Проектирование цифрового устройства серии ИС К155 с входными данными: базис: «и-не», частота генератора 220 Гц, частота на выходе делителя 0,1 Гц, номера состояний счетчика 10,12,14,16,18,20,22,24.

Введение

Синтез конечных автоматов является неотъемлемой частью разработки цифровых схем. В настоящее время разработчики все реже применяют микросхемы жесткой логики для построения конечных автоматов. К причинам, по которым на данный момент не актуально разрабатывать конечные автоматы на жесткой логике следующие: более-менее сложное устройство гораздо проще описать на языке описания радиоэлектронной аппаратуре (VHDL,Verilog) и в последствии физически реализовать на микросхеме программируемой логики, нежели использовать микросхемы жесткой логики. При таком подходе значительно экономиться место на печатной плате, сокращается потребляемый ток, разработанный проект легко верифицируется в интегрированной среде разработки, т.е. разработчик может посмотреть отклик модели на входные воздействия, не имея физического устройства. Однако без понимания основных принципов синтеза комбинационных устройств разработчику будет крайне трудно реализовать максимально эффективную модель.
В данной работе рассмотрен процесс синтеза конечного автомата с заданными параметрами.

















Синтез цифровых устройств
Цель работы: Изучение методов, используемых при анализе и логическом проектировании цифровых устройств.

Структура и алгоритм функционирования проектируемого цифрового устройства
В данном курсовом проекте требуется произвести синтез цифрового устройства, представленного ниже:



Рисунок 1. Структурная схема исследуемого устройства.
Устройство состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), делителя частоты, счётной схемы, двух дешифраторов и элементов индикации. Частота вырабатываемых генератором импульсов, уменьшается делителем до 0,1 Гц. Счётная схема, в зависимости от числа поступающих на её вход импульсов, устанавливается в одно из устойчивых состояний, соответствующих определённым комбинациям кода. Каждая кодовая комбинация, отображается на индикаторах соответствующим ей шестнадцатеричным числом.
Частота вырабатываемых генератором тактовых импульсов f = 220 Гц. Счётная схема имеет 8 устойчивых состояний: 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 в соответствии с заданием на курсовой проект. Используемая для построения цифрового устройства элементная база: "И-НЕ". Серия используемых логических элементов: 155.





































Логическое проектирование дешифраторов
В синтезируемом цифровом устройстве дешифратор расшифровывает значение выдаваемой в каждом состоянии счётной схемы кодовой комбинации, преобразуя её в код, отображающий на индикаторе соответствующее данной комбинации шестнадцатеричное число.
В соответствии с заданием на курсовой проект следует составить таблицу соответствия кодовых комбинаций на выходе счётной схемы и входах дешифраторов:

Таблица 1. Таблица истинности дешифраторов.


№

Сохр. в сч. сх. кодовая комбинация

10

16
Индикатор
Значение функции





Индикатор A
Индикатор B

Q5
Q4
Q3
Q2
Q1


A
B
f1
f2
f3
f4
f5
f6
f7
f1
f2
f3
f4
f5
f6
f7
1
0
1
0
1
0
10
0A
0
A
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
2
0
1
1
0
0
12
0С
0
C
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
3
0
1
1
1
0
14
0E
0
E
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
4
1
0
0
0
0
16
10
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
5
1
0
0
1
0
18
12
1
2
1
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
6
1
0
1
0
0
20
14
1
4
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
7
1
0
1
1
0
22
16
1
6
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
8
1
1
0
0
0
24
18
1
8
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1

Как видно из таблицы, для идентификации состояния счетной схемы дешифратором, соединенным с индикатором “B” младшего разряда, достаточно использовать выходы Q4 – Q2. Для дешифратора, подключенного к индикатору “A” старшего разряда, комбинация на выходе полностью определяется значением выхода Q5 счетной схемы.
Синтез дешифраторов проведём с использованием карт Карно (только для индикатора “B”).


Для дешифратора индикатора “A” будем иметь следующие функции:










Для дешифратора индикатора “B” будем иметь следующие функции:
Логические функции, описывающие работу индикатора B можно получить аналитически, либо воспользоваться, например, методом карт Карно и получить минимальную нормальную дизъюнктивную форму.
Для приведения логических выражений воспользуемся правилом двойного отрицания и теоремой де Моргана.









Таблица 2. Карта Карно для выхода f7 дешифр