Proiectarea Generatorului de Numere

Cuprins:

Adnotare

Prezentul proiect de an are ca obiectiv consolidarea cunoștințelor noastre, acumulate în cadrul cursului „Circuite Integrate Digitale”, acumularea obișnuințelor practice de proiectare și elaborare pe baza porților logice și a circuitelor logice ale sistemelor digitale. Tematica proiectului de an se referă la proiectarea unității de comandă a calculatorului specializat. Unitatea de comandă este destinată

generării semnalelor de comandă pentru toate componentele calculatorului într-o ordine stabilită de algoritmul de rezolvare a problemei specificate.

Unitatea de comandă constă din mai multe elemente funcținale, din care cauza proiectul de an poate fi împărtit în mai multe componente, care la rîndul lor se referă la proiectarea elementului funcțional dat.

Părțile componente ale proiectului de an sunt:

1. Proiectarea secvențiatorului, care include:

a) Proiectarea numărătorului;

b) Proiectarea convertorului de cod.

c) Proiectarea circuitului de verificare a numărătorului;

2. Specificarea matricei logice programabile (PLA).

3. Specificarea comparatorului.

4. Elaborarea blocului de registre.

5. Evaluarea parametrilor tehnici și statici.

Memoriul explicativ dat prezintă fiecare etapă de lucru, metodele și materialele

utilizate la elaborarea proiectului de an.

Memoriul deasemenea conține materilalul teoretic selectat din bibliografie și alte surse și rezultatele obținute în procesul proiectării unității de comandă a calculatorului specializat.

În memoriul explicativ sunt reprezentate grafic și analitic sintezele fiecărui bloc funcțional, sunt evaluate caracteristicile și performanțele, principiile de funcționare a fiecărui bloc funcțional în parte și a unității de comandă în ansamblu.

Prefață

Unitatea de comandă generează un program A = (a1, a2, …, ai, …, aN), unde N – numărul de instrucțiuni în program, ai – numărul instrucțiunii memorată in PLA. Aceste instrucțiuni servesc ca informație de intrare pentru PLA.Informația memorată într-un PLA cu patru intrări și zece ieșiri, funcțional se descrie de sistemul:

Y1=Mi1(m1,i1, m2,i1, …, mk1,i1,)

Y2=Mi2(m1,i2, m2,i2, …, mk2,i2,)

………………………………

Y10=Mi10(m1,i10, m2,i10, …, mk10,i10,)

unde Mij – mulțimea numerelor de mintermi (mk,ij,) incluși în funcția Yj, realizată de PLA.

Y1-Y10 formează linia de instrucțiune care are următorul format:

Într-un calculator (microprocesor sau microcalculator) unitatea de comandă generează semnale de comandă pentru activarea secvențială a tuturor elementelor interne. În linii mari, activitatea unității centrale constă în următoarele faze majore: citește din memorie codul instructiunii de executat, îl decodifică. Înțelegînd semnificația codului citit, programează toate activitățile interne și externe pentru a duce la bun sfîrșit comanda primită.

Generatorul de numere G – secvențiatorul , din momentul activării lui de semnalul de tact, generează la ieșirea sa un număr care este aplicat la bornele de intrare ale PLA. Fiecărui număr de intrare îi va corespunde o instrucțiune la ieșirea PLA. Această instrucțiune se memorează temporar într-un registru de zece biți (RGl).

Biții Yl și Y2 ai instrucțiunilor determină transferul de mai departe al informației din RGl. Dacă valoarea biților Yl, Y2 este mai mare decît valoarea registrului – cod de direcționare a transferului RCDT, atunci biții Y3 – YIO se vor memora în RG2, în

caz contrar – în RG3.

1. Sarcina proiectului de curs

Sarcina: De a elabora unitatea de comandă a calculatorului specializat

Schema de structură a unității de comandă

Fig. 1 Schema de structură a unității de comandă

Succesiunea numerelor de instrucțiuni formate de generator A=(a1,a2,…,an), unde

n – numărul de instrucțiuni în program, ai – numărul instrucțiunii memorate în PLA.

Succesiunea este prezentată în tabelul 1.

Tabelul 1.1 Succesiunea de numere formate de generator

1.3 Instrucțiunile de ieșire a matricei logice programabile sunt descrise în tabelul 2.

Tabelul 1.2 Indici ce definesc functia y

unde y1,y2 – cod de directionare a transferului;

y3-y6 – adresa primului operand;

y7-y10 – adresa operandului doi;

Datele din tabelul 2 indicii masivelor de mintermeni Mi din mulțimea A din îndrumarul metodic:

y1 = M16 = (0, 1, 3, 7, 9, 11, 13) y5 = M12 = (3, 4, 6, 7, 10, 11, 13, 14)

y2 = M11 = (4, 7, 9, 11, 12, 13, 15) y6 = M10 = (4, 6, 8, 9, 10, 13, 15)

y3 = M2 = (3, 7, 8, 13, 14, 15) y7 = y8 = M7 = (1, 7, 8, 9, 10, 13, 15)

y4 = M15 = (2, 6, 8, 10, 11, 12) y9 = M4 = (5, 9, 11, 14, 15)

y10 = M8 = (4, 7, 9, 11, 12, 13, 15)

1.4 Restricțiile tehnice:

Numărător sincrone în baza bistabilelor JK și porți logice TTL;

Convertor de cod: schema combinațională de conversie a codurilor numerelor generate de numărător în succesiunea numerelor de instrucțiuni. Circuitul combinațional pe baza porților TTL Schotky;

MLP;

Comparator- circuit logic combinațional care realizează compararea biților Y1,Y2 cu biții codului de direcționare;

RG1- registru de memorare a instrucțiunilor de ieșire;

RG2, RG3 – registre de memorare a instrucțiunilor de ieșire în baza circuitelor standarde.

2. Proiectarea generatorului de numere

În lucrarea dată generatorul este proiectat în baza unui numărător sincron și unui convertor de cod. Generatorul de numere (GN) generează succesiunea

A=(0,9,5,6,3,3,9,11,5,10,6,8)

Parametru important al numărătorului este modelul numărării kc – număr maxim de impulsuri ce pot fi enumărate de numărător. După kc impulsuri, numărătorul trebuie să treacă în starea inițială. Numărătorul ce conține m ranguri 2m stări stabile, de aceea kc < 2m.

Numărul de ranguri m ale numărătorului este determinat de lungimea succesiunii de numere generate m=[log212]. Adică sunt necesare 4 bistabile, numărătorul funcționează în baza codului 8421 și numărul de combinații va fi 12 plus 5 combinații redundante. La proiectarea structurii logice a numărătorului se va folosi tabelul de tranziție (tabelul 1.1).

Numărătorul este proiectat pe bistabile JK si pentru proiectarea numărătorului va fi folosit tabelul de adevăr al bistabilului JK.

Din tabelul de adevăr se determină funcțiile de tranziție Fq.

Apoi sunt prezentate diagramele Karnaugh pentru funcțiile de tranziție Fq și expresiile logice pentru funcțiile J si K ale bistabilelor ( tab. 1.2, 1.3).

Din aceste expresii se va face sinteza schemei numărătorului.

Fig.2.1 Structura generatorului de numere

Tabelul 2.1 Tabelul de tranziție a stărilor pentru bistabilul JK

Tabelul 2.2 Tabelul de adevăr pentru numărătorul sincron în codul binar 8421

Tabelul 2.3 Tabelul de minimizare a funcțiilor Ji și Ki

01

X