Проектирование цифрового автомата

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НОВОМОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Федерального  государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального  образования «РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА»

 

Кафедра

Вычислительная  техника и информационные технологии

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

ПО АПЦВУ

НА ТЕМУ:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

 

Зав. кафедрой                         Воробьев В.И.

                                                           ^{личная подпись, дата                                                      Ф.И.О.}

Руководитель                         Прохоров В.С.

                                                           ^{личная подпись, дата                                                      Ф.И.О.}

Н/контролер                         Котельникова М.Г.

                                                           ^{личная подпись, дата                                         Ф.И.О.}

Студент                          Полякова А.А. 

                                                            ^{личная подпись,  дата                         Ф.И.О.}

Группа                        СКМ-08-1                  

                                                     ^{шифр группы}

 

 

 

 

 

 

г. Новомосковск, 2012

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НОВОМОСКОВСКИЙ  ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Федерального  государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального  образования «РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА»

 

Факультет «Кибернетика»  Кафедра ВТИТ

Специальность «Сервис компьютерной и микропроцессорной техники»

 

УТВЕРЖДАЮ   

Зав. кафедрой   

______________ /Воробьев В.И./

« »   2012г.

 

ЗАДАНИЕ

к курсовому  проекту по АПЦВУ

(название предмета)

Студенту        Поляковой А.А.         курса    5    группы СКМ-08-1 

1. Тема работы "ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА"

утверждена приказом по институту от «  »  2012 г. №  

    2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)    

3. Исходные данные к работе «Разработать цифровой автомат, у которого на выходе периодически появляются коды символов, образующих фамилию и инициалы студента» 

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): Введение. Основная часть: аналитический обзор, обоснование выбранного направления работы, описание теоретических и экспериментальных исследований, оценка достоверности полученных данных, предложения по дальнейшим направлениям работы. Заключение. Список использованных источников.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): Необходимо представить функциональную и принципиальную схемы цифрового автомата, чертежи печатной платы со стороны монтажа и со стороны проводящего рисунка, выполненные с применением пакета программ Ultiboard 12.0.

6. Дата выдачи задания          

 

  Руководитель       /Прохоров В.С./

(подпись)

  Задание принял к исполнению    /Полякова А.А./

                      (подпись) 

Календарный план выполнения задания

 

Сроки	Содержание выполненного задания	% по плану	% фактически
20.09.2012	Определение функции  переходов для КС1 и КС2 и расчет количества триггеров для ЦА	5	5
27.09.2012	Определение функции  выходов	10	10
6.10.2012	Построение  полной таблицы функционирования ЦА при построении ЗУ на JK-триггерах.	25	25
16.10.2012	Составление минимизированных логических функций КС1 иКС2	30	30
22.10.2012	Моделирование и отладка принципиальной схемы  ЦА в симуляторе MultiSIM 12.0	45	45
29.10.2012	Оформление  чертежей принципиальной схемы ЦА	50	50
10.11.2012	Из симулятора MultiSIM 12.0 произвести импорт в Ultiboard 12.0 и разработать печатную плату ЦА	75	75
17.11.2012	Оформление  макета печатной платы ЦА и пояснительной  записки	90	90
27.12.2012	Защита курсовой работы	100	100

 

 

 

                                           Студент     /Полякова  А.А./

                                           Руководитель проекта   /Прохоров В.С./

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка 33 с., 13 рис., 7 табл., 5 источников, 3 прил.

 

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ, КОМБИНАЦИОННАЯ СХЕМА, СОСТОЯНИЯ ЦА, ФУНКЦИИ ПЕРЕХОДОВ, МИНИМИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

 

Курсовой проект содержит аналитическую и проектную части, с описанием разработки цифрового автомата. Также алгоритма его функционирования, принципиальной электрической схемы и макета печатного монтажа.

Цель работы – разработать цифровой автомат, у которого на выходе периодически появляются коды символов, образующих фамилию и инициалы студента. Курсовой проект является итоговой работой по изучению курса «Автоматизированное проектирование цифровых вычислительных устройств». Конечной целью изучения курса является освоение самостоятельного проектирования несложных дискретных устройств (цифрового автомата), для того, чтобы в дальнейшем успешно эксплуатировать более сложные, серийно выпускаемые микроконтроллеры, а также ремонтировать и модернизовать персональные компьютеры.

Необходимо  отметить уникальность данного устройства в том смысле, что сигналы на его выходах для каждого выполняющего будут уникальны и имеют прямую корреляцию с личными данными выполняющего (ФИО).

