Микросхема ПЗУ в управляющем автомате с МПУ выбрана неверно

Московский Авиационный институт

(технический университет)


КАФЕДРА 403


Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

Вычислительные системы и микропроцессорная техника


выполнил: студент гр. 04-417

Левин О.А.


проверил: Герасимов А.Л.


МОСКВА 1997

Содержание

  1. Анализ задания - 2

  2. Комбинационный вариант - 2

  3. Алгоритм работы устройства - 4

  4. Микропрограмма - 5

  5. Управляющий автомат с жесткой логикой - 5

  6. Управляющий автомат с МПУ - 8

  7. Выбор элементной базы - 10

  8. Составление программы - 12

Задание

ВАРИАНТ №17

Задается входной код D{1:32}. Спроектировать вычислитель, который определяет номер разряда самой первой и самой последней единиц, стоящих между нулями. Предусмотреть реакцию проектируемого устройства в случае отсутствия таких сигналов.

Анализ и уточнение задания

  • Так как входной код - тридцатидвухразрядный, то для получения интересующей нас информации необходимо два выходных шестиразрядных кода. Реакцией устройства в случае отсутствия интересующих нас кодовых комбинаций будет значение первого и второго выходных кодов соответственно:

Очевидно, что в тридцатидвухразрядном коде единица, стоящая между двумя нулями ни при каких обстоятельствах не может находится ни в первом ни в тридцать втором разряде кода.

  • Тактовая синхронизация будет осуществляться внешним генератором тактовых импульсов с частотой 20 МГц

  • По окончании обработки входного кода должен вырабатываться специальный сигнал, позволяющий следующему устройству считать выходные данные с проектируемого устройства.

  • Обобщенная функциональная схема проектируемого устройства может быть представлена в следующем виде:



D{1:32} B{1:6}

F C{1:6}

СТРОБ

УСЧИТ


Рисунок 1

Обобщенная функциональная схема устройства

Комбинационный вариант устройства

Функциональная схема комбинационного устройства, осуществляющего параллельную обработку входного кода представлена на рисунке 2. Входной код D{1:32} разбивается на пересекающиеся элементы по три разряда: D’{1:3}, D’{2:4},...D’{30:32}. Крайние разряды D’ проходят через инверторы DD1, DD3, DD4, DD6, DD7, DD9,...DD88, DD90. Проинвертированные крайние разряды вместе с центральным разрядом элемента поступают на логическую схему И, на выходе которой в случае если D{i-1, i, i+1}=010 сформируется высокий логический уровень напряжения, приводящий в действие соответствующий элемент индикации на внешней панели устройства. При визуальном контроле внешней панели устройства по расположению работающих элементов индикации можно определить номер разряда первой и последней единиц, стоящих между нулями.

Для реализации данной схемы потребуется 20 микросхем 1533ЛН1 (6 логических элементов НЕ), 10 - КР1533 (3 элемента 3И), 4 - КР531ЛЕ7 (2 элемента 5 ИЛИ-НЕ), 1 - 1533ЛИ6 (2 элемента 4И), 1 - 1533ЛИ1 (4 элемента 2И).

Основным недостатком данной схемы является невозможность дальнейшей обработки выходной информации.


НАЧАЛО


НЕТ

СТРОБ



РЕГ В {1:32}=D{1:32}

РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}

СЧЕТ Ц1=2



ДА

РЕГ А{1}=0 & РЕГ А{2}=1 & РЕГ А{3}=0


НЕТ


РЕГ А{1:32}=РЕГ А{2:32}.0

СЧЕТ Ц1=СЧЕТ Ц1 +1


НЕТ

СЧЕТ Ц1=32


ДА



РЕГ А{1:32}=РЕГ В{1:32}

СЧЕТ Ц2=31




ДА

РЕГ А{32}=0 & РЕГ А{31}=1 & РЕГ А{30}=0



НЕТ


РЕГ А{1:32}=РЕГ А{1:31}.0

СЧЕТ Ц=СЧЕТ Ц -1



НЕТ

СЧЕТ Ц=1



B {1:6}=СЧЕТ Ц1; С {1:6}=СЧЕТ Ц2



КОНЕЦ


Рисунок 3

Блок-схема алгоритма работы устройства

Микропрограмма

Переменные:

