70090

Синтез комбинационных схем

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для этого необходимо задать полную таблицу истинности развернув окно этого инструмента рис. Рис. Поскольку в программе моделирования должны быть указаны номера линий входа и выхода каждого элемента схемы размечаем схему указывая номера входов и выходов используя...

Русский

2014-10-15

586 KB

21 чел.

 

     1. Автоматизация проектирования комбинационных схем.  

Методические указания по  практическому занятию №1

                                 “Синтез комбинационных схем”

        1.1 Пример задания по практическому занятию №1

  Задание

    по практическому занятию № 1

по курсу "Автоматизация проектирования систем и средств управления"

                             студенту группы АУ ……………..

    Тема занятия: Анализ и синтез комбинационных схем

инструментальными средствами программ СФЛМ и Electronics Workbench.

1.Используя программу СФЛМ, синтезировать в базисе И-НЕ электронную схему, реализующую логическую функцию 3 аргументов с конституентами единицы  3-4-5-6.

Использовать для синтеза карту Карно. Проверить правильность работы схемы с помощью временной диаграммы. Сохранить  для последующего размещения на странице Web-узла  программу моделирования.

2.Используя в режиме синтеза инструмент Logic Convertor (логический преобразователь) программы Electronics Workbench, получить минимальную форму этой же функции, и сравнить её с результатом, полученным в пункте 1.

3.В соответствии с полученной функцией синтезировать, используя программу Electronics Workbench,  электронную схему на многовходовых логических элементах И-НЕ и проверить правильность синтеза тремя способами, используя инструменты Word Generator, Logic Convertor (в режиме анализа) и Logic Analyzer. Сохранить  для последующего размещения на странице Web-узла схемы каждого из трёх методов проверки правильности работы схемы.

4. Выполнить пункты 1, 2 и 3 для синтеза и анализа логической функции 4 аргументов в базисе И-НЕ. Конституенты единицы: 0-2-8-9-10-12-14.

  1.  Этапы синтеза комбинационных схем

         Синтез комбинационных схем состоит из следующих этапов:  

1.Запись полной таблицы истинности. В строках, содержащих конституенты  единицы, значение заданной логической функции f равно 1, в остальных строках оно равно 0 (табл. 1). Заполнение столбцов, содержащих аргументы , ,  функции f , производится механически: столбец  заполняется четвёрками нулей и единиц, столбец  - двойками нулей и единиц, столбец - чередующимися нулями и единицами. В результате получаем перебор значений аргументов функции от нуля до 7 (в двоичном коде).

                                             Таблица 1

f

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

                                                   

                                                                                  

2. Запись минимальной формы логической функции f с помощью карты Карно (в виде СДНФ – совершенной дизъюнктивной нормальной формы). Номера ячеек в карте Карно (указаны в правом верхнем углу ячеек)  получаются совмещением шапок строки и столбца, на пересечении которых находится ячейка, и совпадают с десятичным кодом набора аргументов строки полной таблицы истинности.  

\

0

1

0  0

0

1

0  1

2        

3

1  1

        6

7

1  0

4

5

\

0

1

0  0

0

0

0  1

0

1

1  1

1

0

1  0

1

1

Внутри ячейки указывается значение функции f, соответствующее каждой строке таблицы истинности. Номера ячеек  не указаны.

    Для записи минимальной формы функции f  находим структуры из единиц. Вначале

ищем структуры из 4 единиц. Для функции 3 аргументов это структуры 2*2 и 4*1. затем переходим к поиску структур из 2 единиц. Это структуры 2*1 и 1*2. Если не все единицы охвачены указанными структурами, то ищем структуры из изолированных единиц 1*1. В рассматриваемом примере структуры из 4 единиц отсутствуют. Присутствуют две структуры из 2 единиц: структуры, образованные единицами в ячейках 6-4 и 4-5, и одна изолированная единица в ячейке 3. В карте Карно эти структуры выделены.  

      После нахождения структур записываем минимальную форму функции f.  Для этого в слагаемых, соответствующих каждой структуре, исключаем те аргументы

функции, которые проварьировали на данной структуре, и оставляем те аргументы,

которые на данной структуре  не изменились. Неварьирующий аргумент, представленный нулём,  записывается с инверсией, а представленный единицей – без инверсии. Для рассматриваемого примера минимальная форма функции f приобретает вид

;

или в более компактной форме записи (знак  “* “соответствует знаку “”, то есть операции конъюнкции; знак “ +” соответствует знаку ” V”, то есть операции дизъюнкции):

.

