4. Создание (синтез) уу – устройства, выполняющего команды v0-v7. A) Структурная схема уу.
Управляющее устройство содержит комбинационные устройства КУ1 и КУ2, память и схему запуска.
Комбинационное устройство КУ1 формирует сигналы q1, q2, q3, q4 управляющие триггерами T1, T2, T3, Т4 памяти УУ, что обеспечивает переход УУ из состояния a0 в состояние a1, из a1 в a2 и т.д.
Рисунок 2 – Структурная схема УУ.
схема
запуска и сброса
КУ1
КУ2
Автоматическое
устройство переключения от такта к
такту
Т
счетчик
И ТИ
qn Qn Vm
ОС W
б) Считаем, что переключающее устройство строится на триггерах с выходами Q. Определю необходимое количество триггеров для выполнения всех команд:
,
где М – количество рабочих состояний (тактов).
Также учитывается 1 состояние покоя.
,т.е.
m=4.
После подачи импульса запуска КА должен отработать полный рабочий цикл, выдавая на каждом из тактов требуемые уровни выходных сигналов V1 – V7. В конце 9 такта КА должен сформировать сигнал W=1 сброса, которым он будет переведен в состояние покоя.
в) Составляю таблицу функционирования УУ.
Таблица 3.
|
Такт (состояние) |
Текущее состояние КА |
Выходные сигналы | ||||||||||
|
|
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
V5 |
V4 |
V3 |
V2 |
V1 |
V6 |
V7 |
W |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
Х |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
10-15 |
Остальные |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х |
Х | |||
г) Алгоритм работы КА можно представить и в виде графа:
Рисунок 3
Здесь а1…а9 – рабочие состояния КА, а0 – состояние покоя.
д) Построю комбинационное устройство КУ, которое вырабатывает сигналы V1-V7 и W, имея на входах сигналы Q1-Q4. Т.е. синтезирую счетчик на основе JK-триггеров.
Таблица 4
|
Такт J |
Предшествующие состояния триггеров (входные сигналы КУ1) на j-такте |
Последующие состояния триггеров на (j+1)-такте |
Выходные сигналы КУ1 (управляющие триггерами) на j-такте | |||||||||
|
Q4(tj) |
Q3(tj) |
Q2(tj) |
Q1(tj) |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
q4 |
q3 |
q2 |
q1 | |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
|
10/15 |
остальные |
Х |
X |
X |
X |
Х |
X |
X |
X | |||
е) По таблице 4 составляю комбинационную схему в СДНФ. Видно, что q1=1. Выпишу СДНФ для q2,q3,q4 и минимизирую их с помощью карт Карно-Вейча.
Для минимизации выражений также использую безразличные состояния Х.
Для формирования сигналов q1, q2 ,q3, q4 использую встроенную логику ЗИ JK- триггеров. В результате память КА, вместе с КУ1 превратится в счетчик с параллельным переносом. Комбинационное устройство КУ2, имея на своих входах сигналы Q1, Q2, Q3, Q4 должно формировать выходные сигналы V1, V2,…V7, W согласно таблице 3. Формулы для МДНФ выходных переменных V1, V2,…V7, W позволяют построить принципиальную схему КУ2, чем и завершается синтез УУ.
Рисунок 4 – Схема синтезированного устройства КУ1 – счетчика с параллельным переносом
ж) Аналогично составляю функции для V1-W в СДНФ и синтезирую КУ2, используя таблицу 3.
Минимизирую выражения с помощью карт Карно-Вейча:
Получаю МДНФ:
Рисунок 5 - Схема КУ2
з) Строю схему запуска и сброса.
Рисунок 6 - Схема запуска
КА работает в том случае, если на его вход подаются тактовые импульсы ТИ, которые считаются счетчиком и заставляют его срабатывать. Таким образом, должна присутствовать схема запуска, которая подает ТИ от генератора на УУ. Еe выключение прекращает подачу ТИ.
Схема запуска и сброса может быть организована на ЛЭ «И» и RS–триггере (рис.6). Если на вход S триггера подать запускающий импульс, то на выходе Q появляется 1 и открывает схему «И». Когда вырабатывается команда СТОП, на вход R триггера подается сигнал W=1, на выходе Q появляется 0, и схема «И» перестает пропускать ТИ. Одновременно сигнал W подается на R-асинхронные входы триггеров, осуществляя их сброс (обнуление).
Рисунок 7 – Общая схема УУ
Схема
запуска
КУ2
КУ1+память=счетчик