Методические указания, страница 2

Курсовая работа оформляется в виде расчетно-пояcнительной за­писки, включающей рукописный текст и графику общим объемом 25 - 30 страниц формата А4. Записка должна включать следующие основные разделы, расположенные в порядке выполнения работы:

1) оглавление;

2) задание на проектирование;

3) выбор направления решения;

4) схему алгоритма функционирования устройства;

5) операционное описание устройства;

6) функциональную схему операционного автомата;

7) функциональную схему управляющего автомата;

8) принципиальную схему устройства;

9) построение устройства в виде микропроцессорного вычисли­теля;

10) заключение;

11) список использованной литературы.

Схемы алгоритмов и принципиальные схемы должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ и ЕСКД [З6, 37]. Все рисунки нумеруются и помещаются в записке после первых ссылок на эти рисун­ки. Если рисунок выполнен на отдельном листе, то он помещается за страницей текста, содержащей ссылку.

В записке не допускается сокращение слов, кроме общепринятых (ЭВМ, МП, ОЗУ, ПЗУ и др.). Все нестандартные аббревиатуры должны быть обязательно расшифрованы. Формулы, приводимые в записке, мо­гут иметь номера, на которые можно ссылаться в тексте. Номера раз­мещаются с правой стороны у кромки листа в круглых скобках.

Записка вкладывается в обложку из ватмана и брошюруется. Лице­вая сторона обложки является титульным листом и оформляется так, как показано на рис. 1.2. При сквозной нумерации страниц в записке этот лист считается первой страницей. Титульный лист подписывается студентом и преподавателем.

При оформлении работы в записке должен найти отражение не только наилучший вариант, но и материал, демонстрирующий весь путь движения к цели. Оформление записки производится по частям в поряд­ке завершения работы над отдельными ее разделами.

1.5. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Руководство курсовой работой и ее организацию осуществляет кафедра. Календарный план является графиком работы студентов и кафедра строго следит за его выполнением. Каждый студент обязан один раз в неделю отчитываться перед преподавателем о проделанной работе. Преподаватель еженедельно определяет процент выполнения сту­дентом курсовой работы. Эти данные вывешиваются на специальном стенде кафедры.

Примерный календарный план выполнения работы рассчитан на 17 недель и приведен в табл. 1:

Таблица 1

Защита курсовой работы происходит перед комиссией, в которую обязательно входит и преподаватель-консультант. Защита может осу­ществляться в присутствии всей учебной группы.

2. ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОГО УСТРОЙСТВА

На примере решения демонстрационной задачи покажем весь путь выполнения курсовой работы от постановки задачи до получения прин­ципиальной схемы реального устройства.

2.1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Первоначальная формулировка задания выглядит следующим обра­зом: на вход устройства приходит 32-разрядный параллельный код А{1:32}; на выходе устройства сформировать код В{1:k}, отобража­ющий число единиц кода А.

Такая формулировка является явно недостаточной. Действитель­но, задание на преобразование кода А в код В требует дополнитель­ной информации:

1. Каков период Т поступления входных кодов, сколько времени отводится на преобразование? Техническое решение естественно будет разным в случае разделения входных кодов интервалами в 100 нс, 1 мкс и 10 мкс. Коды могут поступать асинхронно после преобразова­ния предыдущего кода в устройстве. Если значение Т не задается, то можно рассмотреть несколько вариантов построения устройства, оце­нить их быстродействие и определить область их применения.

2. Каким образом синхронизируется работа устройства с источни­ком и потребителем информации ? Примем, что источник входного кода гарантирует правильность выставленной информации во время действия стробирующего импульса СТРОБ, а само устройство подтверждает выда­чу кода числа единичных символов генерацией импульса считывания УСЧИТ.

Здесь же решается вопрос о выборе тактовой синхронизирующей последовательности импульсов: или она будет общей для источника, устройства преобразования и потребителя информации (внешняя синхро­низация), или она будет формироваться с помощью автономного генера­тора тактовых импульсов (ГТИ), установленного в разрабатываемом устройстве (внутренняя синхронизация). Выберем внешнюю синхрониза­цию с частотой ГТИ - 5 МГц.

При внешней синхронизации необходимо уточнить привязку вход­ных и выходных сигналов по отношению к тактовой последовательности импульсов. Будем считать, что смена кодов А и В осуществляется по положительному фронту импульсов ГТИ, длительность импульсов СТРОБ и УСЧИТ равна периоду тактовой последовательности и положительные фронты этих импульсов появляются вслед за положительным фронтом им­пульсов ГТИ.

3. Каково отображение кода А в код В ? Для решения задачи необ­ходимо установить однозначное соответствие между кодом В и кодом А. Это соответствие определяется многими факторами: удобством оценки, необходимостью передачи на уровне помех, требованиями использова­ния кодов для обнаружения и исправления ошибок, удобством индика­ции и многими другими факторами.

Примем, что выходной код В{1:k} - двоичный позиционный код, численный эквивалент которого равен числу единичных символов кода А{1:32}. Легко заметить, что максимальное число "единиц", равное 32, потребует формирования шестиразрядного выходного кода B{1:6}, так как (32)₁₀ = (100000)₂ (32Д = 100000B).

