Разработка схемы устройства, выполняющего функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка схемы устройства, выполняющего функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра

Основные сведения о регистрах. Проектирование восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра. Постановка задачи и выбор методики расчета. Разработка и расчет схемы логического устройства. Выбор используемых элементов и типа триггеров.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Целью данного курсового проекта является разработка схемы устройства, выполняющего функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра. При разработке должны быть учтены такие вопросы, как: выполняемые операции сдвига регистра, выбор типа используемых триггеров, базис элементов, используемых при разработке схемы, синтез выбранного триггерного устройства.
В теории, регистры являются своеобразными ячейками памяти, которые используются для хранения информации разной разрядности. Регистры сдвига также используются для преобразования информации.
Регистры являются актуальными на данный момент времени устройствами. Например, они являются элементной основой Регистра процессора. Регистр процессора - блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память(СОЗУ) внутри процессора.
Курсовой проект включает в себя базовые теоретические о регистрах, разработку устройства управления, которая включает в себя выбор используемых элементов, осуществление выбора операции сдвига, реализацию регистра сдвига, синтез выбранного триггерного устройства.
1 . Основные сведения о регистрах
Наиболее распространенным узлом цифровой техники и устройств автоматики являются регистры. Регистры строятся на базе синхронных одно- и двухступенчатых RS и D-триггеров. Регистры могут быть реализованы также на базе JK -триггеров. По способу приема и выдачи информации регистры делятся на следующие группы: с параллельным приемом и выдачей, с последовательным приемом и выдачей, с последовательным приемом и параллельной выдачей, с параллельным приемом и последовательной выдачей, комбинированные, с различными способами приема и выдачи, и реверсивные.
Регистры с параллельным приемом и выдачей информации служат для хранения информации и называются регистрами памяти или хранения. Изменение хранящейся информации в регистре памяти (запись новой информации) осуществляется после установки на входах D 0 ...D m новой цифровой комбинации(информации) при поступлении определенного уровня или фронта синхросигнала (синхроимпульса) C на вход “С” регистра. Количество разрядов записываемой цифровой информации определяется разрядностью регистра, а разрядность регистра, в свою очередь, определяется количеством триггеров, образующих этот регистр. В качестве разрядных триггеров регистра памяти используются синхронизируемые уровнем или фронтом триггеры. Регистры памяти могут быть реализованы на D-триггерах, если информация поступает на входы регистра в виде однофазных сигналов и на RS-триггерах, если информация поступает в виде двухфазных сигналов. В некоторых случаях регистры могут иметь вход для установки выходов в состояние “0”. Этот асинхронный вход называют входом R “сброса” триггеров регистра. На рисунке 1 приведены схема четырехразрядного регистра памяти на D-триггерах, синхронизируемых уровнем и фронтом синхроимпульсов (обычно четыре триггера объединены в одном корпусе ИМС).
Рисунок 1 -- Схема четырехразрядного регистра памяти на D-триггерах
Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются сдвиговыми регистрами или регистрами сдвига. Регистры сдвига могут выполнять функции хранения и преобразования информации. Они могут быть использованы для построения умножителей и делителей чисел двоичной системы счисления, т.к. сдвиг двоичного числа влево на один разряд соответствует умножению его на два, а сдвиг вправо - делению на два. Регистры сдвига широко используются для выполнения различных временных преобразований цифровой информации: последовательное накопление последовательной цифровой информации с последующей одновременной выдачей (преобразование последовательной цифровой информации в параллельный код) или одновременный прием (параллельный прием) информации с последующей последовательной выдачей (преобразование параллельного кода в последовательный).
Регистры сдвига могут служить также в качестве элементов задержки сигнала, представленного в цифровой форме. Действительно, регистры с последовательным приемом (вводом) и выводом осуществляют задержку передачи информации на i+1 тактов (i+1 - число разрядов регистра) машинного времени. Регистры сдвига обычно реализуются на D-триггерах (рисунок 2,а) или на RS-триггерах (рисунок 2,б), где для ввода информации в первый разряд включается инвертор (первый разряд представляет собой D-триггер). Следует отметить, что все регистры сдвига строятся на базе двухступенчатых триггеров или синхронизируемых фронтом синхроимпульса. Разрядность регистров сдвига, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав. На рисунке 2 приведены схемы четырехразрядных регистров сдвига, реализованных на D- и RS-триггерах, а временные диаграммы, поясняющие работу регистра сдвига, приведены на рисунке 3.
Вывод параллельной информации из регистра сдвига осуществляется при подключении всех триггеров регистра к отдельным выводам. Как было сказано выше, регистры сдвига синхронизируются фронтом тактирующих импульсов, т.е. запись новой информации в триггеры регистра происходит в течение очень короткого времени - за время длительности фронта синхроимпульса, вернее в момент поступления соответствующего фронта синхроимпульса. Обычно, это “время” значительно меньше времени распространения сигнала, т.е. времени переключения триггера регистра в новое состояние. Работу регистра сдвига рассмотрим на примере схемы, приведенной на рисунке 2,a.
