Вычислительные системы и микропроцессорная техника
| Загрузить архив: | |
| Файл: 240-0093.zip (2104kb [zip], Скачиваний: 77) скачать |
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНАЛЕНИНАИ ОРДЕНАОКТЯБРЬСКОЙРЕВОЛЮЦИИ
АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТимениСЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
_______________
Кафедра4 0 3
Р А С Ч Е Т Н О-П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я З А П И С К А
ккурсовойработе подисциплине
“Вычислительныесистемыи микропроцессорнаятехника”
Выполнял
студентгруппы 04-415______________ Телятников И.А.
Консультировал _______________ Герасимов А.Л.
Москва
1. ЗАДАНИЕНА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Навход устройстваподаетсякод X{1:16}.Спроектироватьустройство, формирующеекод Y{1:16}, количествонулейкоторого равноколичествуединиц кода X.Всенули располагаютсявмладших разрядахкодаY. Остальныеразрядыкода Y заполняютсяединицами.
Примем, чтоисточник входногокодагарантирует правильностьвыставленнойинформации вовремядействия стробирующегоимпульсаСТРОБ, асамоустройство подтверждаетвыдачу выходногокодагенерацией импульсасчитыванияУСЧИТ.
Синхронизациювыберем внешнююсчастотой ГТИ - 5 МГц.
Будемсчитать, чтосменакодов XиY осуществляетсяпоположительномуфронту ГТИ,длительностьимпульсов СТРОБиУСЧИТ равнапериодутактовой последовательностииположительные фронтыэтихимпульсов появляютсявследза положительнымфронтомимпульсов ГТИ.
Примем, чтовразрабатываемомустройстве нетребуетсявнутренняя индикация,ине будемнакладыватьограничений напотребляемуюмощность.
2. КОМБИНАЦИОННАЯРЕАЛИЗАЦИЯУСТРОЙСТВА.
При построении устройстваввиде комбинационнойсхемынадо решитьзадачусинтеза системышестнадцатилогических функций16переменных. Решениезадачис использованиемлогическихэлементов приведеткочень объемнойреализации.В связисэтим рассмотримдваварианта решения:сиспользованиемПЗУ длязаписизначений искомыхлогическихфункций или спозицийоперационного синтеза,построивустройство, реализующеецепочкупростых преобразований.
2.1. КОМБИНАЦИОННАЯРЕАЛИЗАЦИЯСПЗУ.
В качествеПЗУбудем использоватьРПЗУс ультрафиолетовым стиранием К573РФ7.Организацияэтих РПЗУ32Кх8.Для реализацииоперационнойчасти устройствапотребуется4 микросхемыК573РФ7иоднамикросхема К155ЛА3.Управляющаячасть, формирующаясигналУСЧИТ, будетпредставлятьсобой устройствозадержкиимпульса СТРОБнавремя, необходимоедлявыборки адреса.Такоеустройство можноиспользоватьв системах,вкоторых допустимоевремяформирования выходногокодане превышает500 нс:действительно,задержка выходногокодаt можетбытьвычислена по формуле:
t=t(РПЗУ)+t(CS)=t(K573РФ7)+t(К155ЛА3)=450+22=472 нс, где
t(РПЗУ) - времявыборкиадреса,
t(CS) -задержкаформирования сигналаCS.
Функциональнаясхема устройствапредставленана рис. 2.1.
Входнойкод Х{1:15} используетсявкачестве адресаиподается параллельнонавсе микросхемыРПЗУ (ПР1-ПР4).Разряд Х{16}используетсядля выборапарымикросхем (ПР1, ПР3или ПР2, ПР4).МикросхемыПР1, ПР2 хранятмладшие8 битвыходногокода (Y{1:8}),аПР3, ПР4 - старшие (Y{9:16}).Сигнал УСЧИТобразуетсяпутем задержкисигналаСТРОБ намаксимальновозможное времяформированиявыходного кода.Длячастоты ГТИв5 МГц потребуетсязадержкана тритакта.
Программированиемикросхем ПР1 -ПР4будем проводить,соответственно,потаблицам2.1 - 2.4.
Таблица 2.1. Кодировка ПЗУ ПР1
Таблица 2.2. Кодировка ПЗУ ПР2
Таблица 2.3. Кодировка ПЗУ ПР3
Таблица 2.4. Кодировка ПЗУ ПР4
Управляющаячасть устройства,представляющаясобой схемузадержкивходного сигналаСТРОБдля получениясигнала УСЧИТ,реализована наосноведвоичного счетчика,подсчитывающегочисло тактовзадержки.Принципиальнаясхема управляющейчасти представлена нарис. 2. 2, а временнаядиаграммаработы -нарис. 2. 3.
