Проектирование цифрового арифметико-логического устройства на интегральных микросхемах

Оглавление
Введение 5
1. Теоретическая часть 6
1.1. Основы проектирования цифровых устройств 6
1.2. Основные подходы в построении процессорного устройства 7
1.3. Выбор принципов построения 8
1.4 Особенности логических элементов различных логик 9
1.4.1 Элементы ТТЛ-логики 9
1.4.2 Элементы ТТЛШ-логики 10
1.4.3 Элементы КМОП – логики 11
1.4.4 Элементы ЭСЛ – логики 12
1.4.5 Сравнение характеристик различных логик 13
1.5 Принципы построения управляющих устройств 14
1.5.1 Принцип аппаратного управления 14
1.5.2 Принцип микропрограммного управления 15
1.6 Выполнение арифметических операций в цифровых устройствах 16
1.6.1 Кодирование чисел в цифровых устройствах 16
1.6.2 Сложение целых двоичных чисел с учетом знаков 17
2. Практическая часть 19
2.2. Выбор и обоснование технологии используемых микросхем 19
2.3. Структурная и функциональная схема устройства 20
2.4. Функциональная схема устройства 21
2.5. Описание блоков устройств 23
2.5.1. Клавиатура 23
2.5.2. Устройство управления (УУ) 23
2.5.3. Блок хранения и обработки операндов 24
2.5.4. Логический блок 25
2.5.5. Арифметический блок 25
2.5.6. Блок вывода результата 25
2.5.7. Устройство индикации 26
2.6. Описание использованных микросхем 26
2.6.1. Шифратор приоритетов 8-3 (КР1564ИВ1) 27
2.6.2. Восьмиразрядный регистр с управлением по фронту и тремя состояниями на выводах (КР1564ИР22) 28
2.6.3. Восьмиразрядный регистр с управлением по фронту с чисткой (КР1564ИР35) 30
2.6.4. Четырехразрядный двоичный сумматор с ускоренным переносом (КР1564ИМ6) 31
2.6.5. Программируемое ПЗУ (КМ1626РФ11) 32
2.6.6. Четыре логических элемента 2И (КР1564ЛИ1) 33
2.6.7. Шесть логических элементов НЕ (КР1564ЛН1) 33
2.6.8. Четыре логических элемента 2И-НЕ (КР1564ЛАЗ) 34
2.6.9.Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (1564ЛЕ1) 34
2.6.10. Четырёх разрядный компаратор (1564СП1) 35
2.7 Расчет характеристик цифрового устройства 37
2.7.1 Определение быстродействия устройства 37
2.7.2 Определение потребляемой мощности 38
Заключение 39
Список использованной литературы 40

Весь текст будет доступен после покупки

Широкое внедрение цифровой техники во всех областях повседневной жизни связано с появлением интегральных микросхем. Ранее цифровые устройства, собранные на дискретных транзисторах и диодах, имели значительные габариты и массу, ненадежно работали из-за большого количества элементов и особенно паяных соединений. В свою очередь, интегральные микросхемы содержат в своём составе десятки, сотни, тысячи, а в последнее время многие десятки и сотни тысяч и даже миллионы компонентов. Это позволило по-новому подойти к проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надёжность отдельной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к надёжности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчёте на отдельный компонент резко уменьшается по мере повышения степени интеграции.
В результате на интегральных микросхемах стало возможным собирать сложнейшие устройства, изготовить которые без применения микросхем было бы совершенно невозможно.

Весь текст будет доступен после покупки

Во время разработки цифровых устройств можно выделить два ключевых этапа. Первый этап называется структурным проектированием. На этом этапе заданный неформально алгоритм преобразуется в последовательность операторов, таких как получение результата, счет, преобразование кода и передача информации. Разработчик старается использовать ограниченный набор общепринятых операторов. Это позволяет представить алгоритм в достаточно компактной форме. При этом структура алгоритма становится понятной, легко читаемой и однозначной. На основе данной структуры формулируются технические требования к схемам, реализующим отдельные операторы. Для создания функциональных узлов схемы можно использовать готовые блоки в интегральном исполнении или синтезировать их из более простых элементов. Первоначально синтез производится при помощи алгебры логики, а затем по полученным функциям строится эквивалентная схема. Однако, как правило, синтезированные схемы хуже своих аналогов в интегральном исполнении. Это связано с большим временем задержки, габаритами и потреблением энергии. Поэтому для успешного проектирования цифровых устройств разработчик должен уметь выбирать оптимальный вариант решения поставленной задачи, работать с алгеброй логики, знать основные цифровые элементы и уметь их применять, а также знать наиболее простые и распространенные алгоритмы решения основных задач.

Весь текст будет доступен после покупки

1. В. И. Ланчин, Н. С. Савелов. Электроника. Изд. Феникс, 2001, Сп-б.
2. Е. П. Угрюмов. Цифровая схемотехника. 3-е издание. Изд. БХВ-Петербург, 2010.
3. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учебное пособие для вузов. Энергоатомиздат, 1991
4. Нефедов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 11. Изд. Радиософт, 2001, Москва.
5. Синтез цифровых автоматов: Учебное пособие / Н. Г. Захаров, В. Н. Рогов. –Ульяновск: УлГТУ, 2003.
6. Филиппов Р.Н. Проектирование цифрового арифметико-логического устройства на интегральных микросхемах. Тверь: ТвГТУ, 2014.
7. Цифровые устройства и микропроцессорные системы, Б.А.Калабеков, И.А.Мамзелев, 1987, М. «Радио и связь».

Весь текст будет доступен после покупки