Задание выполнено  с использованием программы-симулятора MultiSim и Ultiboard 12.0. Использование этих программ сокращает время разработки всего комплекса конструкторской документации по проекту.

Курсовой проект разработан на кафедре «Вычислительная техника и информационные технологии».

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

Введение

 

В современной  науке и технике значительную и все более возрастающую роль играют цифровые методы обработки информации. В связи с этим быстро расширяется область применения цифровых систем – технических средств, выполняющих законченный процесс обработки цифровой информации, включающий ее прием, хранение, необходимые преобразования и выдачу.

Взаимное проникновение  вычислительной техники и средств связи приводит к необходимости качественного изменения средств связи, то есть широкому внедрению цифровых методов передачи информации и использованию вычислительной техники как основы для построения аппаратной связи. Одним из наиболее важных направлений совершенствования связи стала разработка цифровых систем передачи.

Среди изделий  электронной техники, выпускаемых  промышленностью. Интегральные цифровые микросхемы занимают важное место. Особенно широкое применение они получили в вычислительной технике. В электронной измерительной технике и промышленной электронике также велик удельный вес ИЦМ, так как они определяют основные характеристики аппаратуры: быстродействие, надежность, рабочий температурный диапазон, габаритные и массовые показатели. Цифровая микроэлектроника развивается по двум направлениям: снижению потребляемой микросхемами мощности и уменьшение времени задержки информационного сигнала.

Цифровой автомат  – это логическое устройство, в  котором помимо логических элементов  имеются элементы памяти. Значение выходных сигналов такого устройства зависит не только от аргументов на входе в данный момент времени, но и от предыдущего состояния автомата, которое фиксируется элементом памяти.  В качестве элементов памяти могут использоваться триггеры.

Курсовой проект предусматривает закрепление знаний функционирования элементов цифровой техники, приобретение навыков проектирования цифровых устройств, в частности цифровых автоматов.

1 Аналитический  обзор

 

Увеличение  производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения науно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это - современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук  отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений и  т.д.

Современное развитие вычислительной техники позволяет широко использовать ее в различных областях науки. Составленные к настоящему моменту электронные библиотеки, развитие методического обеспечения САПР, а также написанные программные пакеты позволяют автоматизировать процесс создания изделия предъявления требований к объекту и выполняемых им функций до выпуска готового изделия.

Применение систем автоматизированного проектирования играют в настоящее время огромную роль в сфере создания различных  устройств, конструкций и процессов. Это позволяет сократить продолжительность процессов проектирования, повысить требования, предъявляемые к объекту создания и более полно и наглядно представить процесс функционирования изделия до его изготовления, оптимизировать его структуру и параметры.

1. Обзор САПР

 

Применение  программ моделирования позволяет  всесторонне исследовать разрабатываемые  устройства в различных режимах  работы (например, в предельно допустимых режимах), что сложно выполнить экспериментальными методами. Результаты макетирования  дают ограниченный объем информации о характеристиках разрабатываемой аппаратуры. Экспериментальные исследования отражают характеристики лишь конкретных единичных макетов. Они не позволяют оценить влияние статистического разброса параметров полупроводниковых и других элементов устройства, и поэтому трудно делать обобщающие выводы по результатам макетирования. Экспериментально сложно определить, какие последствия вызовет наихудшее сочетание параметров радиоэлементов, и что произойдет при отказе отдельных радиоэлементов. Опытным путем не просто исследовать влияние дестабилизирующих факторов, например, внешней температуры. Перечисленные проблемы, возникающие при экспериментальных исследованиях, легко преодолеваются путем моделирования работы устройств.

Программы моделирования могут с успехом использоваться и в учебном процессе. Это избавляет от необходимости делать значительные затраты на приобретение оборудования для лабораторных работ, исключает отказы оборудования из-за ошибочной коммутации, позволяет исследовать многие режимы работы устройств, которые недопустимы в реальных макетах.

Детальное исследование радиоэлектронных устройств  на ЭВМ на уровне принципиальных схем можно провести с помощью множества  специальных программ. В учебных  целях и начальных этапах работы целесообразно применять более простые программы: Electronics Workbench&MiltiSim, MicroCAP, CircuitMaker, Aplac, TangoPRO и др. Большинство этих программ готовят данные в текстовом формате SPICE, чем обеспечивается совместимость со многими программами.

При проектировании устройств сверхвысокочастотного  диапазона могут быть использованы программы Super Compact, Touchstone, Libra, Microwave Office.

Если сложность  разрабатываемых устройств невелика, то для проектирования можно использовать более дешевые продукты, например, Electronic Workbench, Pulsonix, MicroCAP, CircuitMaker.