Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тихоокеанский Государственный университет»

факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра: «Вычислительная техника»

Курсовая работа

по дисциплине: «Основы схемотехники»

Генератор последовательности чисел.

ТОГУ ФАИТ МТС-81

Выполнил: студент гр. МТС-81

Карпин А.А.

Проверил:

ст. преп. Агеев В.В.

Хабаровск 2011

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит пояснительную записку на 19 листах формата А4, включающую 6 рисунков, 5 таблиц, 4 литературных источников.

СХЕМОТЕХНИКА, ПРОЕТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ, ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, ТРИГГЕРЫ, JK-ТРИГГЕР,

Целью курсовой работы является приобретение знаний по проектированию цифровых электронных схем. Работа включает в себя расчётную часть, а также экспериментальную проверку полученных результатов путем моделирования рассчитываемых схем на компьютере с помощью программы «Altera».

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 4

2. Основная часть

   1. Генераторы чисел. Основные сведения. 5

   2. Расчет функций возбуждения генератора чисел 7

   3. Модель генератора на программе Altera 12

   4. Временные диаграммы 14

   5. Применение СИС в ИС 15

2.6 Применение ПЗУ для реализации комбинационных устройств 17

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

ВВЕДЕНИЕ

Тема реферата является весьма актуальной в настоящее время. Так как во многих областях науки и техники (электроника, электротехника, приборо- и машиностроение) необходимо использование генераторов, которые обладают рядом определенных полезных свойств. Их использование лежит в основе электротехники и радиотехники, и играют важнейшую роль в развитии современной схемотехники.

В данной курсовой работе было предложено спроектировать генератор двоичной числовой последовательности на JK триггерах с заданным вектором числовой последовательности и разрядностью двоичных чисел. Провести расчеты функций возбуждения (с помощью таблицы переходов генератора и методом карт Карно), произвести моделирование схемы с помощью программы Altera. Полученные значения комбинаций на временных диаграммах должны совпасть с заданным вектором числовой последовательности.

2.1. Генераторы чисел. Основные сведения.

Числовой генератор-это цифровое устройство вырабатывающее последовательность N-разрядных чисел, длинны-L. Число состояний генератора называется длинной последовательности чисел, которая определяется как число тактов машинного времени (периодов синхросигналов), после которого последовательность чисел на выходе генератора повторяется. Последовательные узлы такого типа называют также распределителями сигналов (импульсов), так как образуемая на их выходах последовательность двоичных чисел часто используется в цифровых системах как последовательность сигналов, управляющих работой других узлов.

Таким образом, первой классификацией генераторов числовых последовательностей можно выделить разрядность чисел N:

-трехразрядные

-четырехразрядные и т.д.

По своей структуре генераторы чисел близки либо к счетчикам, либо к регистрам. Следовательно, седеющей классификацией будет:

1. Генераторы на основе счетчиков

Любой счетчик можно рассматривать как генератор определенной последовательности чисел, имеющей L_г=K_c. Например, счетчик с модулем счета K_c=8 является генератором последовательности 0-1-2-3-4-5-6-7. Аналогично можно получить структуры генераторов любой последовательности чисел. При этом требуемое число разрядов (триггеров) равно числу двоичных разрядов m в генерируемых числах.

2. Генераторы на основе сдвиговых регистров

Таким образом, можно реализовать генераторы циклических последовательностей чисел (такие триггеры называют кольцевыми), в которых каждое последующее число образуется путем сдвига предыдущего числа, записанного в регистре, на один разряд и введением в освободившийся первый разряд 0 или 1.Для этого ко входу первого разряда регистра подключается комбинационная схема, образующая необходимый управляющий сигнал. Если имеется m-разрядный сдвиговый регистр, то можно генерировать циклические последовательности длинной L_г≤2^m.

На основе сдвиговых регистров относительно просто получаются управляемые генераторы, образующие различные последовательности кодов в зависимости от комбинации внешних управляющих сигналов М. При разработке структуры таких генераторов сначала определяются функции управляющей комбинационной схемы, необходимые для получения всех заданных последовательностей. После минимизации функции строится КС, которая при заданной комбинации внешних сигналов М будет давать на выходе ту или иную управляющую функцию, необходимую для формирования требуемой последовательности чисел.

Однако генераторы на основе регистров образуют только циклические последовательности чисел. Для реализации любых нециклических последовательностей требуется дополнительный преобразователь кодов, включаемый на выходе генератора. При этом основные параметры генератора (быстродействие, мощность, площадь кристалла) несколько ухудшаются.

