Проектування цифрових пристроїв

Самсоненко В. А.

Етапи проектування цифрових пристроїв.

Проектування будь-якого цифрового пристрою складається з наступних етапів:

• 
  Абстрактний синтез. Сюди входять етапи, що не піддаються формалізації.
  
  • 
    Народження ідеї. Формулювання мети проектування.
    
  • 
    Складання технічного завдання на розробку (проектування і реалізацію).
    
  • 
    Складання таблиць переходів і виходів автомата, які задають алгоритм його функціонування.
    
• 
  Структурний синтез в булевої логіки. Сюди входять етапи, в ході яких створюється структура автомата (функціональна схема) на НЕ, АБО, І вентилях і тригерах.
  
  • 
    Кодування елементів множин в двійковому коді.
    
  • 
    Заповнення кодованої таблиці переходів і виходів.
    
  • 
    Складання системи логічних рівнянь для функцій збудження елементарних автоматів і функцій виходу у вигляді СДНФ по кодованої таблиці переходів і виходів, яка розглядається як таблиця істинності.
    
  • 
    Мінімізація логічних рівнянь. Перехід від СДНФ до МДНФ (будемо виконувати мінімізацію по Карно.)
    
  • 
    Складання функціональної схеми по МДНФ рівнянням на НЕ, І, АБО елементах і обраних типах тригерів. У схему додаються службові сигнали:
    
    • 
      Скидання пам'яті автомата в початковий стан
      
    • 
      Синхронізація виведення вихідних сигналів
      
    • 
      Синхронізація зміни стану пам'яті автомата
      
• 
  Технічна реалізація автомата у вигляді пристрою.
  
  • 
    Розробка принципової схеми. Вибирається серія мікросхем з відповідною технологією виробництва. При цьому враховуються швидкодію і споживана потужність. Кожна технологія виробництва інтегральних схем характеризується базовим елементом, що має мінімальну структуру, мінімальну затримку виходу щодо входу і є функціонально повною системою елементів. (Будемо працювати з технологією ТТЛ (транзисторних-транзисторна логіка), серія мікросхем 1533, базовий елемент - І-НЕ (логіка Шеффера).
    
  • 
    Складання специфікації по принциповій схемі.
    
  • 
    Складання таблиці з'єднань, т. Е. Розводка зв'язків вентилів і тригерів відповідно до принципової схемою.
    
  • 
    Комплектація, т. Е. Закупівля компонентів і вхідний контроль компонентів.
    
  • 
    Виготовлення друкованої плати, т. Е. Нанесення доріжок (згідно з таблицею з'єднань) і посадочних місць під компоненти.
    
  • 
    Монтаж - установка на свої місця компонентів і розпаювання контактів.
    
  • 
    «Пожвавлення» - контроль споживаного струму, усунення з'єднання доріжок або розривів доріжок. Тестування - перевірка роботи на відповідність таблиці переходів і виходів. На цьому етапі проект алгоритму перетворюється в алгоритм в разі позитивного тестування.
    
  • 
    Оформлення документації - опис роботи пристрою, вказівки по пошуку несправностей, вказівка ​​надійності пристрою.
    
• 
  Маркетинг.
  

В виконується курсовому проекті будуть відпрацьовуватися етапи з 1 по 11 включно.

Перша частина курсового проекту.

Спроектувати синхронний автомат, який реалізує роботу кодового замка з послідовною подачею двійкового коду. Ключем до замку є PIN-код. Набір коду здійснюється з старшого розряду.

Технічне завдання.

Для подальшого проектування необхідно визначити три безлічі:

вихід
- безліч вхідних сигналів;

Y
Вхід
- безліч вихідних сигналів

А

- безліч станів автомата.

Формування PIN-коду: №_группи_№_в_журнале_группи (номера груп і номера в журналах кодуються в порядку натурального ряду: перша група - 001, друга група - 010 і т. Д.).
PIN - код. №_группи: четверта - 100; №_в_журнале - 1 = 00001.

Т. о. PIN-код = 10000001.

Загальна схема замку:

У замку 3 кнопки: 0, 1, скидання - 3 сигналу. Т. к. Сигнал «скидання» є службовим і в синтезі не бере, на вході 2 сигналу, т. Е. = 0, x1>, де х0 = 0; х1 = 1.
Замок може приймати 2 стану: закритий (у0) і відкритий (y1), т. Е. =.
Про

пределеніе безлічі станів автомата може здійснюватися кількома способами (наприклад, за допомогою таблиці істинності). Для більшої наочності виберемо інший спосіб і визначимо безліч станів за допомогою графа, коли кожне стан - вершина графа; в дугах вказуються сигнали, при яких здійснюється перехід з одного стану в інший. Число станів наперед відомо (в даній задачі 8 станів а0 - А7 т. До використовуваний PIN-код 8-мібітний і містить 8 розрядів.).

Л
^ Малюнок 1 «Граф автомата»
юбое цифровий пристрій має початковий стан, яке позначається а0.
позначення:

а0 - А7 - стану автомата:

х0 - х1 - сигнали за якими здійснюється перехід в новий стан;

у0 - в1 - сигнали видаються перед переходом в новий стан.

Автомат з таким графом - автомат Мілі (виконаємо першу частину курсового проекту як автомат Мілі.).

Складання таблиць переходів і виходів

На підставі графа сформуємо автоматні таблиці переходів і виходів, які задають алгоритм функціонування автомата ..

^ Таблиця 1 «Переходи в автоматі» Таблиця 2 «Виходи автомата»