Методика построения несложных цифровых устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Дальневосточный федеральный университет

Кафедра автоматики и управления

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине "Управление качеством"

Выполнил:Бабаев Р.А.

Группа Б-3454

Проверил: Жирабок А.Н.

Владивосток 2012

Задание

Распознаваемая комбинация 00111;

Запрещённые кодовые слова: 110,001;

В состав схемы должно входить 3 триггера.



Содержание

Введение

1 Построение таблицы переходов

2 Укрупнённая схема устройства

3 Построение тестов для функций

4 Повышение контролепригодности

5 Тестирование распознавателя

6 Контроль чётности

7 Разработка принципиальной схемы

Заключение

Литература

Приложение. Список использованных элементов

Введение

Целью данной курсовой работы является углубление и расширение теоретических знаний по синтезу несложных цифровых устройств, проектированию средств тестового и функционального диагностирования и расчету показателей надежности, а также приобретение и закрепление навыков по схемотехническому проектированию цифровых устройств малой степени интеграции.

Рассматривается процесс построения простого распознавателя заданной бытовой последовательности. Распознаватель должен быть контролепригодным, для этого следует построить специальные тесты.

1 Построение таблицы переходов

Построим график переходов.

Рисунок 1. График переходов распознавателя

По графику переходов построим таблицу переходов, она представляет собой табличную форму представления информации о функционировании проектируемого устройства:

x	U	Y
	0	1
a b c d e g	B c c b b b	A a d e g a	0 0 0 0 0 1

Полученную таблицу следует проверить на минимальность. Для этого проверяется, содержит ли устройство эквивалентные состояния. Состояния x и называются эквивалентными, если для произвольной входной последовательности pвыполняется следующее равенство:

h^*(x, p) = h^*(, p),

где h^*(x, p) - реакция (выходная последовательность) устройства, находящегося в начальном состоянии x, на которое поступает входная последовательность p.

Проведя по предложенной методике последовательные разбиения, получим в итоге блоки, каждый из которых состоит из одного перехода, при этом не получим ни одной пары эквивалентных переходов, следовательно составленная таблица переходов минимальна.

2 Укрупнённая схема устройства

Укрупнённая схема рассматриваемого устройства известна - это схема Хаффмена.

u

y

Рисунок 2. Укрупненная структурная схема

Символами f и h обозначены схемы из логических элементов, реализующие одноименные булевы функции, которые синтезируются ниже, ЭП - блок элементов памяти (триггеров в данном случае), u - входной сигнал, x - вектор состояния, y - выходной сигнал. Компоненты вектора состояния образованы сигналами на выходах триггеров; схема f состоит из нескольких подсхем, число которых определяется ниже, выход каждой подсхемы подается на вход соответствующего триггера; схема h преобразует выходные сигналы триггеров в выходной сигнал y в соответствии с таблицей переходов. цифровой устройство контролепригодность

Необходимо каждому из состояний поставить в соответствие определенный двоичный код. Назначение этих кодов отдельным состояниям производится произвольным образом из числа разрешенных рабочих кодовых слов, данных в задании.

	A	b	C	d	e	G
x	000	010	001	100	101	111

Запишем таблицу переходов, заменив в ней буквенные обозначения состояний назначенными им кодовыми словами.

х	U
	0	1
000	010	000
010	011	000
001	011	100
100	010	101
101	010	100
111	010	000

Для построения схемы необходимо знать функции f и h. Для синтеза этих функций используется метод карт Карно.

Синтезируем функцию h.

Функция h в наиболее простом виде будет выглядеть следующим образом:

Синтезируем функции f₁, f₂, f₃

Для синтеза функции f₁просматривается таблица переходов и выявляются те пары (x,u), которые дают в таблице коды с единицей в первой позиции (это объясняется тем, что парам (x,u)соответствует момент времени t, кодам в таблице - момент t+1).

Карта Карно будет выглядеть следующим образом:

Аналогичная операция производится для остальных функций f.

Для f₂:

Для f₃:

3 Построение тестов для функций

Тесты для устройства строятся на основе графов функций. Построим тест для функции h:

? 0: 11- -

? 1: 01- - , 10- -

для f:

? 0: 10-1, 0-11

? 1: 00-1, 11-1, 10-0

1-01, 0-01, 0-10

? 0: - - -0

? 1: - - -1

? 0: 1-01, 01-0

? 1: 0-01, 1-11, 1-00

11-0, 00-0, 01-1

Выпишем все полученные тестовые пары, дополнив их таким образом, чтобы избежать появления запрещённых комбинаций, затем объединим все одинаковые.

0111, 0001, 1111, 0110, 1001, 1000, 1110, 0000

Для того чтобы тест можно было построить предлагаемым методом, рассматриваемое устройство должно обладать следующим свойством: существует такая последовательность входных сигналов, называемая диагностической последовательностью (ДП), что при

h^*(x,z) h^*(,z),

где h^*(x,z) - реакция (выходная последовательность) устройства, находящегося в начальном состоянии x, на которое поступает ДП z.

