па  курсовому проектированию

 

1. Тема проекта:  «Генератор кодов последовательности чисел»

Содержание

     Введение…………………………………………………………………….4

     1 Аналитический обзор…………………………………………………….5

     2 Конкретизация технического задания…………………………………...20

     3 Выбор и описание работы элементной базы……………………………23

     4 Синтез структурной схемы………………………………………………25

     5 Анализ структурной схемы………………………………………………30

     6 Разработка электрической схемы  и описание её работы………………32

     Заключение…………………………………………………………………..35

     Литература…………………………………………………………………...36

 

ВВЕДЕНИЕ 

       Значительные  изменения во многих областях науки  и техники обусловлены развитием  электроники. В настоящее время  невозможно найти какую-либо отрасль  промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.[6]

       Основной  функцией интегральных микросхем является обработка информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. Микросхемы, выполняющие обработку этой информации, называются аналоговыми или цифровыми соответственно.

       Важнейшей задачей, решаемой с помощью методов  и средств микросхемотехники, является схемотехническая разработка новых  типов интегральных схем. Исходное техническое задание на проектирование микросхемы содержит описание функций, которые она должна выполнять в электронной аппаратуре, и требование к ее основным параметрам. Конечным результатом проектирования является такое представление микросхемы, используя которые можно изготовить ее образцы. Такой формой представления являются чертежи фотошаблонов и комплект конструкторской документации, необходимые для изготовления микросхемы.[4]

       В основе дальнейшего совершенствования  вычислительной техники лежит развитие микроэлектроники в целом, а также  разработка и внедрение микросхем  различной степени интеграции.

       На  стыке микроэлектроники и цифровой техники развивается самостоятельная  область науки и техники – цифровая микросхемотехника, предметом которой являются принципы и методы схемотехнического проектирования цифровых интегральных микросхем, которые включают разработку их структуры. Непрерывное повышение степени интеграции проектируемых микросхем, обеспечивающее реализацию на одном кристалле целых цифровых систем, требуют от специалиста-микросхемотехника не только знания основ цифровой техники, но и освоения таких ее разделов, как архитектура цифровых систем, программирование и многое другое.[6]

       Целью данного курсового проекта является проектирование генератора кодов последовательности чисел  в соответствии с современными требованиями микросхемотехники. 
 
 

 

      1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 

     1.1 Генераторы кодов

     Последовательные  узлы этого типа называют также распределителями сигналов (импульсов), так как образуемая на их выходах последовательность двоичных чисел часто используется в цифровых системах как последовательность сигналов, управляющих работой других узлов. Число состояний генератора называется длиной последовательности чисел L_п, которая определяется как число тактов машинного времени (периодов синхросигналов), после которого последовательность чисел на выходе генератора" повторяется. По своей структуре генераторы чисел близки либо к счетчикам, либо к регистрам.  

     1.2 Генераторы на  основе регистров

     Генераторы  на основе сдвиговых регистров. Таким способом можно реализовать генераторы циклических последовательностей чисел, в которых каждое последующее число образуется путем сдвига предыдущего числа, записанного в регистре, на один разряд и введением в освободившийся первый разряд 0 или 1. Для этого ко входу первого разряда регистра подключается комбинационная схема, образующая необходимый управляющий сигнал Z₀. Если имеется m-разрядный сдвиговый регистр, то можно генерировать циклические последовательности длиной L_П≤2^m. Пример такого генератора представлен на рисунке 1.1.

     

     Рисунок  1.1 – Схема генератора кодов 

      Регистры  являются наиболее распространенным типом  после-довательностных узлов в  современных цифровых системах. По способу приема и выдачи информации регистры делятся на следующие группы: с параллельными приемом и  выдачей), с последовательным приемом и последовательной выдачей, с последовательным приемом и параллельной выдачей, с параллельным приемом и последовательной выдачей, комбинированные с различными способами приема и выдачи.

      Регистры  с параллельным приемом и выдачей  служат для хранения информации и называются регистрами памяти. Изменение хранящейся информации (ввод новой информации) происходит после соответствующего изменения сигналов на входах при поступлении определенного уровня (С = 0 или С=1) или фронта синхросигналов. В качестве разрядов регистра- памяти используются синхронизируемые уровнем или фронтом триггеры: D-триггеры, если информация поступает в виде однофазных сигналов, или RS-триггеры, если информация поступает в виде парафазных сигналов. Предварительная «очистка»

      

    Рисунок 1.2 – Регистры хранения, синхронизируемые уровнем (а) и фронтом (б) 

регистра, т. е. установка всех выходов в  состояния Q=0, производится с помощью асинхронных входов сброса триггеров R_a.

      Регистры  с последовательным приемом или  выдачей информации называются сдвиговыми регистрами.

