Управляющий автомат с программируемой логикой

Составим каноническую форму микропрограммы синтезируемого операционного устройства (для АУ с естественной адресацией).

Номер	Метка	Управляющие сигналы	Переход
	М1   М2   М3     М4	УЗП   УСЧ1   УСДВ   УСЧИТ	если Р1, то М1   если Р2, то М3   если Р3, то М3 если Р1, то М3 если Р4, то М4   идти к М2   конец

Будем считать, что устройство управления решает одну задачу, так что для его построения достаточно иметь ПЗУ, содержащие 10 яче­ек. Тогда адрес ячеек ПЗУ будет выражаться четырехразрядным кодом А{3:0}.

Для естественной адресации:

	УЗП	УСЧ1	УСДВ	УСЧИТ	-	-	-	-
	Р1	Р2	Р3	Р4	А3	А2	А1	А0

Первый разряд формата микрокоманды УА с естественной адресацией определяет признак микрокоманды (ПРМК): 0 - операционная микрокоманда, 1 - управляющая микрокоманда.

Установим соответствие между метками и адресами переходов: M1=0₁₀=0000₂, M2=2₁₀=0010₂, M3=6₁₀=0110₂, M4=9₁₀=1001₂

Адрес	Разряды микрокоманд
	1 1000 0000 0 1000 0000 1 0100 0110 0 0100 0000 1 0010 0110 1 1000 0110 1 0001 1001 0 0010 0000 1 0000 0010 0 0001 0000 1 0000 0000

 

Для принудительной адресации микрокоманда может одновременно содержать переходы и управляющие сигналы. Тогда для микрокоманды с принудительной адресацией:

Номер	Метка	Управляющие сигналы	Переход
	М1   М2     М3   М4	УЗП   УСЧ1     УСДВ УСЧИТ	если Р1, то М1   если Р2, то М3 если Р3, то М3 если Р1, то М3 если Р4, то М4 идти к М2 конец

 

Формат микрокоманды:

УЗП

УСЧ1

УСДВ

УСЧИТ

Р1

Р2

Р3

Р4

А2

А1

А0

 

Установим соответствие между метками и адресами переходов: M1=0₁₀=000₂, M2=2₁₀=010₂, M3=5₁₀=101₂, M4=7₁₀=0111₂

Теперь кодовое выражение микропрограммы УУ, используя каноническое описание и формат микрокоманды, может быть записано в следующем виде:

Адрес	Разряды микрокоманд
	0000 1000 000 1000 0000 000 0000 0100 101 0100 0010 101 0000 1000 101 0000 0001 111 0010 0000 010 0001 0000 000

 

Сравнивая объем микропрограмм для управляющих автоматов с ес­тественной и принудительной адресацией, мы убеждаемся в том, что принудительная адресация требует меньшего объема ПЗУ (в нашем случае 11 * 8 = 70 бит), чем естественная адресация (9 * 11 = 99 бит). Таким образом, реа­лизация УА с принудительной адресацией в нашем случае более желательна.

 

 

Функциональная схема УА с программируемой логикой

РМК{5:8} 4 P1P2P3P4

 

Формирование признака перехода

&

&

управление СЧА +1

СЧА

ПЗУ микрокоманд

РМК

РМК{1:4} 4 3 РМК{9:11}

10 Р Р

 

3

 

 

сброс Анач

 

Начальный адрес микропрограммы, равный 000, устанавливается сигна­лом СБРОС, и УА ждет прихода сигнала СТРОБ для продолжения работы.

 

 

Построение принципиальной схемы

Будем строить наше устройство на элементах серии K155 и К555, так как они обеспечивают устойчивую работу на заданной тактовой частоте 5 МГц.

Управляющие сигналы S0, S1 обеспечивают запись кода А в регистр (S0 = 1, S1 =1) и сдвиг вле­во (S0 = 0, S1 = 1), хранения (S0 = 0, S1 = 0).

Их получаем из диаграмм Карно. Диаграммы Карно строятся для управляющих сигналов, воздействующих на регистр, в данном случае это сигналы: УЗП, УСДВ.

SE0 = УЗП,

SE1 = УЗП + УСДВ = УЗП + УСДВ = УЗП ∙ УСДВ = УЗП / УСДВ

 

Рассчитаем мощность, потребляемую устройством:

Элемент	Задержка	Потребляемая мощность
К155ЛЕ1	22нс	25 мВт
К155ЛА1	17нс	20 мВт
К155ТМ2	30нс	156.5 мВт
К155ИР13	40нс	609 мВт
К155ЛЕ4	13нс	37мВт
К155ИЕ19	70нс	535мВт

 

Максимальная скорость работы устройства будет определяться временем перехода автомата из состояния а1 в состояние а2, следовательно можно записать:

Максимальная частота:

Временные диаграммы

ГТИ

t

t

t

 

Список литературы

1. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Вычислительные устройства и микропроцессорная техника».

2. Конспект лекций по курсу «Вычислительные системы и микропроцессорная техника» А.В. Щеглов.