В качестве сопутствующей можно рассмотреть задачу формирования выходного кода в двоично-десятичном представлении. Разрядность при этом не изменится: потребуется тетрада для формирования младшей цифры (0 - 9) и два двоичных разряда для представления старшей цифры (0 - 3). Представляет интерес введение контрольного разряда В{7} для проверки кода на четность (нечетность) при передаче по каналу связи.

Итак, задание на проектирование может быть выражено в виде функциональной схемы и эпюр напряжения, изображенных на рис. 2.1.

Примем, что в разрабатываемом устройстве не требуется введе­ния внутренней индикации, и не будем пока накладывать никаких ограничений на потребляемую устройством мощность и, следовательно, на выбор оптимальной элементной базы. Эти вопросы могут быть реше­ны при дальнейшей работе над заданием.

Разработка схемы устройства начинается с главного вопроса - определения метода построения устройства как комбинационного или как регистрового. Согласно заданию устройство преобразует входной параллельный код в выходной, поэтому оно может быть построено и как комбинационное, и как регистровое. Рассмотрим оба варианта, сравним сложность их реализации и определим область применения.

2.2. КОМБИНАЦИОННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА

При построении устройства в виде комбинационной схемы надо решить задачу синтеза системы шести логических функций 32 перемен­ных. Эта задача достаточно сложна и в условиях ограниченного вре­мени проектирования решена быть не может.

К решению задачи можно подойти с позиций операционного синте­за, построив устройство, реализующее цепочку простых преобразова­ний. Разобьем входной код на такие части, для которых решение задачи преобразования "числа единиц" в позиционный двоичный код яв­ляется практически реализуемым. Разобьем входной код на четыре части:

А{1:32} = A{l:8}. А{9:16}. А{17:24}. А{25:32}.

Каждый байт преобразуется в число единиц c помощью цифрового устройства, которое назовем преобразователем кода и будем обозна­чать через ПPi{1:4} (i = 1, 2, 3, 4). Тогда

B{1:6}=ПР1{1:4} + ПР2{1:4} + ПР3{1:4} + ПР4{1:4}.

Будем формировать сумму в два этапа - суммированием кодов пары преобразователей и суммированием полученных сумм:

P1.SM1{0:3} = ПР1{1:4} + ПР2{1:4},

P2.SM2{0:3} = ПР3{1:4} + ПР4{1:4},

B{1:6} ≡ SM{0:5}=0.P1.SM1{0:3} + 0.P2.SM2{0:3}.

Здесь P1 и Р2 - сигналы переноса 4-разрядных сумматоров SМ1 и SM2.

Функциональная схема устройства изображена на рис. 2.2. Сиг­нал УСЧИТ образуется путем задержки сигнала СТРОБ на максимально возможное время формирования выходного кода. Оно зависит от выбран­ной элементной базы.

Для построения сумматоров SM1 и SM2 воспользуемся микросхемой К155ИМЗ (4-разрядный сумматор), а для построения сумматора SM -микросхемами К155ИМЗ, К155ИМ2 (К155ИМ2 - 2-разрядный сумматор). За­держка в формировании выходного сигнала этими сумматорами составля­ет не более 40 нc.

Преобразователи кодов ПРi являются нестандартными устройствами. Анализ показывает, что использование логических элементов (элементов с "жесткой" структурой) приводит к очень объемной реа­лизации. Возникает мысль об использовании программируемых струк­тур - электрически программируемых постоянных запоминающих уст­ройств (ППЗУ) или программируемых логических матриц. Первая струк­тура более доступна, поэтому будем использовать микросхему КР556РТ4, изображенную на рис. 2.3. Эта микросхема совместима c ТТЛ - элементами (ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика) и обеспе­чивает задержку не более 70 нс. Программирование этого ППЗУ будем проводить по таблице истинности функции преобразования 8-разрядно­го кода в 4-разрядный (табл. 2).

Таблица 2

Проектируемое устройство строится на восьми корпусах микро­схем. Оно может использоваться в системах, в которых допустимое время формирования выходного кода не превышает 150 нс: действитель­но, задержка выходного кода

τ = τ(ППЗУ) + τ(SM1,SM2) + τ(SM) = τ(КР556РТ4) + τ(К155ИМ3) + τ(К155ИМ3 + К155ИМ2) = 70 + 40 + 40 = 150 нс.

Преобразователь на стандартных логических элементах может быть построен из двух 4-битовых преобразователей и 3-разрядного сумматора. Если Х0, X1, Х2, Х3 - биты 4-разрядного поля входного слова, Y0, Y1, Y2 - биты выходного слова 4 - битового преобразовате­ля, определяющего двоичный позиционный код числа единиц поля вход­ного слова, то, рассматривая Y0, Y1, Y2 как логические функций пе­ременных Х0, X1, Х2, ХЗ, получим следующие логические выражения выходов преобразователя для реализации на элементах И-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (mod 2):