Министерство РФ по связи и информатизации

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра «Информатика и Вычислительная техника»

Сдана на проверку Допустить к защите

«____»____________2013г. «____»____________2013г.

Защищена с оценкой _____

«____»____________2013г.

Курсовая работа

Аппаратный и программный подходы к синтезу цифровых устройств

Пояснительная записка

на 15 листах

Студент группы __________ /

Руководитель __________ /

№ зачетной книжки

Самара

2013г.

Рецензия Оглавление

1.1. Постановка задачи 3

1.2. Решение поставленной задачи 4

1.2.1. Синтез счетчика по модулю N 4

1.2.2. Синтез преобразователя кода 6

1.2.3. Расчет быстродействия и потребляемой мощности 10

2. ПРОГРАММНЫЙ СИНТЕЗ 12

2.1. Постановка задачи 12

2.2. Решение поставленной задачи 12

1. Аппаратный синтез

1.1. Постановка задачи

На «жесткой» логике разработать генератор блоков из N 2-разрядных двоичных слов постоянной структуры (значения и порядок следования двоичных слов в блоках неизменны) с оценкой его быстродействия и потребляемой мощности.

Функциональная схема генератора представлена на рис. 1. Требуемая длина блока устанавливается с помощью n-разрядного счетчика по модулю N. Счетчик работает циклами, обеспечивая тем самым непрерывную последовательность блоков. Каждому i-у состоянию счетчика в цикле ставится в соответствие определенное 2-разрядное двоичное слово у₁у₀. Поскольку разрядность слов не совпадает с разрядностью счетчика, а также с целью реализации заданной структуры блока в устройство введен преобразователь кода.

Таблица 1. Исходные данные

Структура блока, DEC	199516
Номер двоичного слова в блоке	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Значение двоичного слова в блоке, BIN	00	11	10	10	11	01	00	00	11
Базис реализации	И – НЕ
Направление счета счетчика	Прямое (суммирование)

1.2. Решение поставленной задачи

Счетчик по модулю N является источником сигналов для преобразователя кода. На этом основании решение поставленной задачи целесообразно провести в следующей последовательности: 1) синтез счетчика по модулю N, 2) синтез преобразователя кода и 3) оценка быстродействия устройства и потребляемой им мощности.

1.2.1. Синтез счетчика по модулю n

Хорошей моделью счетчика с произвольным модулем счета является упрощенный автомат Мура, представленный на рис. 2, где ЗЭ_i – i-й запоминающий элемент (триггер), а КЦУ формирует сигналы a_1, …, a_n управления триггерами, одновременно обнаруживая последнее из «разрешенных» состояний автомата. Следовательно, для построения счетчика по модулю N можно воспользоваться стандартной методикой синтеза ПЦУ. Однако промышленностью выпускаются интегральные (в виде микросхемы, чипа) двоичные счетчики, правда, по модулю 2ⁿ. Тем не менее, этот факт упрощает задачу синтеза счетчика по модулю N<2ⁿ. Действительно, в этом случае достаточно к базовому (интегральному) счетчику добавить КЦУ (рис. 3) – схему установки начального состояния (СУНС). Задачей СУНС является обнаружение в последовательности состояний счетчика первого же «запрещенного» состояние и сформировать соответствующий сигнал z, устанавливающий счетчик в начальное состояние. При этом время, в течение которого счетчик будет пребывать в «запрещенном» состоянии, обычно значительно меньше длительности такта. Поэтому на практике допустимо считать, что за последним из «разрешенных» состояний счетчика сразу следует его начальное состояние.

Рис. 1. Упрощенный автомат Мура Рис. 2. Счетчик по модулю N<2ⁿ

Таким образом, синтез счетчик по модулю N можно построить на основе

4-разрядного реверсивного счетчика. При этом методика синтеза заключается в следующем:

1. Выбирается серия интегральных схем и в ней конкретная микросхема базового счетчика.

Основным критерием выбора серии обычно является степень полноты ее функционального состава. С этой точки зрения предпочтение следует отдать серии интегральных схем широкого применения К155, которая, кстати, электрически совместима с сериями К555 и К1533.

При выборе микросхемы базового счетчика следует исходить из соображений простоты схемной реализации заданного модуля счета. Так, при необходимости использования суммирующего счетчика в зависимости от комплектации серии на момент разработки и требуемого модуля счета можно выбрать микросхему суммирующего счетчика – К155ИЕ4 или К155ИЕ5, либо микросхему реверсивного счетчика – К155ИЕ6 или К155ИЕ7. В первом случае упрощается структура СУНС, а во втором – отпадает сама необходимость ее использования. Если же необходим вычитающий счетчик, выбрать следует микросхему реверсивного счетчика, поскольку только вычитающие счетчики промышленностью не выпускаются.

2. В соответствии с заданным модулем счета N для выбранного реверсивного счетчика устанавливается последовательность смены его состояний. В случае реверсивного счетчика и при отсутствии специальных требований начальное состояние следует выбирать из соображений исключения СУНС. Этого можно добиться путем использования сигналов на выходах «≤0» и «15» счетчика для принудительной его установки в требуемое состояние.

В случае использования СУНС проводится ее синтез. При этом ключевое значение имеют начальное состояние и направление счета счетчика. Так, при стандартном начальном состоянии и суммирующем счетчике СУНС должна обнаруживать число К = N-1, а вычитающем счетчике – К = 2ⁿ-1-N. Отсюда следует, что СУНС достаточно анализировать лишь те двоичные разряды числа К, которые имеют единичное (суммирующий счетчик) или нулевое (вычитающий счетчик) значение.

3. В соответствии с требованиями ЕСКД (приложение 1) вычерчивается структурная схема разработанного счетчика, сопровождаемая спецификацией, и приводятся временные диаграммы, отражающие принцип его работы, с указанием на них десятичного номера каждого состояния.

Спецификация – это таблица, в каждой строке которой отражены номер или номера корпусов микросхем одинакового функционального назначения, маркировка микросхемы, характерные для нее среднее время задержки распространения сигнала и потребляемая мощность, количество таких микросхем, задействованных в данной структурной схеме.

Спецификация:

№ м/с	Тип м/с	Мощность потребления, мВт	Среднее время задержки, нс
D1	К155ИЕ7	510	42,5

Для примера рассмотрим задачу синтеза реверсивного счетчика по модулю 9 (N = 9). В этом случае отпадает необходимость в СУНС. Действительно, приняв начальным состоянием 6, для его установки достаточно воспользоваться сигналом с выхода « 15» счетчика. Тогда структурная схема требуемого счетчика будет иметь вид, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Счетчик по модулю 9 на базе реверсивного счетчика