Можно предположить, что в начале все триггеры регистра находятся в состоянии логического нуля, т.е. Q 0 = 0, Q 1 = 0, Q 2 = 0, Q 3 = 0. Если на входе D-триггера Т1 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы “С” триггеров не меняет их состояния.
Как следует из рисунка 2, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистра одновременно и записывают в них то, что имеет место на их информационных входах. На информационных входах триггеров Т2, Т3, Т4 - уровни логического “0”, т.к. информационные входы последующих триггеров соединены с выходами предыдущих триггеров, находящихся в состоянии логического “0”, а на вход “D” первого триггера, по условию примера, подается “0” из внешнего источника информации. При подаче на вход “D” первого триггера “1”, с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется “1”, а в остальные триггеры -- “0”, т.к. к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 “ещё” присутствовал логический “0”. Таким образом, в триггер Т1 записывается та информация (тот бит), которая была на его входе “D” в момент поступления фронта синхроимпульса и т.д.
При поступлении второго синхроимпульса логическая “1”, с выхода первого триггера, запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной “1” с триггера Т1 в триггер Т2, из триггера Т2 в триггер Т3 и т.д. Таким образом, производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо в каждом такте синхроимпульсов.
После поступления i синхроимпульсов, в схеме, показанной на рисунке 2, i = 4, регистр оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный ввод “D”. В течение следующих четырех синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным (регистр окажется полностью очищенным только при условии подачи на его вход уровня “0” в режиме вывода записанного числа).
Рисунок 2 -- а) Регистр сдвига на D-триггерах; б) Регистр сдвига на RS-триггерах
Рисунок 3 -- Временная диаграмма, поясняющая работу регистра сдвига
В этой главе пояснительной записки будут подробно рассмотрены следующие вопросы:
а) Разработка логического устройства.
б) Постановка задачи и выбор методики расчета.
в) Разработка и расчет схемы логического устройства управления.
г) Синтез устройства выбранного типа.
2.1 Разработка логического устройства
В данной работе необходимо разработать логическое устройство, выполняющее функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра.
Выполняемые операции сдвига: влево на 1 разряд, вправо на 3 разряда.
Для реализации схемы осуществить выбор T - или RS - триггеров.
Регистр, как устройство для хранения и преобразования цифровой информации, можно рассматривать как совокупность элементов памяти (триггеров) и комбинационной схемы, которая управляет работой этих элементов. В связи с этим, процесс проектирования регистров можно разделить на два этапа - проектирования схемы управления и проектирования триггерных устройств. Рассмотрим вопросы проектирования схемы управления элементами памяти регистра. Сам процесс проектирования схемы можно представить, как поэтапное преобразование описания работы регистра; от словесного описания до формального описания сигналов, управляющих работой триггера, которое позволяет построить схему, формирующую требуемые сигналы.
Алгоритм синтеза устройства, выполняющего функцию сдвигающего регистра, включает в себя следующие операции:
а) определение переменной, отвечающей за выбор операций;
б) построение таблицы истинности, описывающей работу реверсивного сдвигающего регистра;
в) построение карт Карно по таблице истинности;
г) построение СДНФ функций по картам Карно, их минимизация, приведение к нужному базису;
д) оценка сложности комбинационных схем управления;
е) построение схемы по полученной СДНФ функции;
ж) синтез выбранного триггерного устройства.
2.2 Постановка задачи и выбор методики расчета
Выбор типа операций, выполняемой регистром, осуществляется с помощью сигналов управления, количество которых определяется по формуле 1:
Г де k -- количество выполняемых операций.
] [ -- оператор округления числа А до ближайшего целого с избытком.
m y -- количество операций, закреплённых за регистром.
Так как m y = 1, требуется один управляющий сигнал. Обозначим этот сигнал как y и примем что при y = 1 осуществляется сдвиг на 3 разряда вправо, а при y = 0 - на 1 разряд влево. Учитывая регулярный характер структуры сдвигающих регистров, описание работы всего регистра можно свести к описанию поведения только одного i -го разряда этого регистра. Из рисунка 4 видно, что состояние i -го разряда регистра в последующий момент времени ( t +1) полностью определяется состоянием разрядов ( i -3) и ( i +1), а также состоянием управляющей переменной y .
Рисунок 4 -- Схема, описывающая операции сдвига регистра
Далее, исходя из состояний регистра и приняв во внимание переменную y, отвечающую за выбор операций регистра строим таблицу истинности (таблица 2) работы регистра сдвига. Значения типов переходов ФQ i берём из таблицы 1.