Наэлементе DD1(Рис. 2. 2) реализованасхема формированиясигналаразрешения счета (РАЗР),ана DD3.1 -схемаопределения концасчета.Элемент DD3. 2используетсядля получениязаданнойполярности выходногосигнала.
Принципиальнаясхема операционнойчастиустройства, построеннаянаоснове функциональнойсхемырис. 2.1, изображенанарис. 2. 4.
Граф - схемыалгоритмов играфыпереходов дляэтихсхем неприводятсяв связиспростотой реализацииибудут представленыдлярегистровой реализацииустройства.
2. 2. КОМБИНАЦИОННАЯРЕАЛИЗАЦИЯНА ОСНОВЕОПЕРАЦИОННОГОСИНТЕЗА.
Рассмотренноев предыдущемподразделеустройство привсейего простотеобладаетдвумя недостатками-большим временемформированиявыходного кодаиотносительной дороговизнойприменяемыхмикросхем.
С позицийоперационногосинтеза функциональнаясхема устройстваможетпредставлять изсебянабор издвухпреобразователейвходного кодавчисло содержащихсявнем единиц,сумматора,получающего числоединицво входномкодеи преобразователяполученногочисла ввыходнойпозиционный код.
Функциональнаясхема устройствапредставленана рис. 2. 5.
Разбиввходной коднадве части(разрядыХ{1:8} иX{9:16}) можноиспользовать ППЗУсорганизацией 256х4 бит (К556РТ4)длясоздания преобразователей“код-числоединиц” (ПР1, ПР2).Сумму будемформироватькак выходнойкодсумматора иразрядпереноса. Полученный5 - разрядный двоичный кодбудемиспользовать дляполученияна преобразователе “число - позиционный код” (ПР3 - ПР6)выходного кода.Выбор4 микросхемдляэтого преобразователяобусловленразрядностью выходногокода.
Такое устройствоможноиспользовать всистемах,в которыхдопустимоевремя формированиявыходногокода непревышает200 нс: действительно,задержкавыходного кодаtможет бытьвычислена по формуле:
t=t(ППЗУ)+t(SM)+t(ППЗУ)=2*t(K556РТ4)+t(К155ИМ3)= =70+40+70=180 нс, где
t(ППЗУ) - задержкавППЗУ, t(SM) -задержкасумматора.
Управляющаячасть устройства,представляющаясобой схемузадержкивходного сигналаСТРОБдля получениясигнала УСЧИТ,реализована посхеме, аналогичнойпредыдущей. СигналУСЧИТобразуется путемзадержкисигнала СТРОБнамаксимально возможноевремяформирования выходногокода.Для частотыГТИв5 МГц потребуетсязадержка наодинтакт.
Программированиемикросхем ПР1, ПР2будемпроводить, соответственно,потаблицам 2.5, 2.6, аПР3-ПР6 - по таблицам2.7 - 2.10.
Таблица 2.5. Кодировка ПЗУ ПР1 Таблица 2.6. Кодировка ПЗУ ПР2
Таблица 2.7. Кодировка ПЗУ ПР3
Таблица 2.8. Кодировка ПЗУ ПР4
Таблица 2.9. Кодировка ПЗУ ПР5
Таблица 2.10. Кодировка ПЗУ ПР6
Принципиальнаясхема управляющейчасти представленанарис. 2.6, а временнаядиаграмма работы-на рис. 2. 7.
Наэлементе DD1(Рис. 2. 2)реализована схемаформированиясигнала разрешениясчета (РАЗР),а наDD3.1 -схема определенияконцасчета. ЭлементDD3. 2используется дляполучениязаданной полярностивыходногосигнала.
Принципиальнаясхема операционнойчастиустройства, построеннаянаоснове функциональнойсхемырис. 2.5, изображенанарис. 2. 8.
3.РЕГИСТРОВАЯ РЕАЛИЗАЦИЯУСТРОЙСТВА.
Комбинационнаяреализация устройства,построеннаяна основеоперационногосинтеза, обладая(посравнению сосхемойна РПЗУ)лучшимбыстродействием,обладает недостатком -объемустройства растетпропорциональнодлине входногокода.