Входные:

  • D{1:32} - входной код

  • строб

Выходные:

  • В {1:6}, С{1:6} - выходной код

Внутренние:

  • РЕГ А{1:32}, РЕГ В{1:32} - регистры

  • СЧЕТ Ц1{1:6}, СЧЕТ Ц2{1:6} - счетчики циклов

Признаки:

  • Р1 - строб=1

  • Р2 - РЕГ А{1}=0 & РЕГ A{2}= 1 & РЕГ А {3}=0

  • Р3 - РЕГ А{32}=0 & РЕГ A{31}= 1 & РЕГ А {30}=0

  • Р4 - СЧЕТ Ц1 {1:6} = 32

  • Р5 - СЧЕТ Ц2 {1:6} = 1


Программа

М1 ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1

(СТРОБ) РЕГ В{1:32}=D {1:32}

(УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}

(УН1) СЧЕТ Ц1 {1:6} =2

М2 ЕСЛИ Р2 ТО М3

(УСДВ1) РЕГ А{1:32}=РЕГ А{2:32}.0 }

(УСЧ1) СЧЕТ Ц1 {1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6}+1 } УЭ1

ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2

М3 (УЗАП1) РЕГ А{1:32}=РЕГ В {1:32}

(УН2) СЧЕТ Ц2 {1:6} =31

М4 ЕСЛИ Р3 ТО М5

(УСДВ2) РЕГ А{1:32}=0.РЕГ А{1:31} }

(УСЧ2) СЧЕТ Ц2 {1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6}-1 } УЭ2

ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4

М5 (УСЧИТ1) В{1:6}=СЧЕТ Ц1 {1:6} }

(УСЧИТ2) С{1:6}=СЧЕТ Ц2 {1:6} } УЭ3

КОНЕЦ (ИДТИ К М1)


Как видно из текста микропрограммы, некоторые сигналы можно объединить и заменить эквивалентными сигналами. Функциональная схема операционной части устройства приведена на рисунке 4.


Разработка управляющего автомата с жесткой логикой

Управляющий автомат с жесткой логикой будет реализовываться в виде классического конечного автомата Мили или Мура. На основании блок-схемы алгоритма работы устройства определим количество состояний для каждого типа автомата. Обозначим состояния автомата Мура буквой S, а состояния автомата Мили - S’. Как видно из рисунка 5, у автомата Мура будет шесть состояний, в то время как у автомата Мили - лишь четыре.


НАЧАЛО S0


S’0

0 Р1



УН 1, УЗАП 1 S1


0 S’1 1

Р2



УЭ 1 S2 УЗАП 1, УН 2 S3


0

Р4 S’2



УЗАП 1 УН 2 S3



0 S’3 1

Р3



УЭ 2 S5 УЗАП 1 УЭ 3 S4


0

Р5 S’4



S6 УЗАП 1 УЭ 3


КОНЕЦ S’0


Рисунок 5.

Состояния конечных автоматов Мили и Мура.


Таким образом, определим, что управляющее устройство необходимо синтезировать в виде конечного автомата Мили


Р1/—

P1/УН 1, УЗАП 1 Р2/УЭ 1 Р4/УН 2, УЗАП 1 Р3/УЭ 2

S0 S1 S2 S3 S4


Р4/— Р5/—


Р2/УН 2, УЗАП 1


Р3/УЭ 3


Р5/УЭ 3


Граф состояний автомата Мили.


S0

S1

S2

S3

S4

Q1

0

0

0

1

1

Q2

0

0

1

1

0

Q3

0

1

1

1

1

Таблица 1

Кодированная таблица состояний.