В ещё более компактных формах записи знак  “* “ может отсутствовать,  

,

а знак инверсии может быть представлен знаком апострофа

.

       Правильность минимизации может быть проверена с помощью инструмента Logic Convertor (программы  Electronics Workbench) в режиме синтеза. Для этого необходимо

задать полную таблицу истинности, развернув окно этого инструмента (рис. 1), и нажать клавишу “Simp” (минимизировать). Аргументам  , ,  соответствуют

буквы A, B, C. Знаку инверсии соответствует знак апострофа.  Совпадение результатов машинной минимизации с результатами минимизации с помощью карты Карно свидетельствует о правильности ручной минимизации. В противном случае необходимо проверить правильность последней. Расположение слагаемых в машинном решении может быть другим по сравнению с ручным решением.

 

                                             Рис.1.1.                                  

3. После получения минимальной формы логической функции преобразуем её в соответствии с выбранным базисом. В данном примере это базис И-НЕ. Согласно правилам преобразования знаки дизъюнкции заменяем знаками конъюнкции и ставим знаки инверсии над каждым из бывших слагаемых и над всей бывшей логической суммой. В итоге получаем выражение, в соответствии с которым строим электронную схему, реализующую заданную логическую функцию трёх аргументов

.

4. Построение электронной схемы и её тестирование с помощью программы СФЛМ

(системы функционально-логического моделирования). Поскольку в программе моделирования должны быть указаны номера  линий входа и выхода каждого элемента схемы, размечаем схему, указывая номера входов и выходов, используя в произвольном порядке числа от 1 до 256 (рис. 2).

Рис. 1.2.

      Для инвертирования входных сигналов используем элементы И-НЕ со сдвоенным входом. Поскольку в данном примере требуется инвертирование всех трёх аргументов, в первом слое схемы располагаем три инвертора.  Для рисования схемы используем рабочее окно программы Electronics Workbench.

        Для составления программы моделирования на языке программы СФЛМ можно

не рисовать соединений на схеме и ограничиться только указанием номеров линий

входов и выходов каждого элемента схемы (рис.1.3).

                                        Рис.1.3.         

       Программа моделирования состоит из 5 частей: 1) параметры моделирования – оператор  PARM; 2) номера входных линий - оператор INPUT; 3) формуляры микросхем; 4) номера контрольных линий – оператор KL;

5) тестирующие сигналы. Каждый оператор вводится с помощью соответствующего шаблона. Например, формуляры микросхем И-НЕ вводятся с помощью шаблона, показанного на рис. 1.4.

                                                          Рис.1.4.

      Программа моделирования для рассматриваемого примера приведена ниже.  

PARM (DT = 8, MM = 1);

INPUT (1, 2, 3);

ANDN Q(11), A(1,1);   ANDN Q(12), A(2,2);

ANDN Q(13), A(3,3);    ANDN Q(21), A(1,13);

ANDN Q(22), A(1,12);   ANDN Q(23), A(11,2,3);

ANDN Q(31), A(21,22,23);

KL (1,2,3,31);

BX(1)  T(4*0, 4*1); BX(2)  T(2*0011); BX(3)  T(4*01);

        Эта же программа в окне “Редактирование” представлена на рис. 1.5.

                                                

                                                   Рис. 1.5.

       Если при выполнении операторов “Трансляция”, “Моделирование” или “Трансляция и моделирование” нет сообщения об ошибках, то с помощью оператора “Анализ” можно получить результат моделирования – временную диаграмму (рис. 1.6)

Поскольку временная диаграмма (цвета обращены) соответствует полной таблице истинности, синтез комбинационной схемы выполнен правильно.

  

                                                            Рис. 1.6.

5. Тестирование синтезированной комбинационной схемы с помощью инструментов программы  Electronics Workbench выполним с помощью инструментов  Word Generator, Logic Convertor (в режиме анализа) и Logic Analyzer. Подключение инструмента Word Generator к схеме показано на рис. 1.7. Настройка опции “Pattern” представлена на 1.8. Подключение инструмента  Logic Convertor - на рис. 1.9.

.

                                            Рис. 1.7.

                Рис. 1.8.

 Рис. 1.9.

      Результат тестирования схемы с помощью инструмента Logic Convertor представлен  на рис. 1.10 и свидетельствует о правильности выполненного синтеза: реальная таблица истинности соответствует заданной.

                          Рис. 1.10.

      Подключение инструмента Logic Analyzer и полученная с его помощью временная диаграмма представлены на рис. 1.11 и 1.12.

