Синтез цифрового автомата (стр. 1 из 5)
Синтез цифрового автомата
Содержание
Введение
1. Принцип построения цифровых устройств
2. Основные понятия о цифровом автомате
3. Разработка цифрового автомата по алгоритму функционирования
3.1 Определение состояний цифрового автомата по алгоритму, построение графа
3.2 Получение аналитических выражений, преобразование в заданный базис.
4. Выбор микросхем, их учет и расчет мощности, потребляемой ЦА
5. Исследование цифрового автомата на переходе
Заключение
Список литературы
Введение
Отрасль связи является одной из наиболее перспективных отраслей народного хозяйства с точки зрения возможностей применения средств цифровой и микропроцессорной техники. К числу областей возможного применения микропроцессоров (МП) на предприятиях, учреждениях и в системах связи наряду с такими признанными направления, как управление системами коммутации каналов и сообщений, автоматизация проектирования, относятся: создание автоматизированных систем управления технологическими процессами и информационно-измерительных систем, обеспечивающих автоматизацию измерений, контроля исправности аппаратуры и линий, управление, а также расширение сервисных услуг, предоставляемых абонентам, возможностей оконечных устройств системы связи и многое другое. Информационно-измерительные и управляющие цифровые и микропроцессорные системы предназначены для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов, а также для управления ими. Как правило, микропроцессорные системы (МПС) содержат МП или микро-ЭВМ и средства измерения и первичного преобразования информации (датчики), сбора (коммутации) сигналов датчиков, их первичной обработки, передачи данных на расстояние, исполнительные органы, средства отображения (дисплеи, графопостроители, электрические печатающие устройства и др.). Итак, при проведении измерений параметров каналов связи, либо при приеме телеметрической информации в ЭВМ зачастую возникает необходимость обеспечить сбор данных. Следует, например, последовательно опрашивая аналоговые каналы, преобразовывать аналоговые измерительные или телеметрические сигналы, поступающие по ним, в цифровую форму и помещать их в ОП (ОЗУ) с целью последующей их обработки и отображения.
Внедрение микропроцессорной, и вообще цифровой, техники в устройства управления промышленными объектами требует от специалистов самого различного профиля быстрого освоения этой области знания. В процессе разработки функциональных схем цифровых устройств отчетливо выделяются два характерных этапа. На первом этапе, который можно назвать структурным проектирование, заданный неформально алгоритм разработчик представляет в виде последовательности некоторых операторов, таких, как получение результата, счет, преобразование кода, передача информации. При этом он старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. При использовании этих операторов, как правило, алгоритм можно представить довольно небольшим их числом. Структура алгоритма становится обозримой, понятной, легко читаемой и однозначной. На основе полученной структуры алгоритма формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. По техническим требованиям в качестве функциональных узлов схемы можно применить либо готовые блоки в интегральном исполнении, либо, если таких микросхем в наличии нет, синтезировать их из более простых элементов. Подобный синтез первоначально производится при помощи алгебры логики, после чего по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже их аналогов в интегральном исполнении. К этому приводят следующие обстоятельства: большее время задержки, большие габариты, большее потребление энергии. Поэтому результативного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь: выбрать наиболее приемлемый вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, по возможности знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач. Знание наиболее распространенных инженерных приемов в проектировании устройств позволит в будущем сразу воспользоваться готовой схемой, не занимаясь бесполезной работой. Необходимо заметить, что реализация схемы гораздо сложнее, чем простое решение задачи в алгебре логики и наборе полученной функции из логических элементов. В действительности даже, казалось бы, самые простые элементы, необходимо включать по определенной схеме, знать назначения всех выводов. Необходимо знать, чем различаются элементы в пределах серии. Понимание внутренней логики микросхемы особенно важно именно для специалистов по автоматике и промышленной электронике, поскольку цифровые микросхемы изначально создавались для выполнения строго определенных функций в составе ЭВМ. В условиях автоматики и радиотехники они часто выполняют функции, не запланированные в свое время их разработчиками, и грамотное использование микросхем в этих случаях прямо зависит от понимания логики их работы. Хорошее знание тонкостей функционирования схем узлов становится жизненно необходимым при поиске неисправностей, когда нужно определить, имеется ли неисправность в данном узле или же на его вход поступают комбинации сигналов, на которые схема узла не рассчитана. Составление тестов, а тем более разработка само проверяемых схем также требуют очень хороших знаний принципов работы узлов.
1. Принцип построения цифровых устройств
Обработка информации может осуществляться двумя методами: аналоговым, при котором участвующие в обработке величины представляются в аналоговой форме (обычно уровнями напряжения или тока), или цифровым, при котором величины представляются в цифровой форме и сама обработка сводится к последовательности действий (операций) над числами.
В зависимости от используемого метода обработки различают два типа аппаратуры: аналоговая, в которой используется аналоговый метод обработки, и цифровая, в которой применяется цифровой метод обработки. В цифровой аппаратуре основным устройством, в котором непосредственно выполняется обработка, является процессорное устройство.
Процессорное устройство (как и всякое сложное цифровое устройство) синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего (рис. 1).
Рисунок 1. Структура процессорного устройства.
Операционное устройство – устройство, в котором выполняются операции. Оно включает в себя регистры, сумматор, каналы передачи информации, мультиплексоры для коммутации каналов, шифраторы, дешифраторы и т.д. Управляющее устройство координирует действия узлов операционного устройства; оно вырабатывает в определенной временной последовательности управляющие сигналы, под действием которых в узлах операционного устройства выполняются требуемые действия.
Процесс функционирования операционного устройства распадается на определенную последовательность элементарных действий в его узлах. Перечень таких элементарных действий включает в себя:
1) установку регистра в некоторое состояние (например, запись в регистре числа 0, обозначаемую Ri
0);2) инвертирование содержимого разрядов регистра (например, если регистр R2 содержит число 101101, то после инвертирования его содержимое будет 010010, такое действие обозначают R2
( 
));3) пересылку содержимого одного узла в другой узел (например, пересылку регистра R1 в регистр R2, обозначаемую R2
(R1));4) сдвиг содержимого узла влево, вправо (например, сдвиг на один разряд влево содержимого узла R1, обозначаемый R1
С Л(R1));5) счет, при котором число в счетчике возрастает или убывает на единицу (Сч
(Сч) 
1);6) сложение (например, R2
(R2)+(R1));7) сравнение на равенство содержимого регистра с некоторым числом, результат сравнения лог. 1 в случае выполнения равенства и лог. 0 в случае невыполнения равенства;
8) некоторые логические действия (поразрядная дизъюнкция, конъюнкция и т.д.).
Каждое такое элементарное действие, выполняемое в одном из узлов операционного устройства в течение одного тактового периода, называется микрооперацией.
В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций, например, R2
0; Сч (Сч) + 1. Такая совокупность одновременно выполняемых операций называется микрокомандой, а весь набор микрокоманд, предназначенный для решения определенной задачи, – микропрограммой.Таким образом, если в операционном устройстве предусматривается возможность исполнения n различных микроопераций, то из управляющего устройства выходят n управляющих цепей, каждая из которых соответствует определенной микрооперации. И если в операционном устройстве необходимо выполнить некоторую микрооперацию, то достаточно из управляющего устройства по определенной управляющей цепи подать сигнал (например, уровень лог. 1). Вследствие того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т.е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, оно получило название микропрограммный автомат.