Содержание

1.1. Постановка задачи 2

1.2. Решение поставленной задачи 2

1.2.1. Синтез счетчика по модулю n 2

1.2.2. Синтез преобразователя кода 5

1.2.3. Расчет быстродействия и потребляемой мощности 8

Список литературы 9

Аппаратный синтез

1.1. Постановка задачи

Требуется разработать генератор блока из N 2-разрядных двоичных слов на «жесткой» логике. Функциональная схема генератора представлена на рис. 1, где n указывает разрядность шины выходных сигналов счетчика.

Вариант.

m2m1=12

Структура блока – 856009

Таблица 1– Исходные данные.

Структура блока, DEC	856009
Номер кодового слова в блоке	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Значение кодового слова в блоке, BIN	11	01	00	00	11	11	11	00	10	01
Базис реализации	ИЛИ–НЕ
Направление счета счетчика	Прямое(суммирование)

1.2. Решение поставленной задачи

Как видно на рис. 1, 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;

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, где ЗЭ_i– i-й запоминающий элемент (триггер), а КЦУ формирует сигналы a_1, …, a_n управления триггерами, одновременно обнаруживая последнее состояние цикла работы автомата. Следовательно, для построения счетчика по модулю N можно воспользоваться стандартной методикой синтеза ПЦУ.

Однако двоичные счетчики, правда, по модулю 2ⁿ, выпускаются промышленностью в интегральном исполнении (микросхема, чип). В результате задача синтеза счетчика по модулю N < 2ⁿ упрощается.

Действительно, в этом случае запоминающие элементы автомата Мура представляются интегральным счетчиком по модулю 2ⁿ (базовым счетчиком), а КЦУ – схемой установки начального состояния (СУНС). Задачей СУНС является обнаружение в последовательности состояний базового счетчика первого из «запрещенных» (вне цикла работы автомата) состояний и формирование соответствующего сигнала z, устанавливающего 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 состоянием цикла работы автомата сразу следует его начальное состояние.

Таким образом, синтез счетчика по модулю N целесообразно проводить на основе базового двоичного счетчика по модулю 2ⁿ > N. При этом методика синтеза заключается в следующем:

1. Определяется минимально необходимое число разрядов n базового счетчика:

n =  log₂(10) ,

n=3

где  х  – наименьшее целое, не меньшее х.

2. Выбирается серия интегральных микросхем 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 микросхем широкого применения К155, кстати, электрически совместимой с сериями К555 и К1533.

При выборе микросхемы (МС) 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 МС суммирующего счетчика – К155ИЕ4 или К155ИЕ5, либо МС реверсивного счетчика – К155ИЕ6 или К155ИЕ7. В первом случае упрощается структура СУНС, а во втором – отпадает сама необходимость ее использования. Если же необходим вычитающий счетчик, следует выбрать МС реверсивного счетчика, поскольку только вычитающие счетчики промышленностью не выпускаются.

3. В соответствии с заданным модулем счета N для выбранного базового счетчика устанавливается последовательность смены его состояний. При этом и в отсутствии специальных требований к начальному состоянию цикла работы устройства в случае использования суммирующего базового счетчика в качестве начального удобно выбрать стандартное (нулевое) состояние. В случае же использования реверсивного счетчика начальное состояние следует выбирать из соображений исключения СУНС. Этого можно добиться путем использования сигналов на выходах «≤0» и «15» счетчика для его принудительной установки в требуемое состояние. Хотя, конечно, можно задаться и стандартным (единичным) для вычитающего счетчика начальным состоянием, но тогда опять-таки необходима СУНС.

4. 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, 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.

5. 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, использованных в данной структурной схеме.

Для примера рассмотрим задачу синтеза суммирующего счетчика по модулю 5 (N = 5). Для ее решения требуется базовый счетчик разрядностью n =  log₂(5) = 3. В качестве такого счетчика примем МС К155 ИЕ5/ Как видно, этот счетчик допускает только стандартное начальное состояние (Q_н = 0). Поэтому решение задачи требует использования СУНС, причем она должна вырабатывать активный сигнал принудительной установки счетчика в начальное состояние сразу после его перехода в пятое (Q_н + N = 0 + 5 = 5) состояние. В двоичной системе счисления число 5 имеет значение 101 (используются вход С2 и, соответственно, 3 старших разряда счетчика). Следовательно, правила работы СУНС будут описываться таблицей истинности, представленной табл. 3.

На основании табл. 3 нетрудно записать ФАЛ, описывающую закон функционирования СУНС: z = q₂  q₀, которая в заданном минимальном базисе (пусть И-НЕ) принимает вид:

z =  .

Таким образом, получаем структурную схему суммирующего счетчика по модулю 5.

Спецификация:

№ МС	Тип МС	Мощность потребления, мВт	Среднее время задержки, нс
D1	К155ИЕ5	265	135
D2	К155ЛА3	135	18,5
D3	К155ЛН2	165	35

В качестве базового счетчика можно было выбрать и 4-разрядный реверсивный счетчик, например, К155ИЕ7. В этом случае отпадает необходимость в СУНС. Действительно, приняв начальным состояниемQ_н = 2ⁿ-1-N = 15-5 = 10 (десятое), для его установки достаточно воспользоваться сигналом с выхода «15» счетчика.