работа "Синтез дискретных устройств управления" (стр. 4 из 5)

При переходе от структурной схемы к функциональной надо также помнить, что у реального счетчика только один счетный вход “+1”. Таким образом, необходимо объединить два сигнала так, чтобы переключение происходило при подаче любого из них. Учитывая, что один из этих сигналов - импульсная микрокоманда и допустимо переключение счетчика как по переднему, так и по заднему фронту этой микрокоманды, мы можем объединить эти сигналы с помощью элемента “исключающее ИЛИ”. Построив графики напряжений, можно убедиться, что в данном случае допустим только такой элемент. (Что будет, если вместо него поставить элемент “ИЛИ”?).

Общая функциональная схема часов представлена на рис. 20. На этой схеме не реализованы схемы индикаторных преобразователей. Они могут быть легко построены с помощью известных методов.

Рис. 20

2. Программа курсовой работы

Построенная выше конечно-автоматная модель описывает самую простую схему электронных часов. Сравнительно несложная модификация этой простой схемы может привести к существенному увеличению функциональных возможностей часов. Именно такую модификацию и предлагается выполнить студенту в курсовой работе. Перечислим некоторые возможности, которые легко могут быть добавлены к основной схеме часов:

1. Отображение секунд и “сброс” секунд (точная подводка часов);

2. Звуковая сигнализация каждый час и возможность ее отключения;

3. Отображения дня недели (и его коррекция);

4. Отображение числа, месяца, года (и их коррекция);

5. Секундомер с разнообразными функциями;

6. Будильник;

7. Замедление-ускорение хода часов при данном генераторе (например, стабильный, но не вполне точный генератор выдает тактовый импульс приблизительно каждые 10 микросекунд)

Содержанием работы является синтез функциональной схемы электронных часов по описанию их дополнительных возможностей кроме простого отображения времени.

Работа выполняется в шесть этапов.

1. Построить граф управляющего автомата часов и дать пояснения к нему. Пояснения предполагают описание логического смысла каждого состояния, перечень визуальной информации, выводимой на индикаторы, а также порядок использования всех тех возможностей часов, которые перечислены в задании.

2. Изобразить общую структурную схему электронных часов с указанием всех необходимых управляющих микрокоманд (импульсных и потенциальных). Функции каждого блока структурной схемы должны быть пояснены. Должны быть даны также пояснения функции всех управляющих микрокоманд.

3. Провести кодирование входных и выходных воздействий и состояний автомата.

4. Построить минимизацию функций блоков F и Fi.

5. Построить общую функциональную схему. При этом необходимо четко описать алгоритм работы и уметь объяснить принцип проектирования всех блоков.

6. Определить (приблизительно) площадь микросхемы, реализующей построенную функциональную схему при современной плотности компоновки транзисторов.

После выполнения первых трех этапов задания, до этапа кодирования, студент должен представить результат преподавателю.

Примечание. При построении схемы, возможно, придется добавить входные кнопки и/или специальные индикаторы для отображения реализации специфических функций часов.

3. Пример выполнения двух первых этапов курсовой работы

Продемонстрируем пример выполнения курсовой работы на примере построения функциональной схемы электронных часов, выполняющих кроме коррекции часов и минут также и функции секундомера.

Граф управляющего автомата

Граф управляющего автомата представлен на рисунке 21.

Рис. 21

Описание состояний и переходов управляющего автомата

time - состояние отображения текущего времени. На индикаторах значения часов и минут.

Minutes correction - состояние корректировки минут. При переходе в это состояние гаснет левая половина индикатора. Однократное нажатие кнопки “b” добавляет единицу к значению минут, отображаемому в правой половине индикатора.

Hours correction - состояние корректировки часов. Свидетельством того, что часы готовы к корректировке часов, является погасшая правая половина индикатора. Однократное нажатие кнопки “b” добавляет единицу к значению часов, отображаемому на экране в левой половине индикатора.