      

      Рисунок 1.3 – Сдвиговый регистр 

        В регистре с последовательным приемом и выдачей первый разряд вводимого числа A₀ подается на вход одного, крайнего слева, разряда регистра Р_m-1 и вводится в него при поступлении первого синхроимпульса Q_m-1=А₀. При поступлении следующего синхроимпульса значение A₀, поступающее с выхода разряда Р_m-1 вводится в разряд Р_m-2, Т. е. устанавливается Q_m-2=А₀, а в разряд Р_m-1 поступает следующий разряд числа A₁: устанавливается Q_m-1=А₁ и т. д. Таким образом производится последовательный сдвиг поступающей на вход информации на один разряд вправо в каждом такте синхросигналов. После поступления m синхроимпульсов весь регистр оказывается заполненным разрядами числа А и первый разряд числа (A₀) появляется на выходе Q₀ регистра. В течение последующих m синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным.

      Сдвиговые регистры обычно реализуются на D-триггерах или RS-триггерах, где для ввода информации в первый разряд включается инвертор: S₀=A, R₀= .

      Параллельный  вывод информации из сдвигового регистра осуществляется при подключении  выходов всех разрядов регистра к  отдельным выводам.

      При проектировании сдвиговых регистров обязательным является применение триггеров, синхронизируемых фронтом. Ведь во время действия синхросигнала изменяются состояния выходов триггеров, которые подключены ко входам последующих триггеров. Таким образом изменяется состояние входов последующих триггеров, и если синхроимпульс еще не кончился, то триггеры, синхронизируемые уровнем, переключаются в новое состояние. В результате за время действия одного синхроимпульса (один такт) информация в регистре продвигается более чем на один разряд, т. е. нормальное функционирование регистра — сдвиг на один разряд за один такт — нарушается. Использование триггеров, синхронизируемых положительным или отрицательным фронтом, обеспечивает нормальную работу регистра. 

     1.3 Генераторы на  основе счетчиков

     Понятие «счётчик» является широким. К счётчикам относят автоматы, которые под действием входных импульсов переходят из одного состояния в другое, фиксируя тем самым число поступивших на вход импульсов в том или ином коде.

     Основным  параметром счётчика является модуль счёта К_СЧ - максимальное число импульсов, которое может быть сосчитано счётчиком. После поступления К_СЧ импульсов счётчик должен возвращаться в исходное состояние. Величина К_СЧ равна числу устойчивых состояний счётчика. Счётчик, содержащий m разрядов, может иметь 2^m устойчивых состояния, поэтому его модуль счёта К_СЧ 2^m. Счётчики используются в качестве делителей частоты, обеспечивающих на выходе в К_СЧ раз меньшую частоту сигнала, чем на входе.

     Любой счетчик можно рассматривать как генератор определенной последовательности чисел, имеющей L_п=К_сч. На основе счетчиков можно получить структуры генераторов любой последовательности чисел. При этом требуемое число разрядов (триггеров) равно числу двоичных разрядов m в генерируемых числах. Если m=log₂L_п, то для уменьшения числа используемых триггеров структура генераторов несколько изменяется. В этом случае генератор целесообразно стоить в виде соединения счетчика с модулем счета К_с=L_п и подключенной к его выходам вычислительной коммутационной схемы (дешифратора, преобразователя кода и т.д.), реализующей требуемые значения двоичных чисел. Пример такого генератора представлен на рисунке 1.4.

     

     Рисунок  1.4 – Схема генератора кодов 

     Количество  входных переключающих сигналов, которое нужно подать на вход счётчика, чтобы вернуть его в исходное состояние, называется коэффициентом пересчёта (К). Счётчики называют двоичными, если К=2m, где m - целое число больше нуля.

     Наиболее  широко используемой оказалась десятичная система исчисления. Поэтому десятичные счётчики, построенные на двоичных элементах получили широкое распространение. Такие счётчики характеризуются двоично-десятичной системой исчисления, в которой число представляется в десятичном виде, а каждая цифра разряда числа - в двоичной системе. В двоично-десятичной системе каждая цифра представляется группой из четырёх двоичных чисел, которые могут образовывать 16-ть различных комбинаций. Поэтому 6-ть комбинаций являются «лишними» и не используются в десятичной системе.

     По  структурной организации счётчики делятся, на счётчики с параллельным, последовательным и параллельно-последовательным переносом. Которые между собой различаются способами подачи счётных импульсов на входы разрядов.

     В счётчиках с последовательным переносом  входной переключающий сигнал воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.

     В счётчиках с параллельным переносом  входной переключающий сигнал воздействует на все триггеры, и каждый триггер вырабатывает для всех последующих лишь управляющие сигналы. Параллельные счётчики обычно строятся на базе RS-, JK-, D- триггеров, синхронизируемых фронтом.

     В счётчиках с параллельно-последовательным переносом триггера разбиты на группы, причём внутри группы действует параллельный перенос, а между группами последовательный.

     По  способу кодирования внутренних состояний различают двоичные счётчики, счётчики Джонсона, счётчики с кодом «1 из N» и другие.

     По  направлению счёта счётчики делятся  на суммирующие, вычитающие и реверсивные.

     Суммирующий счётчик (прямого счёта) начинает с нуля и при поступлении на вход очередного импульса число на выходе счётчика увеличивается на единицу. Предпоследний такт заканчивает счёт, а последний переводит счётчик в исходное состояние.