y10
|
T1 T2 T3 T4
|
|
|
|
a15
|
1110
|
X4X3
|
y6
|
T4
|
|
|
|
a15
|
1110
|
X1
|
y6
|
T4
|
|
|
|
a16
|
1111
|
|
Y5 y9
|
-
|
|
|
Y1= a3+ a4 + a7 + a10 X2
Y2= a1
Y3= a5+a8+a11X4+a11X1+a14X6 +a13+a16X4
Y4=a1+ a5 X4+ a6 + a8 X4+ a9
Y5= a6 + a9 + a10+a14+a15+a16
Y6=a5X4X3+a15X3+a11X4X3+a11X1+a11+a13+a16X4X+a15X1
Y7=a2+a12X5
Y8=a3X1+a4+a7+a10X2+a12
Y9=a3+a10+a14+a15+a16
Y10=a5+a8+a11X4+a16 X4
Функції порушення:
T1=a3X1+a5X3+a8X4+a8X3+a9+a10 X4+a12X5+a16 X4
T2=a4+a8X4+a8+a10X2+a11X4+a11X4X3+a11X1+a12X6+
+a13+a14+a16X4
T3=a2+a3X1+a4+a5+a6+a8X4+a8+a10+a11X4X3+a11X1+
+a12+a12X6+a13+a14+a16X4
T4=a1+a2+a3+a3X1+a4+a5X4+a6+a7+a8+a10+a11+a12X5+a14+a15+
+a16X4+a16X4X3++a16X1
Принципову схему автомата Мілі необхідно побудувати на основі ПЗП. Для цього будемо використовувати ПЗП К555РЕ4 розрядністю 2Кх8, тобто 2048 8-бітових слів. Очевидно, таких ПЗП необхідно взяти у кількості 2, оскільки необхідно реалізувати всього 14 функцій (10 функцій виходу і 4 функції для переходу в новий стан). Таким чином, адресний простір буде використаний наполовину.
Таблиця з прошивкою ПЗП наведена у додатку 3. Принципова схема автомата Мілі наведена у додатку 4.
4. ЛІТЕРАТУРА
1. Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни „Компютерна схемотехніка” для студентів спеціальностей 7.080401, 7.080403 / Укл.: С.Г.Антощук, А.О.Ніколенко, М.В.Ядрова, О.В.Глазєва. - Одеса: ОНПУ, 2003.
2. Баранов С.І. “Синтез мікропрограмних автоматів”.-Л.:Енергія,1979.
3. Угрюмов Є.П. “Цифрова схемотехніка”.-С.ПБ.:БХВ-Петербург,2001.
4. Справочник по інтегральним мікросхемам / Під ред. Б.В. Тарабрина.-М.: Радіо і звязок, 1987.
ДОДАТОК 1
Граф-схема алгоритма для синтезу автоматів Мура і Мілі
|