 

                                                     Рис. 1.11.

   Рис.1.12.

        Результаты тестирования схемы с помощью инструмента Logic Analyzer свидетельствуют о правильности выполненного синтеза. Временные диаграммы, полученные с помощью программ SFLM и Electronics Workbench, идентичны.

6. Аналогичным образом выполняется синтез комбинационной схемы, реализующей логическую функцию 4 аргументов. Полная таблица истинности для рассматриваемого варианта задания имеет вид (табл. 2).

                                                                    Таблица 2.

f

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

Шаблон карты Карно для функции 4 аргументов приведен ниже.                           

\

00

01

11

10

0  0

0

1

3

2

0  1

4        

5

7

6

1  1

12         

13

15

14

1  0

8

9

11

10

       После заполнения карты Карно значениями функции из таблицы истинности находим выгодные для минимизации структуры из единиц.

\

00

01

11

10

0  0

1

0

0

1

0  1

0

0

0

0

1  1

1

0

0

1

1  0

1

1

0

1

В итоге получаем минимальную форму логической функции f , используя две структуры размерностью 2*2: “квадраты” 0-2-8-10 и 12-14-8-10. Каждый “квадрат”

рассматриваем сначала как совокупность двух строк, а затем как совокупность двух

столбцов.

f  = .

       Проверяем правильность минимизации с помощью инструмента Logic Convertor

(рис. 1.13) и отмечаем идентичность результатов машиной и ручной минимизации.

                         Рис. 1.13.

После преобразования полученного выражения в базис И-НЕ получаем формулу

f  = .

Для составления программы моделирования на языке программы СФЛМ размечаем

номера входов и выходов логических элементов (рис. 1.14).

Рис. 1.14.

Программа моделирования приведена ниже.

PARM (DT = 16, MM = 1);

INPUT (1, 2, 3, 4);

ANDN Q(11), A(2,2);   ANDN Q(12), A(3,3);

ANDN Q(13), A(4,4);    ANDN Q(21), A(11,13);

ANDN Q(22), A(1,13);   ANDN Q(23), A(1,11,12);

ANDN Q(31), A(21,22,23);

KL (1,2,3,4,31);

BX(1)  T(8*0, 8*1); BX(2)  T(2*(4*0,4*1); BX(3)  T(4*0011); BX(4)  T(8*01);

        Эта же программа в окне “Редактирование” и результат моделирования представлены на рис. 1.15 и 1.16..

                                        Рис. 1.15.

                                           Рис. 1.16.

       Поскольку временная диаграмма (цвета обращены) соответствует полной таблице истинности, синтез комбинационной схемы выполнен правильно. Далее выполняем тестирование составленной схемы с помощью инструмента Word Generator (рис. 1.17).

Шестнадцетиричный код нижней строки таблицы истинности (в данном примере это число F) задаётся в окне оператора Final.  

                                                 Рис. 1.17.

       Подключение инструмента  Logic Convertor (в режиме анализа) и результаты тестирования представлены  на рис. 1.18 и 1.19.

                                     Рис. 1.18.

 

          

                    Рис. 1.19.

       Совпадение полученной в результате тестирования и заданной таблиц истинности

подтверждает правильность выполненного синтеза. О правильности синтеза свидетельствуют и результаты тестирования с помощью инструмента Logic Analyzer

(рис. 1.20 и 1.21).

                                   Рис. 1.20.

                                    Рис. 1.21.

           1.3. Варианты заданий по практическому занятию № 1      

Варианты заданий по практическому занятию № 1 представлены в табл. 1. Номер предлагаемого варианта задания совпадает с номером фамилии студента в списке группы.

                                                                                                           Таблица 1

№ задания

Конституенты единицы для функции 3 аргументов

Конституенты единицы для функции 4 аргументов

1

3-4-5-7

2-8-9-10-12-13

2

2-3-5-7

1-2-4-7-9-10-12-15

3

1-3-4-5-7

2-7-9-10-12-14

4

1-4-5-7

2-8-9-10-12-14

5

1-4-5-6

2-8-9-11-12-14

6

1-2-5-6

1-8-9-11-12-14

7

0-1-2-4-6

1-2-4-6-14-15

8

1-2-4-6

0-3-5-6-7-9-12-14

9

0-2-5-6

1-2-4-7-8-11-13-14

10

0-2-3-6

3-6-9-10-12-14

11

0-2-3-7

1-3-6-9-10-12-15

12

1-2-4-7

4-6-9-10-11-12

13

1-2-4-7

1-6-9-10-12-15

14

0-1-3-4-7

1-5-9-10-12-15

15

1-3-5-6

1-5-9-10-11-15

16

1-4-5-7

1-5-9-10-14-15

17

0-4-5-7

1-6-9-10-14-15

18

0-4-5-6

0-3-5-6-9-10-12-15

19

0-2-5-7

3-7-8-10-12-15

20

0-3-5-6

3-7-9-12-13-15

21

1-2-5-6

3-7-9-10-11-14

                                                                                   Составил:

                                                                                    доц. Кузнецов В.Ф.

