Синтез счетчика по модулю N

АППАРАТНЫЙ И ПРОГРАММНЫЙ ПОДХОДЫ В СИНТЕЗЕ

ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

 

АППАРАТНЫЙ СИНТЕЗ

 

Постановка задачи

 

Требуется разработать генератор блока из N 2-разрядных двоичных слов на «жесткой» логике. Функциональная схема генератора представлена на рис. 1, где n указывает разрядность шины выходных сигналов счетчика.

Счетчик по модулю N определяет длину блока, изменяя свое состояние на единицу с каждым тактовым импульсом. Счетчик работает циклами, обеспечивая тем самым непрерывную последовательность блоков. Каждому i-у (i = 0, 1, 2, …, N-1) состоянию счетчика в цикле ставится в соответствие определенное 2-разрядное двоичное слово у₁у₀. Поскольку разрядность слов не совпадает с разрядностью счетчика, в устройство введен преобразователь кода. Последний также обеспечивает заданную структуру блока (порядок следования слов в блоке).

Номер варианта определяется двумя последними цифрами m₂m₁ номера зачетной книжки. В соответствии с вариантом формулируется техническое задание:

- направление счета счетчика обратное (вычитание), если m₁<5 и m₂ четно или если m₁>4 и m₂ нечетно. В остальных случаях направление счета прямое (суммирование);

- все КЦУ устройства реализуются в базисе И-НЕ, если m₂ четно и в базисе ИЛИ-НЕ, если m₂ нечетно:

- структура блока (значения слов в порядке их следования в блоке) определяется путем представления в двоичной системе счисления десятичного числа, выбранного из таблицы 1.

Таблица 1. Структура блока

m1 m2

Исходные данные, полученные в результате выбора варианта, представить в виде таблицы 2, где DEC означает десятичную систему счисления, а BIN – двоичную.

Таблица 2. Исходные данные

Структура блока, DEC
Номер кодового слова в блоке			…	N
Значение кодового слова в блоке, BIN
Базис реализации
Направление счета счетчика

 

Решение поставленной задачи

 

Как видно на рис. 1, счетчик по модулю N является источником сигналов для преобразователя кода. На этом основании решение поставленной задачи удобно провести в следующей последовательности: 1) синтез счетчика по модулю N, 2) синтез преобразователя кода, 3) расчет быстродействия устройства и потребляемой им мощности.

 

Синтез счетчика по модулю N

Хорошей моделью счетчика с произвольным модулем счета является автомат Мура (рис. 2), где ЗЭ_i – i-й запоминающий элемент (триггер), a_1, …, a_n – сигналы управления триггерами, а КЦУ формирует сигналы управления триггерами, одновременно обнаруживая последнее из «разрешенных» состояний автомата. Следовательно, для синтеза счетчика с произвольным модулем счета можно воспользоваться стандартной методикой синтеза ПЦУ. Однако промышленностью выпускаются интегральные (в виде микросхемы, чипа) двоичные счетчики, правда, по модулю 2ⁿ. Тем не менее, этот факт упрощает задачу синтеза счетчика по модулю N<2ⁿ. Действительно, в этом случае достаточно к базовому (интегральному) счетчику добавить КЦУ (рис. 3) – схему установки начального состояния (СУНС). Задача СУНС заключается в обнаружении в последовательности состояний счетчика первое же «запрещенное» состояние и сформировать соответствующий сигнал «с», устанавливающий счетчик в начальное состояние. При этом время, в течение которого счетчик будет пребывать в «запрещенном» состоянии, обычно значительно меньше длительности такта. Поэтому на практике допустимо считать, что за последним из «разрешенных» состояний счетчика сразу следует начальное его состояние.

Таким образом, синтез счетчика по модулю N<2ⁿ на основе базового двоичного счетчика проводится в следующем порядке:

1. Определяется минимально необходимое число разрядов базового счетчика

n = ù log₂(N) é,

где ù х é – наименьшее целое, не меньшее х.

2. Выбирается серия интегральных схем и в ней микросхема базового счетчика.

Основным критерием выбора серии обычно является степень полноты ее функционального состава. С этой точки зрения наиболее приемлема серия интегральных схем широкого применения К155, которая позволяет использовать микросхемы электрически совместимых с ней серий К555 и К1533.

При выборе базового счетчика следует исходить из соображений простоты схемной реализации заданного модуля счета. Так при необходимости использования суммирующего счетчика в зависимости от комплектации серии на момент разработки и требуемого модуля счета можно выбрать микросхемы К155ИЕ4, К155ИЕ5 (суммирующие счетчики) или микросхемы К155ИЕ6, К155ИЕ7 (реверсивные счетчики). В первом случае упрощается структура СУНС, а во втором – отпадает сама необходимость ее использования. Если же необходим вычитающий счетчик, выбрать следует микросхемы реверсивного счетчика, поскольку только вычитающие счетчики промышленностью не выпускаются.

3. В соответствии с заданным модулем счета N для выбранного базового счетчика устанавливается последовательность смены его состояний. При этом в случае суммирующего счетчика в качестве начального состояния выбирается нулевое, а в случае реверсивного счетчика ввиду отсутствия специальных требований начальное состояние следует выбирать из соображений исключения СУНС. Этого можно добиться с помощью сигналов на выходах «≤0» и «³15» счетчика и возможности принудительной его установки в требуемое состояние.

4. Проводится анализ СУНС (в данной курсовой работе этот пункт имеет смысл только при использовании суммирующего базового счетчика) с выводом соответствующей ФАЛ и последующей записью ее в заданном базисе. При этом следует основываться на законе изменения выходных сигналов счетчика.

5. В соответствии с требованиями ЕСКД (приложение 1) вычерчивается структурная схема разработанного счетчика, сопровождаемая спецификацией, и приводятся временные диаграммы, отражающие принцип его работы, с указанием на них десятичного номера каждого состояния.

Спецификация – это таблица, в каждой строке которой отражены номер или номера корпусов микросхем одинакового функционального назначения, их количество и обозначение такой микросхемы в серии.