Контрольная работа: Цифровые устройства и микропроцессоры
Министерство общего и профессионального образования
Самарский государственный технический университет
Кафедра: Робототехнические системы
Контрольная работа
Цифровые устройства и микропроцессоры
Самара, 2001
Используя одноразрядные полные сумматоры построить функциональную схему трехразрядного накапливающего сумматора с параллельным переносом.
РЕШЕНИЕ:
Одноразрядный сумматор рис.1 имеет три входа (два слагаемых и перенос из предыдущего разряда) и два выхода (суммы и переноса в следующий разряд).
| Таблица истинности одноразрядного сумматора. | ||||
| ai | bi | ci-1 | Si | Ci |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
|
|
1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
1Сумматоры для параллельных операндов с параллельным переносом разработаны для получения максимального быстродействия.
Для построения сумматора с параллельным переносом введем две вспомогательные функции.
Функция генерации – принимает единичное значение если перенос на выходе данного разряда появляется независимо от наличия или отсутствия входного переноса.
Функция прозрачности – принимает единичное значение, если перенос на выходе данного разряда появляется только при наличии входного переноса.
Сформируем перенос на выходе младшего разряда:
На выходе следующего разряда:
В базисе И-НЕ:
Накапливающий сумматор представляет собой сочетание сумматора и регистра. Регистр выполним на D-триггерах (рис. 2).
Построить схему электрическую принципиальную управляющего автомата Мили для следующей микропрограммы:
РЕШЕНИЕ:
Построение графа функционирования:
Управляющее устройство является логическим устройством последовательностного типа. Микрокоманда выдаваемая в следующем тактовом периоде, зависит от состояния в котором находится устройство. Для определения состояний устройства произведем разметку схемы алгоритма, представленной в микрокомандах (Рис. 1).
Полученные отметки а0, а1, а2, а3, а4 соответствуют состояниям устройства. Устройство имеет пять состояний. Построим граф функционирования.
Кодирование состояний устройства.
|
В рассматриваемом устройстве М = 5 k = 3. |
Таблица 1 | |||
| Состояние | Кодовые комбинации | |||
| Q3 | Q2 | Q1 | ||
| а0 | 0 | 0 | 0 | |
| а1 | 0 | 0 | 1 | |
| а2 | 0 | 1 | 0 | |
| а3 | 0 | 1 | 1 | |
| а4 | 1 | 0 | 0 | |
В процессе кодирования состояний каждому состоянию устройства должна быть поставлена в соответствие некоторая кодовая комбинация. Число разрядов кодов выбирается из следующего условия: , где М – число кодовых комбинаций, k – число разрядов.Соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинациями зададим в таблице 1.
Структурная схема управляющего устройства.
Построение таблицы функционирования.
| Текущее состояние | Следующее состояние | Условия перехода | Входные сигналы | |||||||
| обозначение | Кодовая комбинация | обозначение | Кодовая комбинация | Сигналы установки триггеров | Управляющие микрокоманды | |||||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q3 | Q2 | Q1 | |||||
| а0 | 0 | 0 | 0 | а1 | 0 | 0 | 1 | Х1; Х2 | S1 | Y1; Y4 |
|
|
0 | 0 | 0 | а0 | 0 | 0 | 0 | Х1 | — | — |
|
|
0 | 0 | 0 | а4 | 1 | 0 | 0 | Х1; Х2 | S3 | Y5; Y8 |
| а1 | 0 | 0 | 1 | а2 | 0 | 1 | 0 | — | S2; R1 | Y2;Y3 |
| а2 | 0 | 1 | 0 | а3 | 0 | 1 | 1 | — | S1 | Y6;Y10 |
| а3 | 0 | 1 | 1 | а0 | 0 | 0 | 0 | Х4 | R2; R1 | Y7 |
|
|
0 | 1 | 1 | а1 | 0 | 0 | 1 | Х4 | R2 | — |
| а4 | 1 | 0 | 0 | а0 | 0 | 0 | 0 | Х3 | R3 | Y9 |
|
|
1 | 0 | 0 | а2 | 0 | 1 | 0 | Х3 | R3; S2 | — |
а0
а0
а3
а4Таблица перехода RS триггера.
| Вид перехода триггера | Сигналы на входах триггера | |
| S | R | |
|
|
0 | — |
|
|
1 | 0 |
|
|
0 | 1 |
|
|
— | 0 |
0 0
Запишем логические выражения для выходных значений комбинационного узла.
| S1 Y1 Y4 = a0 |
|
|
| S2 R1 Y2 Y3 = a1 |
| S1 Y6 Y10 = a2 |
| R2 R1 Y7 = X4 a3 |
|
|
| R3 Y9 = X3 a4 |
|
|
R3 S2 = X3 a4Определим логическое выражение для каждой выходной величины.
|
|
|
|
| S1 = a0 Ъ a1 |
|
|
|
|
| R1 = a1 Ъ X4 a3 |
| Y1 Y4 = a0 |
|
|
| Y2 Y3 = a1 |
| Y6 Y10 = a2 |
| Y7 = X4a3 |
| Y9 = X3a4 |
Построение логической схемы комбинационного узла.
Входящие в выражения значения a0, a1, a2, a3, a4, определяемые комбинацией значений Q3, Q2, Q1 могут быть получены с помощью дешифратора.