Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

управление логический моделирование счетчик

Целью данной работы является разработка и описание работы устройства управления, вырабатывающего заданную по варианту последовательность выходных сигналов.

Необходимо провести анализ заданных последовательностей сигналов, составить функции, описывающие работу устройства, выполнить минимизацию полученных функций, разработать электрическую функциональную схему устройства, и моделировать ее работу в Electronics Workbench.

Пакет Electronics Workbench предназначен для моделирования и анализа электротехнических и схемотехнических схем. Данный пакет позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов. Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно. Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

Пакет Electronics Workbench создан компанией National Instruments Electronics Workbench Group, и практически вытеснен программой Multisim той же компании.

При разработке данного курсового проекта необходимо применять знания, полученные при изучении следующих предметов: дискретная математика, математическая логика, теория автоматов.



1. Постановка задачи

Разработать устройство управления, вырабатывающее заданную последовательность выходных сигналов a, b, c, показанных на рисунке.

Последовательность выходных сигналов

2. Анализ поставленной задачи

Имеется входной сигнал CLK, который представляет собой чередование прямоугольных симметричных импульсов одинакового периода. Этот сигнал используется для тактирования работы всех устройств данной схемы.

Для решения поставленной задачи необходимо для каждого выходного сигнала a, b, c по фронту и по спаду подсчитывать количество тактовых импульсов входного сигнала CLK.

Разберем каждый из сигналов отдельно:

Временная диаграмма сигнала «a» представлена Рисунке.

Временная диаграмма сигнала «a»



В течении 3.5 такта сигнал а равен «1», затем 0,5 такта - «0» получается последовательность 3.5-0.5.

Далее по циклу идет повторение. Период сигнала a равен 4 такта.

Временная диаграмма сигнала «b» представлена Рисунке.

Временная диаграмма сигнала «b»

В течении 10.5 тактов сигнал b равен «1», затем 0,5 такта - «0», то есть получается последовательность 10.5-0.5. Далее по циклу идет повторение. Период сигнала b равен 11 тактам.

Временная диаграмма сигнала «с» представлена на Рисунке.

Временная диаграмма сигнала «c»

Сигнал с является конъюнкцией сигнала а и b.

3. Проектирование схемы устройства управления

Проектирование автомата для получения сигнала a

Как показал анализ временной диаграммы сигнала а:

Значение сигнала а в течение 3-х тактов = 0, 0.5 такта - 0. Далее идет повторение. Период сигнала составляет 7 тактов.

Состояние проектируемой системы зависит от количества импульсов сигнала (CLK). Для контроля состояния автомата используем счетчик на 2 разряда.

Составим таблицу истинности для проектируемого автомата.

Таблица истинности проектируемого автомата для сигнала а № такта Q2 Q1 Сlk а 1 0 0 0 Fn «1» 0 0 1 2 0 1 0 0 1 1 3 1 0 0 1 0 1 4 1 1 0 1 1 1 Fn «0»	Введём обозначения: CLK - генератор импульсов Q3, Q2, Q1 - выходы счётчика. Fn «1» = NCLK *NQ2*NQ1 Fn «0» = CLK *Q2*Q1 Fсбр. = Fn «1» где NQ3*NQ2*NQ1 - инвертированные значения разрядов счетчика. Запишем СКНФ (Совершенная Конъюнктивная Нормальная Форма) функции а: ???????

Для функции «Сброс» требуется получить значение «1» на последнем наборе переменных в таблице.

Запишем полученное выражение: .Сброс происходит автоматически по заполнению двух разрядного счётчика.

Проектирование автомата для получения сигнала b

Как показал анализ временной диаграммы сигнала b:

Значение сигнала b в течение 10.5 тактов = 1, 0.5 такт - 0. Далее идет повторение. Период сигнала составляет 11 тактов. Для контроля состояния автомата используем счетчик на 4 разряда.

Составим таблицу истинности для проектируемого автомата.



Таблица истинности проектируемого автомата для сигнала b № такта Q4 Q3 Q2 Q1 Сlk b 1 0 0 0 0 0 Fn «1» 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 3 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 4 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 5 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 6 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 7 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 9 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 10 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 11 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 Fn «0» 12 1 0 1 1 0 Fn сбр.	Введём обозначения: CLK (тактовый сигнал), Q4, Q3, Q2, Q1 - выходы счётчика. Функция b принимает значение «1» на 20-ти наборах значений (Q4, Q3, Q2, Q1, Clk), на 1-ом наборе функция b принимает значение «0». На последнем наборе осуществляется сброс. Для записи функции, описывающей работу автомата формирующего сигнал b, было решено использовать наборы, на которых функция b равна «0», т.е. запись в виде СКНФ. Fn «1» = NCLK* NQ4* NQ3*NQ2*NQ1 Fn «0» = CLK* Q4* NQ3*Q2*NQ1 Fn сбр. = NCLK* Q4* NQ3*Q2*Q1 где NQ3*NQ2*NQ1 - инвертированные значения разрядов счетчика.

Запишем СКНФ (Совершенная Конъюнктивная Нормальная Форма) функции b:

Дальнейшие сокращения невозможны.

