Федеральное агентство по образованию icon

Федеральное агентство по образованию



НазваниеФедеральное агентство по образованию
Дата конвертации16.11.2013
Размер418.76 Kb.
ТипКурсовая
источник




Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Владимирский государственный университет

Муромский институт (филиал)

Факультет РЭКС

Кафедра ЭиВТ

КУРСОВАЯ

РАБОТА

По Теории автоматов

(наименование дисциплины)

Тема  Разработка двухразрадного регистра на элементах ИЛИ-НЕ


Руководитель

^ Кропотов Ю.А.

(оценка) (фамилия, инициалы)

(подпись) (дата)

Члены комиссии Студент

(группа)

(подпись) (Ф.И.О.) (фамилия, инициалы)

(подпись) (Ф.И.О.) (подпись) (дата)


Муром 2009 г.


В данной курсовой работе выполнен синтез цифрового автомата Мура - двух разрядного регистра. Разработана таблица синтеза, по которой получены функции возбуждения и функции выхода, которые минимизированы с помощью диаграммы Вейча и реализованы в базисе «ИЛИ - НЕ» с использованием интегральных схем серии.

Содержание

Введение 5

1 Анализ технического задания 7

2 Описание общей схемы автомата 9

3 Граф автомата 11

4.Синтез автомата 12

4.1 Исходные данные 13

4.2 Выбор количества физических входов, выходов и элементарных автоматов 14

4.3 Кодирование входных и выходных сигналов и состояний автомата 15

4.4 Заполнение таблицы синтеза 16

4.5 Получение функций возбуждения и выходов 18

5 Разработка схемы входного преобразователя-кодировщика 21

6 Разработка схемы выходного преобразователя-дешифратора 22

Заключение 23

Список литературы 25

Приложение А 26

Приложение В 27


ВВЕДЕНИЕ


Сегодня трудно себе представить деятельность человека без электронных вычислительных машин (ЭВМ). Появившись около 40 лет назад, ЭВМ открыли новую страницу в истории человеческих знаний и возможностей, высвободили тысячи вычислений, значительно облегчили труд учёных, дали возможность изучать сложнейшие процессы. Сейчас нет ни одной отрасли народного хозяйства, где нельзя было бы применить ЭВМ; более того, целые разделы науки и техники не смогут существовать без них.

Поиск новых принципов построения ЭВМ, совершенствование уже известных алгоритмов выполнения арифметических и логических операций - главнейшие задачи для специалиста в области проектирования и создания ЭВМ.

ЭВМ после загрузки программы и исходных данных решает заданную задачу без участия человека, т.е. является цифровым автоматом. Прикладная теория автоматов постоянно развивается, так как непрерывно совершенствуются сами цифровые автоматы, т.е. ЭВМ. Изменяются также методы анализа и синтеза отдельных его устройств. Процесс проектирования ЭВМ сегодня полностью выполняется автоматизированным способом, при котором человек выбирает удовлетворяющее его решение, а готовит эти решения вычислительная машина. Развитие идет в направлении полной автоматизации процессов проектирования и изготовления ЭВМ, в которых человек выполняет функции разработчика требований к параметрам ЭВМ и контролера правильности выполнения этих требований.

Термин автомат используется в двух аспектах. С одной стороны, автомат- это устройство, выполняющее некоторые функции без непосредственного участия человека. С другой стороны, термин «автомат» как математическое понятие обозначает математическую модель реальных технических автоматов, имеющие конечное число входов и выходов и некоторое множество внутренних состояний. Автомат называется конечным, если множество его внутренних состояний и множество значений входных сигналов - конечные множества.

В практике часто используется понятие цифрового автомата, под которым понимают устройство, предназначенное для преобразования цифровой информации.

Входные сигналы в цифровых автоматах представляются в виде конечного множества мгновенных сигналов. Условно принимается, что число выходных сигналов конечно, и они возникают в результате действия входных сигналов.

Цифровые автоматы функционируют в дискретные моменты, временной интервал Т между которыми называется тактом. В зависимости от того, чем определятся время Т, различают автоматы синхронного и асинхронного действия.

Для цифрового автомата синхронного действия входные сигналы действуют в строго определенные моменты времени при (T=const), определяемые генератором синхронизирующих импульсов, в которые возможен переход автомата из одного состояния в другое.