ВХОД

S0

S1

S2

S3

S4

P1

S1/УН 1,УЗАП1





НЕ Р1

S0/-





Р2

S3/ УН 2, УЗАП1




НЕ Р2

S2/УЭ 1




Р3


S0/УЭ 3


НЕ Р3


S4/УЭ 2


Р4

S3/УН 2, УЗАП 1



НЕ Р4

S1/-



P5





S0/УЭ 3

НЕ P5





S3/-

Таблица 2

Таблица переходов и выходов


ВХОД

0 0 0

0 0 1

0 1 1

1 1 1

1 0 1

P1

0 0 1/УН 1, УЗАП 1





НЕ Р1

0 0 0/-





Р2

1 1 1/ УН 2,

УЗАП 1




НЕ Р2

0 1 1/УЭ 1




Р3


0 0 0/УЭ 3


НЕ Р3


1 0 1/УЭ 2


Р4

1 1 1/УН 2,

УЗАП 1



НЕ Р4

0 0 1/-



P5





0 0 0/УЭ 3

НЕ P5





1 1 1/-

Таблица 3

Кодированная таблица переходов и выходов


Если в конечном автомате будет применяться D-триггер, то будут справедливы равенства:


Q1 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P2 + НЕ Q1*Q2*Q3*P4 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3+ Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 (20 входов)

Q2 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P1 + НЕ Q1*Q2*Q3*НЕ P4 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 (15 входов)

Q3 (t+1) = НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1 + НЕ Q1*НЕ Q2*Q3 + НЕ Q1*Q2*Q3 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 = =НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1 + НЕ Q1*Q3 + Q1*Q2*Q3*НЕ P3 + Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P5 (18 входов)

Для реализации автомата на D-триггерах потребуется 43 входа. Если будет использоваться J-K триггер, то уравнения для него можно получить из уравнений для D-триггера:

Q (t+1)=J*Q+K*Q


Q(T+1)=J*HE Q + HE K*Q

J1=НЕ Q2*Q3*P2+Q2*Q3*P4=Q3*(НЕ Q2*P2+Q2*P4) (6 входов)


K1=(Q2*Q3*НЕ P3+НЕ Q2*Q3*НЕ P5)=(Q2*Q3*НЕ P3)*(НЕ Q2*Q3*НЕ P5)=(НЕ Q2+

НЕ Q3+P3)*(Q2+НЕ Q3+P5) (8 входов)


J2=(НЕ Q1*Q3+Q1*Q3*НЕ P5)=Q3*(НЕ Q1+Q1*НЕ P5) (6 входов)


K2=(НЕ Q1*Q3*P4) = Q1+НЕ Q3+НЕ P4 (3 входа)


J3=НЕ Q1*НЕ Q2*P1 (3 входа)


K3=(НЕ Q1*НЕ Q2+НЕ Q1*Q2+Q1*Q2*НЕ P3+Q1*НЕ Q2*НЕ P5) = (НЕ Q1+Q1*(Q2+НЕ Q2*НЕ


P5)) =Q1*(НЕ Q1+(Q2+НЕ Q2*НЕ P5)) = Q1*НЕ Q2*(Q2+P5) = Q1*НЕ Q2*P5 (3 входа)


Для реализации автомата на J-K-триггерах потребуется 29 входов, поэтому автомат будет реализовываться на них. Управляющие сигналы на основе таблицы переходов и выходов будут формироваться следующим образом


УН 1=НЕ Q1*НЕ Q2*НЕ Q3*P1


УЭ 1=НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*НЕ P2


УН 2=НЕ Q1*Q2*Q3*P4+НЕ Q1*НЕ Q2*Q3*P2


УЭ 2=Q1*Q2*Q3*НЕ P3


УЭ 3=Q1*НЕ Q2*Q3*P5+Q1*Q2*Q3*P3


УЗАП1=УН 1+УН 2


Управляющий автомат с микропрограммным

управлением

Принудительная адресация

Каноническая форма микропрограммы разрабатываемого устройства с учетом эквивалентности сигналов представлена в таблице 4:


№МЕТКАУПР. СИГНАЛПЕРЕХОД
1М1
ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2
УН 1, УЗАП1
3М2
ЕСЛИ Р2 ТО М3
4
УЭ 1
5

ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6М3УН 2, УЗАП1
7М4
ЕСЛИ Р3 ТО М5
8
УЭ 2
9

ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10М5УЭ 3ИДТИ К М1

Таблица 4

Каноническая форма микропрограммы.