Sec.stop - состояние остановленного секундомера. На индикаторах - минуты и секунды секундомера. В этом состоянии секундомер не отсчитывает время. Нажатием кнопки “b” возможно сбросить накопленное отображаемое значение, нажатием кнопки “a” - запустить секундомер.

Sec.run - состояние запущенного секундомера. На индикаторах - идущее время (минуты и секунды) секундомера. Нажатием кнопки “а” можно остановить секундомер (иначе говоря, перевести его в состояние Sec.stop)

Описание импульсных выходов управляющего автомата.

z1 - увеличение значения минут;

z2 - увеличение значения часов;

z3 - сброс текущего значения секундомера.

Общая структурная схема

Схема представлена на рисунке 22. Счетчики 1-6 нужны для счета текущего времени, отдельные счетчики 7-10 для подсчета счета времени секундомера.

В этих часах, в отличие от ранее рассмотренных, на индикатор в разных состояниях может подаваться информация с разных счетчиков. Для подачи информации со счетчиков на ИП будем использовать так называемую мультиплексирующую схему (МС).

Рис. 22

Мультиплексирование - это выбор одного сигнала из нескольких. В зависимости от напряжения на управляющих входах МС на ее выход могут подаваться сигналы с различных информационных входов. Зададим алгоритм работы МС так:

- при подаче на управляющий вход ”С” логической единицы, информация на выходы J1 - J4 поступает со входов I1 - I4 соответственно;

- при подаче на управляющий вход С логического нуля, информация на выход поступает со входов I5-I8.

В результате, например, на выходе J2 может быть сигнал либо со входа I2, либо со входа I6 (в зависимости от С).

Необходимо добавить, что в том случае, когда сигнал, поступающий со счетчика на вход МС, имеет меньше четырех разрядов, на старшие разряды соответствующего входа МС должен быть подан логический ноль (незначащие нули не высвечиваются). Итак, в нашем случае для управления МС необходима одна потенциальная микрокоманда.

Все необходимое управление можно осуществить с помощью следующих микрокоманд:

· импульсные:

i1 - добавить единицу в счетчик минут;

i2 - добавить единицу в счетчик часов;

i3 - обнулить счетчики секундомера;

· потенциальные:

L1 - подключение счетчиков секундомера к генератору тактовых импульсов. При наличии этого сигнала секундомер запускается, при отсутствии - останавливается.

L2 - управление МС, которая позволяет выводить на индикаторы текущее время или время секундомера.

L3, L4 - управление подачей сигналов непосредственно на индикаторы с целью отключения некоторых разрядов при корректировке времени.

Выполнение остальных этапов курсовой работы по этому заданию не должно вызывать затруднений. Образец выполнения всей курсовой работы приведен в Приложении.

Для выполнения 6-го этапа следует знать число транзисторов для построения счетчиков и индикаторных преобразователей, а также плотность компоновки транзисторов. Эти числа таковы:

ЭЛЕМЕНТ	КОЛИЧЕСТВО ТРАНЗИСТОРОВ
Инвертор	4
И	4
ИЛИ	6
И / ИЛИ	6
исключающее И	12
исключающее ИЛИ	10
D - триггер	20
Счетчик	16 * n , где n - количество двоичных разрядов
Индикаторный преобразователь	400

Число транзисторов, которые могут быть размещены в одном кристалле, составляет - при средней степени интеграции - несколько тысяч, при высокой - несколько сотен тысяч. Нашу оценку будем производить из расчета 1000 транзисторов на одном квадратном миллиметре площади кристалла.

4. Варианты курсовых работ

Список функций часов, предлагаемых к реализации в дополнение к базовым (отображение и корректировка минут и часов текущего времени):

A - дополнительное отображение и корректировка кроме минут и секунд:

0. нет

1. секунд (корректировка сбросом в 0)

2. дня недели

3. числа и месяца

B - корректируемое значение:

0. мерцает (остальные индикаторы высвечиваются постоянно)

1. высвечивается постоянно (остальные индикаторы погашены)

C - корректировка десятков и единиц:

0. совместная

1. раздельная

D - режим работы часов:

0. 12-и часовой (с указанием a.m. или p.m.)