За основупостроениярегистрового вариантаустройстваположим идеюпреобразования входного параллельногокодав последовательныйспоследующим преобразованиемпоследовательногокода ввыходнойпараллельный. Такоепреобразованиедолжно начинатьсясмомента приходавходногокода исигналаСТРОБ изаканчиватьсянаступлением момента отсутствияво входномкодеединичных значенийсгенерацией импульсасчитыванияУСЧИТ. Задачапреобразованияраспадается надвеподзадачи: преобразованиевходногопараллельного кодавпоследовательныйи получениевыходногопараллельного позиционногокодапо последовательному.
Первую задачуможнорешать двумяпутями: использоватьмультиплексор илисдвиговыйрегистр. Дляпервоговарианта входнойкоднадо фиксироватьнавсе времяпреобразования.Для второговариантадостаточно выставитьвходнойкод навремясигнала СТРОБ.
Для выполнениявторойзадачи целесообразноформироватьпризнак очищения входногорегистраот единиц.Самоформирование выходногокодаможно выполнятьнасдвиговом регистре.Появлениекаждой единицывовходном кодебудетприводить ксдвигув выходномрегистрес последовательнымвводомвнегонуля. Такое построениепозволяетускорить процессобработки,поскольку последниенуливо входномкодепреобразованиюне подвергаются.
3.1. РАЗРАБОТКАБЛОК-СХЕМЫАЛГОРИТМА ИСОСТАВЛЕНИЕОПЕРАЦИОННОГО ОПИСАНИЯ.
Блок-схемаалгоритма повыбранномуварианту изображенанарис. 3.1. Соответствующееэтойблок-схеме операционноеописаниесинтезируемогоустройства представленонарис. 3. 2. СигналыУЗВХиУЗВЫэквивалентны иихможно заменитьсигналомУЗАП. Проверкунаноль регистра РГВХможноосуществить спомощьюоперации ИЛИ-НЕ. Текстмикропрограммы,учитывающей вышесказанное,представленна рис. 3. 3. Регистрвходногокода (РГВХ) сдвигаетсявлево, встаршийразряд приэтомзаносится ноль.Выходнойрегистр сдвигаетсявправо,в младшийразрядкоторого такжезаноситсяноль.
Микропрограмма 1
Микропрограмма ПРЕОБРАЗОВАНИЕ1
Переменные:
входные : Х{1:16}, СТРОБ;
внутренние: РГВХ{1:16}, РГВЫ{1:16};
выходные : Y{1:16}=РГВЫ{1:16}, УСЧИТ;
Признаки :
Р1=СТРОБ;
Р2=(РГВХ{1:16}=0);
Р3=РГВХ{Х1};
Процедура
М1 если ¬Р1,тоМ1;
УЗВХ: РГВХ=Х;
УЗВЫ: РГВЫ{1:16}=1;
М2 еслиР2, тоМ4;
если¬Р3,тоМ3;
УСВЫ: РГВЫ=0.РГВЫ{1:15};
М3 УСВХ: РГВХ=РГВХ{2:16}.0;
идтикМ2;
М4 УСЧИТ: ;
конец .
Рис. 3. 2. Микропрограмма1.
Микропрограмма 2
Микропрограмма ПРЕОБРАЗОВАНИЕ1
Переменные:
входные : Х{1:16}, СТРОБ;
внутренние: РГВХ{1:16}, РГВЫ{1:16};
выходные : Y{1:16}=РГВЫ{1:16}, УСЧИТ;
Признаки :
Р1=СТРОБ;
Р2=¯РГВХ{1:16};
Р3=РГВХ{Х1};
Процедура
М1 если ¬Р1,тоМ1;
УЗАП: РГВХ=Х; РГВЫ{1:16}=1;
М2 еслиР2, тоМ4;
если¬Р3,тоМ3;
УСВЫ: РГВЫ=0.РГВЫ{1:15};
М3 УСВХ: РГВХ=РГВХ{2:16}.0;
идтикМ2;
М4 УСЧИТ: ;
конец .
Рис. 3. 3.
Микропрограмма2.
3. 2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯСХЕМАРЕГИСТРОВОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ.
Функциональнаясхема операционногоавтомата,составленная всоответствиис микропрограммой 2, изображенанарис. 3. 4.
3. 2. 1.УПРАВЛЯЮЩИЙАВТОМАТ СЖЕСТКОЙЛОГИКОЙ.