Адрес


УН 1

УЭ 1

УН 2

УЭ 2

УЭ 3

УЗАП1

Не Р1

Р2

Р3

Не Р4

Не Р5

Адрес перехода


0000000000100000000
0001100001000000010
0010000000010000101
0011010000000000100
0100000000000100010
0101001001000000110
0110000000001001001
0111000100000001000
1000000000000010110
1001000010000001010
1010000000000000000

Таблица 5

Кодовые выражения микропрограммы.

Минимальная требуемая емкость ПЗУ - (или 2К*4 Бит)


Естественная адресация


№МЕТКАУПР. СИГНАЛПЕРЕХОД
1М1
ЕСЛИ НЕ Р1 ТО М1
2
УН 1, УЗАП1
3М2
ЕСЛИ Р2 ТО М3
4
УЭ 1
5

ЕСЛИ НЕ Р4 ТО М2
6М3УН 2, УЗАП1
7М4
ЕСЛИ Р3 ТО М5
8
УЭ 2
9

ЕСЛИ НЕ Р5 ТО М4
10М5УЭ 3
11

ИДТИ К М1

Таблица 6

Каноническая форма микропрограммы.


Адрес

П

УН 1

УЭ 1

УН 2

УЭ 2

УЭ 3

УЗАП 1





П

НЕ P1

P2

P3

НЕ P4

НЕ P5

Адрес перехода

00001100000000
00010100001–––
00101010000101
00110010000–––
01001000100010
01010001001–––
01101001001001
01110000100–––
10001000010110
10010000010-––
10101000000000

Таблица 7

Кодовые выражения микропрограммы


Необходимый объем ПЗУ может быть уменьшен путем шифрации маски признаков.



П

УН 1

УЭ 1

УН 2

УЭ 2

УЭ 3

УЗАП 1


Адрес

П

Маска признаков

Адрес перехода

000010010000
00010100001–
001010100001
00110010000–
010010111000
01010001001–
011011000010
01110000100–
100011010101
10010000010-
101011100000

Таблица 8

Минимизированные кодовые выражения микропрограммы


Минимальная требуемая емкость ПЗУ - (или 256*4 Бит), что меньше, чем требуется для принудительной адресации, поэтому будем применять естественную адресацию. Функциональная схема управляющего автомата с микропрограммным управлением показана на рисунке 7.


Выбор элементной базы

Устройство будем реализовывать на интегральных микросхемах серий 1533, так как микросхемы этой серий обладают наиболее оптимальными параметрами среди современных микросхем.1


Время задержки, нсПотребляемая мощность, мВт
5313,220
533102
153134
153342

Таблица 9


Основные электрические параметры микросхем серии 1533

  • Выходное напряжение низкого уровня - не более 0,5 В

  • Выходное напряжение высокого уровня - не менее 2 В

  • Выходной ток - не менее -30 мА и не более -112 мА

  • Входной ток - не более 0,1 мА

  • Входной ток высокого уровня - не более 20 мкА

  • Входной ток низкого уровня - не более 0,2 мкА

  • Работа переключения - 4 пДж

  • Коэффициент разветвления по выходу - 40


Предельно допустимые режимы эксплуатации

  • Напряжение питания - не менее 4,7 В и не более 5,5 В

  • Входное напряжение высокого уровня - не менее 2 В и не более 5,5 В

  • Входное напряжение низкого уровня - не менее 0 В и не более 0,8 В


Основными элементами устройства являются счетчики и регистры. Счетчик будет реализован на двух микросхемах 1533ИЕ7 - четырехразрядном синхронном реверсивном счетчике. Он имеет три основных режима: параллельная асинхронная загрузка кода по входам Di при поступлении отрицательного ипульса на вход С, режим суммирования и режим вычитания. В двух последних режимах счетные импульсы подают на различные входы: суммирования и вычитания.

Входной код будет записываться в восемь четырехразрядных универсальных регистра сдвига на микросхемах КР531ИР11. Регистр функционирует в одном из четырех режимов, которые задаются двухразрядным кодом на входе S. Параллельный ввод информации со входа D происходит синхронно, по положительному фронту тактового импульса.



R

S1

S0

C

DR

DL

D0

D1

D2

D3

Q0

Q1

Q2

Q3

Уст. L

L

X

X

X

X

X

X

X

X

X

L

L

L

L

Пок-ой

H

X

X

L

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Зап-ись

H

H

H


X

X

a

c

d

a

c

d

Сдв.