4 Повышение контролепригодности

Определим, какой первый символ диагностической последовательности наиболее выгоден.

при u = 0:

a	b	c	d	E
b	c	c	b	B

при u = 1:

a	b	c	d	E
a	a	d	e	G

при u = 1меньшее число состояний переходит в одно, различимость лучше, поэтому для различения состояний выгоднее использовать 1. При этом нам необходимо далее различать состояния a и b. Для этого необходимо ввести два дополнительных выхода.

h_д(a) = 0;

h_д(b) = 1;

h_д = x₂

	y	yд	u =1	Y	yд	u =11	y	yд	u =111	y	yд
a	0	0	A	0	0	a	0	0	A	0	0
b	0	1	A	0	0	a	0	0	A	0	0
c	0	1	D	0	0	e	0	0	G	0	1
d	0	0	E	0	0	g	0	1	A	0	0
e	0	0	G	0	1	a	0	0	A	0	0

Таким образом, z=111

5 Тестирование распознавателя

Тест для всего устройства имеет сложную структуру и состоит из большого числа фрагментов, каждый из которых представляет собой совокупность установочной последовательности w, тестовой пары (x,u) и ДП z.

a

a

a

b

a

b

a

a

b

c

g

a

1

z

0

z

0

1

z

0

0

z

1

z

a

b

c

c

g

b

a

b

c

d

0

0

0

z

0

Z

0

0

1

z

a

b

c

d

b

a

b

c

d

e

0

0

1

0

Z

0

0

1

1

z

a

b

c

d

e

b

a

b

c

d

e

0

0

1

1

0

Z

0

0

1

1

1

При необходимости могут быть построены выходные реакции как исправного устройства, так и устройства с каждым из дефектов, подлежащих обнаружению; последнее необходимо при построении диагностического словаря для решения задачи поиска дефектов. Построенный тест гарантирует обнаружение всех однократных константных дефектов, а также практически всех дефектов произвольной кратности.

6 Контроль чётности

Для реализации функционального диагностирования в работе используется контроль по четности. Это достигается за счет расширения вектора состояния x путем добавления к нему компоненты x_к, соответствующей дополнительному (контрольному) триггеру, работа которого организована так, чтобы при правильно функционирующем устройстве число единиц в составном векторе (x,x_к) всегда было четным. Работа контрольного триггера обеспечивается функцией f_к, синтез которой приводится по аналогии с синтезом функций f₁, f₂ и f_3.

X	a	b	C	d	e	G
x	000	010	011	100	101	111
хк	0	1	0	1	0	1

(x,xk)	U
	0	1
0000 0101 0110 1001 1010 1111	0101 0110 0110 0101 0101 0101	0000 0000 1001 1010 1111 0000

7 Разработка принципиальной схемы

Схема строится на D - триггерах. Для построения устройства используем ИМС 155 серии.

Для функций x₁, x₁, x₃, x_к используем счетверённый D- триггер К155ТМ8, имеющий общий вход синхронизации.

Для реализации функции h необходим элемент 2И. Такой элемент отсутствует в серии. Рассмотрим функцию h:

h = x₁x₂

По законам де Моргана можно преобразовать функцию:

Для реализации этой функции нужен элемент 2ИЛИ-НЕ, представленный в серии 155 микросхемой К155ЛЕ1.

Для контроля чётности можно использовать микросхему К155ИП2, представляющую собой схему контроля чётности. Следует иметь в виду, что нами принят чётный паритет, это означает что на вход PE следует подать единицу, тогда при выполнении условия чётности на выходе PO будет 0, что может считаться подтверждением правильности работы устройства.

Для реализации функции f₁ нужно предварительно преобразовать её используя законы де Моргана:

Для реализации такой функции можно использовать элемент 3И-НЕ К155ЛА4, на входы которого направляются выходы элементов 3И-НЕ (К155ЛА4).

Рассмотрим функцию f₂

Функция f₃

Функцияf_к



Заключение

Рассмотрена методика построения несложных цифровых устройств и контроля их работоспособности на основе графы переходов.

Устройство реализовано на основе микросхем 155 серии. Для реализации булевых функций на основе этих микросхем они были преобразованы по законам двойственности, что позволило значительно упростить схему.

Для обнаружения неполадок были построены тесты, позволяющие обнаружить как дефекты типа "разрыв" так и дефекты типа "замыкание". Для повышения контролепригодности устройства были введены два дополнительных выхода, позволяющие различать состояния устройства. Также для проверки работы устройства был использован контроль чётности.

Литература

1.УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 220800 "Проектирование и технология радиоэлектронных средств" А.Н. Жирабок. 2005 г.

2. Справочник по стандартным цифровым ТТЛ микросхемам. 1991 г.

Приложение. Список использованных элементов

К155ТМ8 - счетверённый D-триггер с общими выходами синхронизации и сброса.

К155ЛЕ1 - элемент 2ИЛИ-НЕ.

К155ИП2 - схема контроля чётности.

К155ЛА4 - девять элементов 3И-НЕ.

К155ЛА3 - четыре элемента 2И-НЕ.

Размещено на Allbest.ru

...