Одна из основных задач теории цифровых автоматов, решаемых применительно к построению различных цифровых устройств ЭВМ, заключается в том, чтобы свести задачу анализа и синтеза устройств к задаче анализа и синтеза комбинационных схем. При этом в качестве основного математического аппарата используется аппарат алгебры логики.

1 Анализ технического задания

В данной курсовой работе требуется выполнить синтез цифрового автомата Мура - двух разрядного регистра в базисе "ИЛИ-НЕ".

Регистром называется устройство, предназначенное для запоминания слова, а также для выполнения над словом некоторых логических преобразований. Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение некоторых операций, среди которых может быть:

- установка регистра в 0 ("сброс");

- прием слова из другого устройства;

- передача слова в другой регистр;

- сдвиг слова вправо или влево на требуемое число разрядов;

- преобразование последовательного кода слова в параллельный и наоборот;

- поразрядные логические операции.

Основными задачами теории автоматов являются задачи анализа и синтеза автоматов. Под анализом автомата понимают установление закона его функционирования по заданной схеме. Под синтезом автомата понимают построение схемы автомата из более простых автоматов по заданному закону функционирования.

На этапе синтеза цифрового автомата в качестве стандартной формы задания автоматов используют кодирование буквами, соответствующих структурных алфавитов, таблицы переходов и таблицы выходов. Кроме того, задают или выбирают набор элементарных автоматов и логических элементов. В результате выполнения синтеза получают структурную схему автомата, то есть получают схему, на которой показаны соединения между элементарными автоматами и логическими элементами, которые образуют автомат.

Таким образом, любой цифровой автомат состоит из элементарных автоматов и логических схем.

2 Описание общей схемы автомата

Обобщенная схема конечного цифрового автомата выглядит следующим образом:



Рисунок 2.1 – Общая схема автомата двухразрядного регистра

Схема состоит из переключателей схемы F, элементарных автоматов Q1Q2 и преобразователей П1 и П2. Входной алфавит автомата представляет собой множество букв x1...x4. Преобразователь П1, называемый преобразователем входного алфавита, преобразовывает символы входного алфавита x1…x4 в совокупность двоичных значений сигналов на физических входах автомата , . Выходной алфавит автомата представляет собой множество букв y1…y4. Преобразователь П2, называемый преобразователем выходного алфавита, преобразует совокупность двоичных значений сигналов на физических выходах автомата , в символы выходного алфавита y1…y4.

Переключательная схема F определяет логику работы автомата. На ее входы подаются сигналы с физических входов автомата , и с выходов элементарных автоматов Q1, Q2, а выходы схемы соединяются с физическими выходами автомата , и со входами элементарных автоматов q10, q11, q20, q21 (в качестве элементарных автоматов используются RS-триггеры). Структурный синтез автомата заключается в построении такой схемы автомата, которая функционирует в соответствии с заданными таблицами переходов и выходов автомата.

3. Граф автомата.

Так как в автомате Мура выходной сигнал зависит только от состояния, автомат Мура задается одной таблицей переходов, в которой каждому ее столбцу приписан, кроме состояния, еще и выходной сигнал, соответствующий этому состоянию.

Часто автомат задают с помощью графа автомата. Этот язык удобен и нагляден. Граф автомата - ориентированный граф, вершина которого соответствуют состояниям, а дуги - переходам между ними. Две вершины графа автомата (исходное состояние и состояние перехода) соединяется дугой, направленной от исходного состояния к состоянию перехода. Дуге графа автомата приписывается входной сигнал и выходной сигнал. При описании автомата Мура в виде графа выходной сигнал записывается внутри вершины или рядом с ней. В графе автомата не должно существовать двух дуг с одинаковыми входными сигналами, выходящих из одной и той же вершины (условия однозначности).



Рисунок 3.1 – Граф автомата


4. Синтез автомата.

После построения автомата Мура функционирование управляемого автомата представляют в виде таблиц переходов и выходов. Для этого вначале производят кодирование состояний автомата двоичными кодами, определяют тип и количество триггеров. Затем по таблице переходов устанавливают значения сигналов на входных триггерах, при которых осуществляются переходы, определяются функции возбуждения триггеров и производят их минимизацию. По найденным выражениям строится схема управляемого автомата на выбранных элементах.

Синтез - это проектирование схемы, реализующей заданный закон ее функционирования. Закон функционирования может быть представлен в виде совмещенной таблицы переходов и выходов.

4.1 Исходные данные.

Синтез автомата задан таблицей переходов:





y1/z1

y2/z2

y3/z3

y4/z4

x1

z1

z1

z1

z1

x2

z2

z2

z2

z2

x3

z3

z3

z3

z3

x4

z4

z4

z4

z4


Таблица 4.1-Таблица переходов

4.2 Выбор количества физических входов, выходов и элементарных автоматов

По исходным данным определяется число переменных на входе n = 4, число состояний автомата k = 4. Число выходных сигналов равно числу состояний автомата. Число разрядов в числе, которым кодируются переменные k, определяются по формуле:

k = ]log2n[ = ]log24[ = 2, где

n - число входных сигналов

Число физических выходов автомата l определяется по формуле:

l = ]log2m[ = ]log24[ = 2, где

m - число выходных сигналов

Количество элементарных автоматов t определяется по формуле:

t = ]log2l[ = ]log24[ = 2, где

l-число состояний автомата

В качестве элементарных автоматов используются RS-триггеры. Таблица состояний двух автоматов будут идентичными.


R

S

Qs

Qs+1

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0



1

1

1




Таблица 4.2-Таблица состояний элементарного автомата

4.3 Кодирование входных и выходных сигналов и состояний автомата

Производим кодирование входных и выходных сигналов и состояний автомата по таблицам 4.3, 4.4, 4.5 соответственно.








x1

0

0

x2

0

1

x3

1

0

x4

1

1

Таблица 4.3 - кодирование входных сигналов









y1

0

0

y2

0

1

y3

1

0

y4

1

1

Таблица 4.4 - кодирование выходных сигналов

4.4 Заполнение таблицы синтеза.

Для синтеза автомата необходимо построить схему возбуждение автомата и получить функции зависимости сигналов на физических выходах автомата от сигналов на физических входах автомата и внутренних состояний элементарных автоматов. Для решения этой задачи составляется таблица синтеза автомата. Заполнение таблицы синтеза происходит следующим образом: входная комбинация определяется по таблице кодирования входных сигналов. Комбинация состояний элементарных автоматов Q1,Q2 в s-том такте определяется по таблице кодирования состояния автомата. Затем по таблице переходов определятся состояние, в которое перейдет автомат в следующем такте при заданном сигнале на входе и текущем состоянии. После этого с помощью таблицы кодирования состояний определяются состояния элементарных автоматов Q1,Q2 в которые они перейдут в следующем такте. Аналогично определяется выходной сигнал автомата Y, который после подстановки в таблицу кодирования выходных сигналов определяет сигналы на физических выходах автомата, то есть , .




Q1

Q2

z1

0

0

z2

0

1

z3

1

0

z4

1

1

Таблица 4.5 - кодирование состояний автомата


























0

0

0

0

0

0



0



0

0

0

0

0

0

1

0

0



0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0



0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1



0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1



0

0



0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

0



0

1

1

0

0

0

1

0

0

1



0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0





0

1

0

1

0

1

1

1

0

0



1

0

1

0

1

1

0

0

1

1













1

1

0

1

1

1













1

1

1

0

1

1













1

1

1

1

1

1














Таблица 4.6 - Таблица синтеза

4.5. Получение функций возбуждения и выходов.

Наиболее наглядный и простой табличный способ преобразования переключательной функции из нормальной формы в совершенную является диаграмма Вейче. Диаграмма Вейча состоит из определенных векторов Vj для функции из п - переменных, содержит 2П клеток. Каждой клетке присваивается номер. Клетки нумеруются таким образом, чтобы номера у соседних двух клеток отличались на один разряд. С учетом принятой нумерации диаграммы Вейче, каждой стороне диаграммы соответствует своя переменная, одной половине соответствует переменные без инверсии, а другой - с инверсией, согласно нумерации клеток.



Таблица 4.7 - Диаграмма Вейча для функции q10






Таблица 4.8 - Диаграмма Вейча для функции q11






Таблица 4.9 - Диаграмма Вейча для функции q20






Таблица 4.10-Диаграмма Вейча для функции q21





Таблица 4.11 - Диаграмма Вейча для функции





Таблица 4.12 -Диаграмма Вейча для функции



5. Разработка схемы входного преобразователя- кодировщика.

Входной преобразователь или шифратор служит для преобразования электрических сигналов в сигналы на физических входах, согласно таблице кодирования входных сигналов (Таблица 4.3).