H

L

H


L

L

X

X

X

X

L

QAn

QBn

QCn

впр-аво

H

L

H


H

H

X

X

X

X

H

QAn

QBn

QCn

Сдв.

H

H

L


X

X

X

X

X

X

QB

QC

QD

L

вле-во

H

H

L


X

X

X

X

X

X

QB

QC

QD

H

Пок-ой

H

L

L

X

X

X

X

X

X

X

QA0

QB0

QC0

QD0

Таблица 10

Таблица истинности регистра КР531ИР11


Характеристики ППЗУ КР556РТ4

  • Емкость - 256х4 Бит

  • Время задержки - 70 нс

  • Потребляемая мощность - 690 мВт

  • Тип выхода - ТТЛ-ОК

  • Исходное состояние - 0

Составление программы

Программа на ассемблере


НАЧАЛО



СЧЕТЧИК=02Н



АККУМУЛЯТОР=

=1-ый справа байт кода



Маскирование последних

3 бит АККУМУЛЯТОРА




АККУМУЛЯТОР= 010В


НЕТ


Сдвиг кода на разряд вправо



СЧЕТЧИК=СЧЕТЧИК+1



СЧЕТЧИК=32




Запись значения счетчика в память




СЧЕТЧИК=02Н



АККУМУЛЯТОР=

=1-ый слева байт кода



Маскирование первых

3 бит АККУМУЛЯТОРА



ДА

АККУМУЛЯТОР= 01000000В




2 3

1

1 2 3



Сдвиг кода на разряд влево



СЧЕТЧИК=СЧЕТЧИК-1


НЕТ

СЧЕТЧИК=1




Запись значения счетчика в память



КОНЕЦ


Для нормального функционирования программы необходимо предварительно занести входной код, предварительно поделенный на байты в следующие ячейки памяти: 0800Н - 0803Н (в 0800Н - крайний левый байт кода и т.д.) и 0804Н - 0807Н (в 0804Н - крайний левый байт кода и т.д.)


Адрес

Код

Метка

Команда

Комментарий

0809

16


MVI D,O2H

Счетчик = 2

080A

02




080B

3A

M1

LDA 0803H

Загрузка первого справа байта кода в аккумулятор

080C

03




080D

08




080F

E6


ANI 07H

Маскирование 3 последних бит аккумулятора

0810

07




0811

FE


CPI 02H

Сравнение аккумулятора с 010В

0812

02




0813

CA


JZ M2


0814

37




0815

08




0816

A7


ANA A

Обнуление флага переноса

0817

3A


LDA 0800H


0818

00




0819

08




081A

1F


RAR


081B

32


STA 0800H


081C

00




081D

08




081E

3A


LDA 0801H


0820

01




0821

08




0822

1F


RAR


0823

32


STA 0801H


0824

01




0825

08




0826

3A


LDA 0802H


082702


0829

08

Последовательный сдвиг

082A

1F


RAR

байтов кода вправо

082B

32


STA 0802H


082C

02




082D

08




082E

3A


LDA 0803H


082F

03




0830

08




0831

1F


RAR


0832

32


STA 0803H


0833

03




0834

08




0835

14


INR D

Прибавление к счетчику единицы

0836

7A


MOV A, D


0837

FE


CPI 20H

Сравнение значения счетчика с 32D

0838

20




083A

7A

M2

MOV A, D


083B

32


STA 0808H

Запись первого результата в память

083C

08




083D

08




083E

16


MVI D,1FH

Счетчик = 31

083F

1F




0840

3A

M3

LDA 0803H

Загрузка первого слева байта кода в аккумулятор

0841

03




0842

08




0843

E6


ANI E0H

Маскирование 3 первых разрядов кода

0844

E0




0845

FE


CPI 40H

Сравнение аккумулятора с 0100 0000В

0846

40




0847

CA


JZ M4


0848

6B




0849

08




084A

A7


ANA A

Обнуление флага переноса

084B

3A


LDA 0804H


084C

04




084D

08




084E

1F


RAL


084F

32


STA 0804H


0850

04

Подобные работы:

Актуально: