Устройство синхронизации сигналов

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. УСТИНОВА

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине "Проектирование цифровых устройств"

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент Семыкин Э. В.

Группа: И402

Проверил: Музыченко О. Н.

          

 

 

 

С-Пб 2013 г.

З А Д А Н И Е

на курсовое проектирование

ТЕМА: Устройство синхронизации сигналов

Требования:

- напряжение  питания 5в +- 5%

- потребляемая  мощность: не более 140 мВт.

- время наработки  на отказ не менее   1000000  час

- частота  тактовых импульсов 0.75 МГц.

 

Условия эксплуатации:

- диапазон  рабочих температур от -100 С до +400 С; 

- перегрузки  до 5g;

- одиночные  удары с ускорением не более 10g длительностью 0.1-1 мкс;

- вибрация  с частотой 10 - 500 Гц и ускорением не более 10g. .

 

Срок эксплуатации 15 лет, наработка за время эксплуатации до 85 тыс. часов.

 

Дополнительные требования.                     

Предусмотреть меры обеспечения контроля при

изготовлении и эксплуатации

 

Содержание пояснительной записки.

1. Анализ технического задания
2. Формализация описания конечного автомата (граф автомата, таблицы переходов и выходов)
3. Минимизация памяти абстрактного автомата
4. Выбор способа противогоночного кодирования
5. Противогоночное кодирование состояний автомата
6. Формирование функций выходов и функций возбуждения памяти автомата
7. Минимизация функций выходов и функций возбуждения памяти автомата, отображение результатов на картах Карно. 
8. Составление логической схемы устройства
9. Выбор метода обеспечения контролепригодности и преобразование схемы устройства
10. Выбор элементной базы
11. Преобразование схемы устройства с учетом выбранной элементной базы
12. Разработка принципиальной схемы устройства
13. Расчет основных параметров устройства (время переключения, потребляемая мощность, время наработки на отказ)
14. Моделирование работы устройства или составление временной диаграммы его работы,  анализ правильности функционирования
15. Оценка степени выполнения задания

Примечание: 1. При проектировании полагать, что очередной информационный импульс на вход устройства не поступает до окончания цикла его работы и возвращения в исходное состояние.

Плакаты и чертежи

1. Принципиальная  схема устройства

1) Анализ технического  задания:

     Конечный автомат  должен осуществлять синхронизацию  информационных импульсов, поступающих  в произвольные моменты времени:

     - с ближайшим  спадом тактового импульса, если  фронт информационного импульса  совпадает с паузой между тактовыми  импульсами;

     - с ближайшим  фронтом тактового импульса, если  фронт информационного импульса  совпадает с тактовым импульсом.

     Длительность  формируемого синхронизированного  импульса равна:

     - периоду следования  тактовых импульсов при синхронизации  с ближайшим фронтом тактового  импульса;

     - длительности  паузы между тактовыми импульсами  при синхронизации с ближайшим  спадом тактового импульса.

     Максимальная  длительность информационного импульса  не ограничена.

Входной алфавит X: X0={x1 x2}=00; X1={x1 x2}=01; X2={x1 x2}=10; X3={x1 x2}=11. Выходной алфавит: Y={y0, y1}, где y0=0; y1=1

 

 

 

2) Формализация  описания конечного автомата:

 

Таблица переходов автомата:

X	q0	q1	q2	q3	q4	q5	q6	q7
X0	q0	q1	q3	q3	q0	q6	q6	q3
X1	q0	q2	q2	q0	q0	q5	q7	q7
X2	q1	q1	q3	q3	q4	q6	q6	q3
X3	q5	q2	q2	q4	q4	q5	q7	q7

 

Таблица выходов автомата:

X	q0	q1	q2	q3	q4	q5	q6	q7
X0	y0	y0	y1	y1	y0	y0	y0	y1
X1	y0	y0	y0	y0	y0	y0	y1	y1
X2	y0	y0	y1	y1	y0	y0	y0	y1
X3	y0	y0	y0	y0	y0	y0	y1	y1

 

 

 

 

 

3) Минимизация  памяти абстрактного автомата

Таблица выходов автомата:

X	q0	q1	q2	q3	q4	q5	q6	q7
X0	y0	y0	y1	y1	y0	y0	y0	y1
X1	y0	y0	y0	y0	y0	y0	y1	y1
X2	y0	y0	y1	y1	y0	y0	y0	y1
X3	y0	y0	y0	y0	y0	y0	y1	y1
	B1	B1	B2	B2	B1	B1	B3	B4

 

Проведем минимизацию памяти конечного автомата. Для этого воспользуемся методом Ауфенкампа и Хона. Построим таблицу разбиений π1 состояний автомата. В результате получаем два класса одноэквивалентных состояний: π1 = {B1, B2, B3, B4}; B1 = {q0, q1, q4, q5}; B2 = {q2, q3}; B3 = {q6}; B4 = {q7}.

Таблица разбиений π1 состояний автомата:

X	B1				B2		B3	B4
	q0	q1	q4	q5	q2	q3	q6	q7
X0	B1	B1	B1	B3	B2	B2	B3	B2
X1	B1	B2	B1	B1	B2	B1	B4	B4
X2	B1	B1	B1	B3	B2	B2	B3	B2
X3	B1	B2	B1	B1	B2	B1	B4	B4
	C1	C2	C1	C3	C4	C5	C6	C7

 

По данной таблице получаем разбиение π2 на классы 2-эквивалентных состояний: π2 = {C1, C2, C3, C4, C5,C6, C7}; C1 = {q0, q4}; C2 = {q1}; C3 = {q5}; C4 = {q2}; C5 = {q3}; C6 = {q6}; C7 = {q7}.

Таблица разбиений π2 состояний автомата:

X	C1		C2	C3	C4	C5	C6	C7
	q0	q4	q1	q5	q2	q3	q6	q7
X0	C1	C1	C2	C6	C5	C5	C6	B2
X1	C1	C1	C4	C3	C4	C1	C7	C7
X2	C2	C1	C2	C6	C5	C5	C6	C5
X3	C3	C1	C4	C3	C4	C1	C7	C7
	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8

 

По данной таблице получаем разбиение π3 на классы 3-эквивалентных состояний: π3 = {D1, D2, D2, D4, D5, D6, D7, D8}; D1 = {q0}; D2 = {q4}; D3 = {q1}; D4 = {q5}; D5 = {q2}; D6 = {q3}; D7 = {q6}; D8 = {q7}.

Поскольку число классов 3-эквивалентных состояний оказалось равно числу состояний автомата, то минимизация невозможна. Составленный граф является минимально возможным.

4) Выбор способа  противогоночного кодирования

Существует ряд способов противогоночного кодирования, которые можно разбить на две группы:

- способы кодирования, позволяющие  устранить вообще все состязания  элементов памяти автомата;

- способы осуществляющие  такое кодирование состояний  автомата, при котором допускаются  некритические состязания его  элементов памяти.

Отличие рассмотренных вариантов кодирования заключается в быстродействии проектируемого автомата. Отдадим предпочтение быстродействию. Выберем устранение критических состязаний, как способ противогоночного кодирования.

5) Противогоночное кодирование состояний автомата (устранение критических состязаний)

Теорема: "В автомате, состояния которого закодированы двоичными кодами конечной длины, гонки отсутствуют тогда и только тогда, когда для любых двух переходов (qα, qβ) и (qγ, qδ), где qβ≠qδ, происходящих под действием одного и того же входного сигнала, соответствующие пары кодов состояний развязаны".