Управляющийавтомат сжесткойлогикой будемреализовыватьв видеконечногоавтомата. Нарис. 3. 5представлены граф - схемыалгоритмовдля автоматовМура (a)иМили(б), соответствующие микропрограмме нарис. 3. 3. Графыпереходовдля автоматовМураи Мили,полученныеиз граф-схемалгоритмов,изображены нарис. 3. 6.Будем строитьавтоматМили, поскольку он имеет два состояния и реализуется на одном JK-триггере.
Таблица 3.1.
Наосновании таблицыпереходови выходовУА (таблица3.1) последоопределениязапрещенных комбинацийполучимвыражения дляуправляющихсигналов ифункциювозбуждения триггера:
УЗАП=Р1*¬ Q;
УСВХ=¬Р2*Q;
УСЧИТ=Р2*Q;
УСВЫ=Р3*УСВХ;
J= Р1;
K=P2.
Функциональнаясхема УАпредставленана рис.3.4а.
Рис 3.4.а. Функциональная схема УА регистровой
реализации устройства
Таблица 3.2.
Таблица 3.3.
3. 2. 2УПРАВЛЯЮЩИЙАВТОМАТ СПРОГРАММИРУЕМОЙЛОГИКОЙ.
Каноническаяформа микропрограммы синтезируемогоустройстваприведена втаблице3. 2. Прииспользовании принудительнойадресациистроки 4и5, 6и7, 8и9 можнообъединить.Тогда каноническаяформаоперационного описаниядляслучая принуди-тельнойадресации примет вид,представленныйв таблице3. 3.
Формат микрокомандыдляпринудительнойадресации представленнарис. 3. 7. Дляестественнойадресации микрокомандыпредставляютсяв двухформатах,показанных нарис. 3. 8 .Первый разрядмикрокомандыопределяет признак:0 - операционная,1 - управляющаямикрокоманда. Поканоническимоперационным описаниямполучаем кодовыевыражениямикропрограмм ( таблицы 3.4, 3.5).Для хранениямикропрограммыс естественнойадресациейтребуется 80бит (табл.3.4),адляУА спринудительнойадресацией - 70бит (табл.3.5).Принимаемпринудительныйспособ адресации.Функциональнаясхема УАспринудительнойадресацией представленанарис. 3. 9.
Рис. 3.7.Форматмикрокоманды спринудительнойадресацией.
Рис. 3.8.Форматымикрокоманд сестественнойадресацией.
Таблица 3.4.
Таблица 3.5.
Управляющиесигналы формируютсярегистроммикрокоманды (РМК),в которыймикрокомандапереписываетсяизПЗУмикрокоманд поадресу,находящемуся всчетчикеадреса (СЧА). Начальныйадрес (000) устанавливаетсясигналомСБРОС , иУАожидает приходасигналаСТРОБ дляпродолженияработы. Припостроениипринципиальнойсхемы выбираемУАс жесткойлогикой,поскольку онимеетболее простуюорганизацию,чем УАспрограммируемойлогикой. ПринципиальнаясхемаУАс микропрограммнымуправлениемпредставлена нарис.3.9а.
Рис.3.9а.
Принципиальнаясхемамикропрограммного УА.
Рис.3.9а. Принципиальнаясхема микропрограммного
УА (Продолжение).
3. 3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯСХЕМАРЕГИСТРОВОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ.
Примем вкачествеэлементной базымикросхемысерии К155,таккак ониобеспечиваютустойчивую работуначастоте 5МГц.
Принципиальнаясхема устройства,построеннаяна основефункциональнойсхемы, представленнойнарис. 3. 4, итаблицыпереходов ивыходовУА (табл. 3.1),приведена нарис. 3.10,а временныедиаграммыее работы - нарис. 3.11.
Входной регистрирегистр преобразованияпостроенына парахсдвиговыхрегистров К155ИР13.Придвух единицахнавходах S0, S1 врегистры заноситсяпараллельныйкод. ПриS0=0,а S1=1осуществляетсясдвиг влево. Приинверсиисигналов производитсяобратныйсдвиг. Для регистрапреобразованиясигнал УСВЫбудемтактировать:
УСВЫ=(УСВХ*Р3)t=(¬УСВХ¯¬P3)/t.
Устройствотребует длясвоегопостроения 11корпусовмикросхем.
|
|
|
|
|
|
|
|
4. ПРОГРАММНАЯРЕАЛИЗАЦИЯФУНКЦИИ УСТРОЙСТВА.
Алгоритмпрограммы, реализующейфункции заданногоустройства,приведен нарис. 4.Программа реализующаяданныйалгоритм приведенавтаблице 4.
Таблица 4.