Проектирование автомата для получения сигнала c

Как показал анализ временной диаграммы сигнала c:

Значение сигнала с получается в результате конъюнкции сигналов а и b



4. Выбор и описание элементов схем

Для реализации устройства управления потребуются:

- генератор слов;

- логические элементы (И, ИЛИ, НЕ);

- четырёхразрядный счётчик;

- триггер (деление на два);

- логический анализатор.

Элементы ввода / вывода

Для генерации последовательности тактовых сигналов используем генератор слов (рисунок).

Генератор слов

Генератор слов также позволяет запрограммировать свою собственную последовательность тактовых сигналов. Для проектирования схем будет использоваться только тактовый выход, который показан на изображении.

Логический анализатор предназначен для отображения на экране последовательностей сигналов работы схемы (рисунок).

Логический анализатор

Логические элементы

Элемент	Схема	Таблица истинности	Описание
И		A | B | Y - 0 | 0 | 0 0 | 1 | 0 1 | 0 | 0 1 | 1 | 1	Если на входе все «1», то на выходе «1», иначе на выходе «0».
ИЛИ		A | B | Y - 0 | 0 | 0 0 | 1 | 1 1 | 0 | 1 1 | 1 | 1	Если на входе все «0», то на выходе «0», иначе на выходе «1».
НЕ		A | Y - 0 | 1 1 | 0	Если на входе «0», то на выходе «1». Если на входе «1», то на выходе «0».

Счётчик

Схема	Таблица истинности	Описание
	Сброс | Выходы - RO1 RO2 | Qd Qc Qb Qa - 1 1 | 0 0 0 0 0 X | Счёт X 0 | Счёт	4-х разрядный счётчик. QA, QB, QC, QD - выходы. CKA - синхровход. CKB - счётный вход. R01, R02 - входы установки нуля. VCC - напряжение +5V. GND - земля.

Другие элементы

Коннектор (узел) - применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каждому узлу может подсоединяться не более четырех проводников. После того, как схема собрана, можно вставить дополнительные узлы для подключения приборов (рисунок).

Коннектор

Компонент «заземление» имеет нулевое напряжение и таким образом обеспечивает исходную точку для отсчета потенциалов.

Заземление

5. Схемы реализации функций

Схема реализации функции а

СКНФ функции а: ?.

Аппаратно данная функция реализуется следующим образом:

Сброс осуществляется автоматически.

Для реализации функции сигнала а нам потребуется:

- 1 элемент ИЛИ с тремя входами;

- 3 элемента НЕ;

- счетчик (будут использованы 2 разряда);

Реализация функции а

Временная диаграмма функции а

Схема реализации функции b

СКНФ функции b: .

Аппаратно данная функция реализуется следующим образом:

Функция сброса:



Для реализации функции сигнала b нам потребуется:

- 1 элемент ИЛИ, с пятью входами;

- 3 элемента НЕ;

- счетчик (будут использованы 4 разряда);

Реализация функции b

Временная диаграмма функции b

Схема реализации функции c

Функция с:

Для реализации функции сигнала c нам потребуется:

- 1 элемент И, с двумя входами;



6. Моделирование работы схемы в Electronics Workbench

В результате проектирования и выбора элементов была получена схема, разработанная в системе Electronics Workbench (рисунок).

Разработанная схема

Результат моделирования работы схемы

Результат моделирования работы схемы



Первая временная диаграмма представляет тактовый сигнал Clk.

Вторая временная диаграмма представляет результат работы функции а.

Третья временная диаграмма представляет результат работы функции b.

Четвёртая временная диаграмма представляет результат работы функции c.

Ниже приведены временные диаграммы с уменьшенным масштабом для сравнения с полученным заданием.

Временная диаграмма

Временная диаграмма



Заключение

В процессе выполнения данного курсового проекта были получены уравнения заданных последовательностей сигналов, проведена минимизация полученных в результате анализа временных диаграмм функций заданных сигналов, рассмотрены элементы для разработки схем и разработано устройство управления.

Для разработки был использован программный продукт Multisim, позволяющий разрабатывать цифровые схемы и моделировать их работу.

Результат моделирования показывает, что разработанное устройство управления выдаёт правильную последовательность сигналов.

Список использованных источников

1. Кирий В.Г. Теория автоматов. Конспект лекций. Изд. ИрГТУ 2002. -97 с.

2. Методические указания по работе с системой моделирования ElectronicsWorkBench

3. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский, Н.А. Баранов и др. Под ред. Б.В. ТараОрина. - М.: Энергия, 1981. - 816 с.

4. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. 2-е изд., испр. - Челябинск: Металлургия, 1989. - 325 с. (Массовая библиотека. ВыпЛШ).

5. Шило В.Л. Популярные микросхемы КМОП. Справочник. - И.: Издательство «Ягуар». 1993, - 64 с.

6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 с.

7. Пухальский Г.И., Новосельцева Г.Я Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - м.: Радио и связь, 1990. - 304 с.

8. Бедрековский М.А., Косырбасов А.А., Мальцев П.П. Интегральные микросхемы. - М.: Энергодтомиэдат, 1991. - 272 с.

9. Усатенко СТ., Качения Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрически: схем по ЕСКД: Справочник. - 2-е изд., перэраб. и доп. - М.: Издательставо стандартов, 1992. - 316 с.

Размещено на Allbest.ru