Шифраторы применяются в контроллерах прерываний работы микропроцессора внешними устройствами, в параллельном преобразователе напряжения в код и для кодирования номера клавиши.



Рисунок 5.1 - Реализация входного преобразователя Выражение для входной функции в форме СДНФ:





6. Разработка схемы выходного преобразователя - дешифратора.

Выходной преобразователь или дешифратор служит для преобразования электрических сигналов на физических выходах в символы выходного алфавита согласно таблице кодирования выходных сигналов (таблица 4.4)

Дешифратором называется комбинационная схема с несколькими входами и выходами. Если на входы дешифратора подаются двоичные переменные, то на одном из выходов дешифратора вырабатывается сигнал 1, а на остальных выходах сохраняются сигналы 0. Дешифратор с n - входами имеет 2n выходов, так как n-разрядный код входного слова может принимать 2n различных значений, и каждому из этих значений соответствует сигнал 1 на одном из выходов дешифратора. Дешифраторы устанавливаются в схемах ЭВМ на выходах регистров и служат для преобразования кода слова, находящегося в регистре, в управляющий сигнал на одном из выходов дешифратора. Дешифратор преобразует двоичный код на входах в активный сигнал на том выходе, номер которого равен десятичному эквиваленту двоичного кода на входах. В полном дешифраторе количество выходов m=2n, где n-число входов. Дешифраторы широко применяются в вычислительной технике, как часть больших интегральных схем, для выбора одного из нескольких внешних устройств при обмене данными между ним и микропроцессором.





y1

y2

y3

y4

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

1

Таблица 6.1 - Синтез дешифратора

Выражение для выходных функций в форме СДНФ:











Рисунок 6.1 - Реализация выходного преобразователя

Заключение.

В данной курсовой работе выполнен синтез цифрового автомата Мура - двух разрядного регистра. Разработана таблица синтеза, по которой получены функции возбуждения и функции выхода, которые минимизированы с помощью диаграммы Вейча и реализованы в базисе «ИЛИ - НЕ» с использованием интегральных схем серии . Также построены входные и выходные преобразователи в соответствии с таблицами кодирования входных и выходных сигналов соответственно. На основании полученных на предыдущих этапах результатов была разработана схема автомата, функционирующая в соответствии с заданными таблицами переходов и выходов.


Список литературы


  1. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов:Учебник.-М..Высш.шк.,1980. - 255с.

  2. Фромберг Э.М., Мальцева Л.А., Ямпольский B.C. Основы цифровой техники. - М.:Радио и связь, 1987. - 128 с.

  3. Цифровые интегральные микросхемы: Справ./Под ред.П.П. Мальцева, Н.С. Долидзе и др. - М.: Радио и связь, 1994. - 240 с.

Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справ.-2-е изд.-Челябинск: Металлургия, 1989. - 352 с.

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примечание













Микросхемы
















DD1…DD5

К561ЛЕ5

5













DD7

К561ЛЕ10

1













DD6

К561ЛН2

1























































































































































































































































































































































































































































































Принципиальная схема цифрового автомата





Похожие:

Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию Федеральное агентство по делам молодежи Всероссийская Школа Лидеров (вшл) детских и молодежных общественных организаций
Прутченков А. С., Парамонова Н. А., Сысоева А. И. Концепция развития детских и молодежных общественных организаций на основе Всероссийской...
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию (Рособразование) Институт Международной торговли и права

Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Федеральном государственном образовательном учреждении среднего профессионального образования «Московский промышленно-экономический...
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
Сформировать необходимые профессиональные навыки в области психодиагностики и психотерапевтического консультирования
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию федеральный центр образовательного законодательства
Васильева Надежда Михайловна ст ст. 29 31, 38, 57, 58 (совместно с Трошкиной)
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию
Показать важность метода проблемного обучения для активизаций учащихся на уроках технологий
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «рубцовский машиностроительный техникум»
Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию Казанский государственный технологический университет
Система государственного управления: Учебное пособие. Казань: Казан гос технол ун-т, 2006. 164 с
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Карельский Государственный Педагогический Университет»
Способность к перифразированию как показатель степени владения языком
Федеральное агентство по образованию iconФедеральное агентство по образованию федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное агентство по образованию iconМинистерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию
Мариинско-посадский филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «марийский государственный...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©lib2.podelise.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы