Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
Кафедра САПР
Синхронные двоично-десятичные счётчики
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “Микросхемотехника”
Выполнил: студ. Гагарин Г. С.
Группа: 4322
Проверил: Фахми Ш. С.
Санкт – Петербург
2007 г.
Содержание
Содержание 2
Введение 3
Рис. 1. Временная диаграмма работы трехразрядного счетчика. 3
3
1. Теоретическая часть 4
1.1. Техническое задание 4
2.2. Разработка граф схемы автомата. 5
2.3 Описание функционирования двоично-десятичного счетчика. 6
2.5 Схемы подключения для реализации в системе на кристалле 8
3. Практическая часть 10
3.1 Описание сборки цифрового устройства в САПР MaxPlus. 10
3.2. Описание цифрового устройства с помощью языка VHDL. 12
3.3. Описание процесса получения временных диаграмм. 13
3.4. Создание цифрового утстройства в САПР FastChip. 15
4. Заключение 19
Введение
Счётчики – это одни из самых распространённых цифровых устройств. Основной функцией счётчика является прибавление единицы к некоторому коду. Несмотря на своё название, счётчики используются не для вычислений, а для управления другими компонентами системы. Кроме обычных прибавляющих единицу счётчиков существуют также вычитающие и реверсивные счётчики. Вычитающие счётчики отнимают единицу от некоторого кода, а реверсивные выполняют как вычитание, так и сложение единицы и некоторого кода. У каждого счётчика есть диапазон значений, который определяется количеством триггеров, входящих в его состав.
Счетчики также используют как делители частоты (рис. 1).
Рис. 1. Временная диаграмма работы трехразрядного счетчика.
Основные параметры, которые необходимо улучшать в счётчиках, - это быстродействие и время задержки. Улучшение этих параметров достигается за счёт усложнения схемы счётчика.
1. Теоретическая часть
1.1. Техническое задание
Целью данной курсовой работы является разработка цифрового устройства – синхронного двоично-десятичного счётчика. В ходе работы над устройством необходимо выполнить следующие этапы проектирования:
Выработка теоретических основ и принципов функционирования разрабатываемого цифрового устройства. Графические иллюстрации принципов работы устройства.
Создание логической схемы функционирования проектируемого цифрового устройства с помощью средства «GraphicsEditor» среды САПР «MaxPlus».
Проверка правильности работы построенной логической схемы устройства (анализ временных диаграмм) с помощью средства «WaveformEditor» среды САПР «MaxPlus».
Разработка реальной конфигурации проектируемого цифрового устройства согласно имеющейся логической схеме функционирования средствами САПР «FastChip».
2.2. Разработка граф схемы автомата.
Счетчиком называется автомат, выполняющий функции подсчета количества импульсов единичных сигналов, поступивших на его вход, а также функции формирования и запоминания некоторого двоичного кода, соответствующего этому количеству. Другими словами - счетчик является преобразователем число-импульсного кода в некоторый двоичный код.
Среди недвоичных счетчиков в отдельный класс выделяют двоично - десятичные счетчики с N=10, которые строятся на основе четырех триггерных двоичных счетчиков исключением шести состояний.
В разных вариантах схем одним и тем же десятичным числам могут соответствовать различные четырехразрядные кодовые комбинации в зависимости от исключенных состояний. Иными словами такие счетчики работают в различных двоично - десятичных кодах.
Для разработки двоично-десятичного счётчика необходимо построить граф переходов данного цифрового устройства. Это позволяет получить функции возбуждения данного счётчика.
Необходимо построить граф, поясняющий последовательность переходов десятичного счётчика.
Сначала назовём составные части составляемого графа и их значение. Как известно, узлы графа отражают внутренние состояния автомата (в данном случае двоично-десятичного счётчика). Внутренние состояния счётчика кодируются в соответствии с двоично-десятичным кодом 8-4-2-1. В этом случае каждая десятичная цифра 0, 1, …, 9 заменяется своим прямым двоичным эквивалентом 0000, 0001, …, 1001 – двоичной тетрадой; шесть двоичных тетрад 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 и 1111 не используются. Так, можно записать, что, например, 1993 = 0001100110010011. Отсюда ясно, что возможными внутренними состояниями счётчика будут двоичные числа от 0000 до 1001, но так как двоично-десятичный счётчик используется для счёта в десятичной системе счисления, то запишем внутренние состояния счётчика в более естественном виде – числа от 0 до 9(рис. 2).
Рис. 2. Состояния двоично-десятичного счетчика.
Ветви графа обозначаются состояниями входа и выхода, вызвавшими изменение состояния автомата. В данном случае на изменение состояний двоично-десятичного счётчика влияют два параметра: входной сигнал синхроимпульса и выходной сигнал функции переноса. Значения этих параметров и записываются над соответствующими ветвями графа (рис. 3). Знак «-» указывает на уровень поступающего синхроимпульса, а цифры «0» или «1» на значение выходного сигнала функции переноса.
Рис.3. Ветви графа автомата двоично-десятичного счетчика.
Соответствующим образом скомбинировав все полученные выше элементы (узлы и ветви), мы получим граф переходов двоично-десятичного счётчика (рис. 4).
Рис.4. Граф автомата двоично-десятичного счетчика.
Исходя из графа переходов, можно построить таблицу переходов для двоично-десятичного счётчика (таблица 4).
|
i |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
Q+3 |
Q+2 |
Q+1 |
Q+0 |
P4 |
i |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
Q+3 |
Q+2 |
Q+1 |
Q+0 |
P4 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
На этом построение графа переходов двоично-десятичного счётчика можно считать оконченным.