Сформируем массивы переходов соответствующие таблице переходов автомата:

M0 (по X0)	M1 (по X1)	M2 (по X2)	M3 (по X3)
(q0;q0)	(q0;q0)	(q0;q1)	(q0;q5)
(q1;q1)	(q1;q2)	(q1;q1)	(q1;q2)
(q2;q3)	(q2;q2)	(q2;q3)	(q2;q2)
(q3;q3)	(q3;q0)	(q3;q3)	(q3;q4)
(q4;q0)	(q4;q0)	(q4;q4)	(q4;q4)
(q5;q6)	(q5;q5)	(q5;q6)	(q5;q5)
(q6;q6)	(q6;q7)	(q6;q6)	(q6;q7)
(q7;q3)	(q7;q7)	(q7;q3)	(q7;q7)

 

Пары переходов автомата, подлежащие развязыванию:

M0 (по X0)	M1 (по X1)	M2 (по X2)	M3 (по X3)
(q0,q0), (q1,q1) (q0,q0), (q2,q3) (q0,q0), (q3,q3) (q0,q0), (q5,q6) (q0,q0), (q6,q6) (q0,q0), (q7,q3)	(q0,q0), (q1,q2) (q0,q0), (q2,q2) (q0,q0), (q5,q5) (q0,q0), (q6,q7) (q0,q0), (q7,q7)	(q0,q1), (q2,q3) (q0,q1), (q3,q3) (q0,q1), (q4,q4) (q0,q1), (q5,q6) (q0,q1), (q6,q6) (q0,q1), (q7,q3)	(q0,q5), (q1,q2) (q0,q5), (q2,q2) (q0,q5), (q3,q4) (q0,q5), (q4,q4) (q0,q5), (q6,q7) (q0,q5), (q7,q7)
(q1,q1), (q2,q3) (q1,q1), (q3,q3) (q1,q1), (q4,q0) (q1,q1), (q5q6) (q1,q1), (q6,q6) (q1,q1), (q7,q3)	(q1,q2), (q3,q0) (q1,q2), (q4,q0) (q1,q2), (q5,q5) (q1,q2), (q6,q7) (q1,q2), (q7,q7)	(q1,q1), (q2,q3) (q1,q1), (q3,q3) (q1,q1), (q4,q4) (q1,q1), (q5,q6) (q1,q1), (q6,q6) (q1,q1), (q7,q3)	(q1,q2), (q3,q4) (q1,q2), (q4,q4) (q1,q2), (q5,q5) (q1,q2), (q6,q7) (q1,q2), (q7,q7)
(q2,q3), (q4,q0) (q2,q3), (q5,q6) (q2,q3), (q6,q6)	(q2,q2), (q3,q0) (q2,q2), (q4,q0) (q2,q2), (q5,q5) (q2,q2), (q6,q7) (q2,q2), (q7q7)	(q2,q3), (q4,q4) (q2,q3), (q5,q6) (q2,q3), (q6,q6)	(q2,q2), (q3,q4) (q2,q2), (q4,q4) (q2,q2), (q5,q5) (q2,q2), (q6,q7) (q2,q2), (q7,q7)
(q3,q3), (q4,q0) (q3,q3), (q5,q6) (q3,q3), (q6,q6)	(q3,q0), (q5,q5) (q3,q0), (q6,q7) (q3,q0), (q7,q7)	(q3,q3), (q4,q4) (q3,q3), (q5,q6) (q3,q3), (q6,q6)	(q3,q4), (q5,q5) (q3,q4), (q6,q7) (q3,q4), (q7,q7)
(q4,q0), (q5,q6) (q4,q0), (q6,q6) (q4,q0), (q7,q3)	(q4,q0), (q5,q5) (q4,q0), (q6,q7) (q4,q0), (q7,q7)	(q4,q4), (q5,q6) (q4,q4), (q6,q6) (q4,q4), (q7,q3)	(q4,q4), (q5,q5) (q4,q4), (q6,q7) (q4,q4), (q7,q7)
(q5,q6), (q7,q3)	(q5,q5), (q6,q7) (q5,q5), (q7,q7)	(q5,q6), (q7,q3)	(q5,q5), (q6,q7) (q5,q5), (q7,q7)
(q6,q6), (q7,q3)		(q6,q6), (q7,q3)