 11


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54399. Множення. Переставна властивість множення 115 KB
  Переставна властивість множення. Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів про зміст дії множення натуральних чисел про переставну властивість множення; властивості нуля і одиниці під час множення;формувати навички множення багатоцифрових чисел; розвивати память увагу мислення; виховувати наполегливість старанність акуратність під час виконання записів у зошитах. Яке ж слово зашифроване по вертикалі Множення.
54400. Множення раціональних чисел 264.5 KB
  Ще навкруги в лісах лежать сніги. Учень 1: В перекладі з давньогрецької підсніжник означає молочно квітковий тому що має білі квіти. Учень2: У світі спостерігається зменшення кількості підсніжників що повязано з масовим зриванням квітів на букети викопуванням цибулин.
54401. Множення десяткових дробів 83 KB
  Множення десяткових дробів. Створити проблемну ситуацію спільно з учнями вивести правило множення десяткових дробів на розрядну одиницю натуральне число і десятковий дріб; навчитися користуватися правилом множення десяткових дробів під час виконання вправ; розвивати увагу алгоритмічні і логічне мислення. десяткового десяткового дробу на розрядну дробу на натуральне одиницю...
54402. Множення звичайних дробів. Розв’язування задач і вправ 1.76 MB
  Мета уроку: Повторення, узагальнення та систематизація матеріалу теми, підготовка до контрольної роботи; розвиток уваги й пам’яті, мислення та математичного мовлення; виховання інтересу до математики.
54403. Множина та ії елементи 88 KB
  Мета уроку: Формувати знання учнів про множину та ії елементи, способи знання, порожню множину, рівні множин, сприяти розвитку навичок роботи з множиною, логічного мислення здібностей до самоаналізу, виховувати інформаційну і соціальну компетентності.
54404. Множина та її елементи 78 KB
  Мета: формувати знання про множину та її елементи; вивчити означення рівних множин, порожньої множини; розглянути способи задання множини; відтворювати означення вивчених понять; формулювати вивчені властивості; розв’язувати найпростіші завдання на використання вивчених понять.
54405. ПОШУК НОВИХ ФОРМ РОБОТИ ЗІ ЗДІБНИМИ УЧНЯМИ В ПОЗАШКІЛЬНОМУ ПРОСТОРІ ЦЕНТР РОЗВИТКУ ОБДАРОВАНОЇ МОЛОДІ – ОДНА З ТАКИХ ФОРМ 153 KB
  Слід сказати що новий заклад має популярність серед школярів: майже всі хто в місті займається творчістю наукою бере участь в предметних олімпіадах відвідують секції ЦРОМу. Пропонуємо до уваги модель секції УМ та ТЛâ в складі ЦРОМ. Модель секції УМ та ТЛâ Наповнюваність секції: 820 учнів різних за віком: 7 11 клас. Мета секції: Створення сприятливих умов для розкриття й реалізації творчого потенціалу філологічно обдарованих дітей і тих...
54406. Модель випускника Запорізького педагогічного коледжу, майбутнього вчителя іноземної мови 57 KB
  викладач вищої категоріївикладачметодист голова циклової комісії викладачів іноземних мов Запорізького педагогічного коледжу Модель випускника Запорізького педагогічного коледжу майбутнього вчителя іноземної мови Відомо що сучасна педагогічна освіта передбачає підготовку викладача іноземної мови як правило у трьох типах вищих навчальних закладів: на відповідних факультетах педагогічних лінгвістичних...
54407. Урок в умовах модернізації шкільної освіти 49 KB
  Триєдине завдання уроку Освітня: озброїти учнів системою знань умінь і навичок. сформувати продовжити формування закріпити такі спільні навчальні вміння та навички на матеріалі цього уроку . для вирішення завдання розвитку у школярів самостійності мислення і в навчальній діяльності забезпечити в ході уроку . забезпечити в ході уроку розвиток мовлення учнів; збагачувати й ускладнювати словниковий склад і смислові функції мови учнів під час вирішення освітніх завдань.