Учебное пособие: Проектирование цифрового автомата

Задание рекомендуется выполнять в следующем порядке:

1. Уточнить порядок функционирования предложенного для проектирования цифрового автомата (ЦА) в соответствии с заданием на курсовое проектирование, которое приводится ниже. Построить структурную схему ЦА с указанием схемы запуска, цепей формирования тактовых сигналов (Ф), сигналов сброса (W), входных сигналов (X) и т.д.

2. Определить период функционирования ЦА в соответствии с заданием на курсовое проектирование.

3. Определить необходимое количество триггеров для реализации регистра (RG).

4. Задать функцию переходов ЦА в виде графа и таблицы состояний ЦА.

5. Составить таблицу функций переходов и таблицу функций выходов.

6. С учетом рекомендуемого в задании на курсовое проектирование типа триггера и таблицы его состояний, приведенной в справочной литературе составить полную таблицу функционирования ЦА.

7. Провести минимизацию логических функций, описывающих работу комбинационных схем КС1, КС2, регистра RG.

8. Провести необходимые тождественные преобразования логических функций в соответствии с заданным в задании на курсовое проектирование логическим базисом для синтеза ЦА.

9. Выбрать тип ПЗУ, описать принцип его работы и составить таблицу программирования.

10. Построить функциональную схему ЦА.

11. С учетом функциональной схемы ЦА синтезировать его принципиальную электрическую схему на выбранных цифровых микросхемах. Описать работу примененных микросхем и ЦА.

12. С помощью интегрированного пакета – редактора схемотехники и SPCE симулятора "MULTISIM" провести анализ работы разработанной электронной схемы. Выявить возможные ошибки в схеме ЦА, сделать необходимые исправления Обширная библиотека компонентов интегрированного пакета "MULTISIM" включает генераторы сигналов, осциллографы, тестеры и т.д., огромное количество полупроводниковых приборов и микросхем разных фирм. Имеется возможность экспорта схемы в программы PCB – трассировки.

13. Составить перечень элементов (спецификацию) принципиальной электрической схемы.

14. Для создания принципиальной электрической схемы ЦА с помощью интегрированного пакета P-CAD использовать графический редактор P-CADSchematic.

15. Создать макет печатной платы ЦА. Для размещения компонентов и трассировки печатных плат использовать графический редактор P-CADPCB.

16. Результаты работы оформить в виде расчетно-пояснительной записки и графического материала на двух листах.

Результаты анализа принципиальной электрической схемы ЦА с помощью интегрированного пакета "MULTISIM" сохранить и использовать при защите курсовой работы для доказательства работоспособности разработанной схемы ЦА.

Обобщенная структурная схема (рис.1) цифрового автомата (ЦА) содержит запоминающее устройство ЗУ (RG - регистр, выполненный на триггерах), два комбинационных устройства: для формирования сигналов управления триггерами (КС1) и для формирования требуемых выходных сигналов (КС2).

ЦА работает циклами, заканчивая их всякий раз возвращением в исходное состояние.

Рис.1. Структурная схема цифрового автомата

По сигналу, например, с дешифратора команд ДШ схема запуска формирует входной сигнал x, который принимает только два значения: x1=0 (пауза в работе ЦА) и x2=1 (запуск и работа ЦА).

В ходе выполнения цикла ЦА в заданные моменты времени t1, t2, t3,... проходит через определенную последовательность внутренних состояний a(t) =al (l=0, 1,..., S), сменяющих друг друга при поступлении очередного тактового импульса Ф. При этом каждый цикл функционирования КА начинается в момент t поступления на его вход сигнала запуска x(t) =1.

Часть этих состояний (тактов), пребывание в которых сопровождается выдачей импульса на какой-либо выход y1, y2,..., можно назвать активными, а остальные, обеспечивающие заданные паузы между выдачами импульсов, – пассивными.

Пусть требуется синтезировать цифровой автомат (ЦА) с одним входом и пятью выходами. При этом на выходах y1, y2, y3, y4, y5 после запуска ЦА периодически, на каждом такте, появляются коды символов, образующих фамилию и инициалы студента. Каждый символ кодируется пятью битами: два старших разряда – номер строки, три младших разряда – номер столбца, согласно табл.1.

Период функционирования ЦА может быть определен согласно табл.1.

Таблица 1

Период функционирования цифрового автомата