Условные обозначения типов переходов переменной Q i
Данные таблицы 2 позволяют представить описание работы регистра в виде карты Карно для четырех переменных (таблица 3). В каждую клетку, соответствующую различным состояниям сигналов Q i -3 , Q i , Q i +1 и управляющей переменной y, заносится тип перехода, осуществляемого i-м разрядом регистра при выполнении соответствующей операции сдвига.
Описание реверсивного сдвигающего регистра
Таблица 3 -- Карта Карно для четырех переменных по таблице истинности
Поскольку типы переходов выходного сигнала триггера полностью определяются значениями входных сигналов триггера (т.е. словарным описанием триггера), как показано в таблице 4, то подставив в карту Карно (таблица 3) вместо обозначений типов переходов значения выходных сигналов, которые обеспечивают требуемый тип перехода можно определить карту Карно, описывающую логику формирования входных сигналов триггера, выполняющего функции i-го разряда проектируемого регистра.
Словарное описание триггеров T, RS-типов
После замены типов переходов в карте Карно (см. таблицу 3), на значения входных сигналов T и RS-триггеров получим карты Карно, описывающие поведение входных сигналов этих триггеров (таблицы 5-7).
синхронный восьмиразрядный реверсивный регистр
2.3 Разработка и расчет схемы логического устройства
Пользуясь картами Карно, приведёнными в таблицах 5-7, строим СДНФ функции, используя формулы 2-4:
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на R вход RS -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на S вход RS -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на T вход T -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
Докажем, что если R i + S i = 1, то . Доказательство данного тождества приведено в формуле 5. Если это условие выполняется, то при построении схемы управления достаточно разработать только схему для S входа, а на R вход подать инвертированный S сигнал с выхода этой схемы, что позволяет получить выигрыш в аппаратной реализации.
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на S вход RS -триггера.
-- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на R вход RS -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
Преобразуем логические функции R i , S i и T i в базис И-НЕ (формулы 6-7).
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на S вход RS -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
где -- переменная отвечающая за сигнал, поступающий на T вход T -триггера.
y -- переменная отвечающая за выбор операции сдвига.
Q i +1 , Q i -3 -- переменные, отвечающие за данные с выходов триггеров.
Проведем оценку сложности комбинационной схемы управления (КСУ) i-м разрядом регистра в обоих случаях. По Квайну сложность комбинационной схемы вычисляется по формуле 8:
Г де N -- число логических входов во всей оцениваемой схеме;
E i -- равняется 1, если в схеме используется прямой вход. 2 - если инверсный.
F -- коэффициент сложности комбинационной схемы по Квайну.
Анализируя выражения (формулы 6,7), получим:
FR i S i = (2+1)+(1+1)+(1+1)+(2+1)+(1+1)+(1+1)=14
FR i S i = (2+1+1)+(1+1+1)+(1+1+1)+(2+1+1)+(1+1+1+1)=18
Сравнение показателей сложности схем показывает, что FR i S i Разработка схемы устройства, выполняющего функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Доклад по теме Что любят СМИ
Реферат по теме Эргономика легковых автомобилей фирм-производителей Японии
Курсовая Работа Как Писать Образец
Расчет Рисков Реализации Программ Регионального Развития Реферат
Реферат по теме Гемолитико - уремический синдром
Контрольная Работа По Английскому 9 Класс 1
Курсовая работа по теме Средства обучения
Речевой Этикет Реферат По Русскому Языку
Реферат: Традиции Горького и Достоевского в социально-философской повести В. Распутина "Живи и помни". Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Геоботанічне районування України
Курсовая работа по теме Основные направления развития рынка ценных бумаг в Российской Федерации
Реферат: Столыпин и его реформы 2
Курсовая работа: Одноковшовые экскаваторы. Башенные краны. Погрузочно-разгрузочные машины
Контрольная работа по теме Кризис крепостничества и экономические идеи России периода зарождения капитализма
Spotlight 10 Контрольная Работа Модуль 1
Реферат: Разработка мероприятий по дисциплинарной ответственности работников предприятия
Контрольная работа: Этнополитический конфликт. Скачать бесплатно и без регистрации
Топик: Kurzeme Leasure Hotels
Курсовая работа по теме Разработка промежуточного бункера отработанной формовочной смеси для автоматической смесеприготовительной установки РУП 'ГЗЛиН'
Реферат по теме Кремнийорганические полимеры
Советская пресса об особенностях британского кино (1960-1990) - Журналистика, издательское дело и СМИ дипломная работа
Формування професіональної, ефективної та прозорої державної служби в Україні - Государство и право реферат
Переоценка основных средств и отражение ее результатов в бюджетном учете - Бухгалтерский учет и аудит реферат