В данной работе генератор последовательности чисел будем синтезировать по следующей принципиальной схеме:

Рис1

-где n-разрядность счетчика, N-количество резисторов

2.2Расчет функций возбуждения генератора чисел

Для моего варианта: разрядность двоичных чисел: N=3

длина последовательности: L=21

вектор числовой последовательности:

W=<4,1,7,6,5,4,5,4,5,4,2,2,2,7,1,4,3,6,4,4,4>

1. Определим разрядность счетчика

Сч_mod32=0÷20

2. Составим таблицу переходов генератора чисел

№	C						Qt				Qt+1			D
	С5	C4 0	C3	C2	C1	Q3		Q2	Q1	Q3		Q2	Q1	D3	D2	D1
0	0		0	0	0	1		0	0	0		0	1	0	0	1
1	0	0	0	0	1	0		0	1	1		1	1	1	1	1
2	0	0	0	1	0	1		1	1	1		1	0	1	1	0
3	0	0	0	1	1	1		1	0	1		0	1	1	0	1
4	0	0	1	0	0	1		0	1	1		0	0	1	0	0
5	0	0	1	0	1	1		0	0	1		0	1	1	0	1
6	0	0	1	1	0	1		0	1	1		0	0	1	0	0
7	0	0	1	1	1	1		0	0	1		0	1	1	0	1
8	0	1	0	0	0	1		0	1	1		0	0	1	0	0
9	0	1	0	0	1	1		0	0	0		1	0	0	1	0
10	0	1	0	1	0	0		1	0	0		1	0	0	1	0
11	0	1	0	1	1	0		1	0	0		1	0	0	1	0
12	0	1	1	0	0	0		1	0	1		1	1	1	1	1
13	0	1	1	0	1	1		1	1	0		0	1	0	0	1
14	0	1	1	1	0	0		0	1	1		0	0	1	0	0
15	0	1	1	1	1	1		0	0	0		1	1	0	1	1
16	1	0	0	0	0	0		1	1	1		1	0	1	1	0
17	1	0	0	0	1	1		1	0	1		0	0	1	0	0
18	1	0	0	1	0	1		0	0	1		0	0	1	0	0
19	1	0	0	1	1	1		0	0	1		0	0	1	0	0
2 0	1	0	1	0	0	1		0	0	1		0	0	1	0	0

Таблица 1.

Колонку D заполняем исходя из свойств D-триггеров (выход триггера повторяет вход)

Таблица переходов D-триггера имеет вид:

Qt→Qt+1	C	D	Qt+1	примечание
0→0	0	Х	Qt	хранение
0→1	1	1	1	запись 1
1→0	1	0	0	запись 0
1→1	0	Х	Qt	хранение

Таблица 2.

Составим карты Карно:

54\321	000	001	011	010	110	111	101	100
00	0	1	1	1	1	1	1	1
01	1	0	0	0	1	0	0	1
11	х	х	х	х	х	х	х	х
10	1	1	1	1	х	х	х	1

Таблица 3.

D3

54\321	000	001	011	010	110	111	101	100
00	0	1	0	1	0	0	0	0
01	0	1	1	1	0	1	0	1
11	х	х	х	х	х	х	х	х
10	1	0	0	0	х	х	х	0

Таблица 4.

D2

54\321	000	001	011	010	110	111	101	100
00	1	1	1	0	0	1	1	0
01	0	0	0	0	0	1	1	1
11	х	х	х	х	х	х	х	х
10	0	0	0	0	х	х	х	0

Таблица 5.

D1

Исходя из полученных результатов, для построения схемы выбираем карты с единичными покрытиями.

1. Составим уравнения возбуждающих функций генератора.

С помощью карт Карно составляем уравнения для каждого из триггеров D, в уравнение входят переменные, которые не меняют своего значения в данном покрытии. Если значение переменной равно 1, то в уравнении она записывается в прямом виде, иначе (значение равно 0) в инверсном. Число слагаемых в уравнении равняется числу покрытий.

D₃ =X₅+X₃X₁+X₄X₃+X₄X₂+X₄X₁+X₄X₂X₁

D₂ =X₄X₂X₁+X₄X₃X₂+X₄X₃X₁+X₄X₃X₂X₁+X₅X₃X₂X₁+X₅X₃X₂X₁+X₅X₃X₂X₁

D₁=X₃X₁+X₄X₃X₂+X₅X₄X₁+X₅X₄X₃X₂

Σ=17+16+32=65 (цена по Квайну)

Составим схему для каждого из уравнений:

Рис.1.

Рис.2

Рис. 3.

Имея схемы для каждого из выводов D, собираем их в общую схему генератора с помощью метода физического моделирования на программе Altera. Все элементы в программе имеют западное обозначение. В качестве счетчика чисел по требуемому модулю (32) используем 7493(155ИЕ5) из библиотеки mf синхронизация внешняя.

Кроме того, в задании спроектировать генератор необходимо на JK-триггерах, поэтому делаем замещение:

Рис.4.