Устройство для сложения четырехразрядных двоичных чисел

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича Курсовая работа по предмету Вычислительная техника и информационные технологии Выполнил Копылов Р.Э.

Студент группы МТ-01

Задание на курсовую работу

Необходимо построить устройство для реализации в кристалле на лабораторном макете. Для разработки используется пакет Quartus. Реализация в кристалле Cyclone. При реализации на Cyclone для подключения к спроектированному устройству периферии (синхронизации и сегментных индикаторов) необходимо воспользоваться стандартными программами, имеющимися в материалах лаборатории.

Вариант 12. Разработать устройство, позволяющее производить сложение четырехразрядных двоичных чисел. Числа поступают в регистры, А и В с одной четырехразрядной шины. Регистры, А и В имеют управляющий вход для записи информации. Выходы регистров, А и В подключаются к сумматору. Выход сумматора подключается к регистру S, хранящему сумму. Запись информации в регистр, А и в регистр В производится с тумблеров В1-В4, синхроимпульсы подаются с кнопки. Тумблеры В5 и В6 регулируют запись в, А или в В и считывание с S. Контроль производится по состоянию индикатора.

Задание на курсовую работу Назначение устройства Коды программ Схема устройства Заключение Литература

Назначение устройства

Регистры — конечные автоматы, служащие для хранения или для сдвига информации. Сдвиг информации производится на последовательных регистрах, хранение записанной информации производится в параллельных регистрах. Основа построения регистров — D-триггеры.

Последовательные регистры.

В регистрах данного типа производится преобразование информации, поэтому необходимо построение обратных связей между триггерами. Сдвиг информации может производиться как влево (с увеличением результата), так и вправо (с уменьшением результата). При сопоставимых по времени длительности синхроимпульса и задержке триггера информация может переписаться по одному такту синхронизации в несколько ячеек подряд. Для исключения таких сбоев между триггерами ставятся линии задержки или триггеры строятся по двухтактной схеме.

Параллельные регистры.

Такие регистры используются для временного хранения записанной информации, а также для разделения информационных шин. Обратных связей между триггерами не требуется. Существуют регистры-защелки и буферные регистры. В защелку по фронту синхроимпульса записывается состояние шины D0 ч Dn-1. В отсутствии синхроимпульса все изменения состояния шины D0 ч Dn-1 не влияют на состояния выходов (шина Q0 ч Qn-1). Таким образом, с помощью защелки возможно разделение шин.

Буферные регистры используются в системах, содержащих большое количество регистров, где в каждый момент времени необходимо совершать обмен только между определенным источником и приемником. Примером может служить любая микропроцессорная система или отдельный процессор. В качестве буферов служат трехстабильные элементы. При подаче управления на такой элемент он выполняет функции конъюнктура, а при снятии управления разрывает цепь, и на выходе образуется высокий уровень при отсутствии токов. Такое состояние элемента называют третьим или высокоимпедансным. Из схемы двухбуферного регистра, следует, что запись в буферный регистр возможна при C1=1 и подаче синхроимпульса, а считывание при C2=1 в любое время.

По способу записи и считывания регистры классифицируются как последовательные, параллельные, параллельно-последовательные и последовательно-параллельные. В последовательно-параллельных регистрах запись происходит последовательным способом и, при заполнении регистра, включается параллельный буфер чтения. В параллельно-последовательных регистрах запись происходит параллельным способом через буфер записи, который в дальнейшем отключается, и включаются обратные связи последовательного регистра. Считывание производится последовательным способом.

Назначение элементов и их программы.

Antiring — устройство, генерирующее синхроимпульсы.

Multiplexor (мультиплексор) — устройство, соединяющее с единственным выходом тот из входов данных, адрес которого указан на адресных входах.

Decoder (декодер) — устройство, позволяющее перевести число из одной системы счисления в другую.

Последовательный регистр (регистр сдвига) — представляет собою цепочку разрядных схем, связанных цепями переноса. Служит для сдвига разрядов от одного триггера к последующему на каждый импульс тактового сигнала.

Полусумматор Диаграммы полусумматора Одноразрядный сумматор

Временные диаграммы одноразрядного сумматора

Четырехразрядный сумматор

Временные диаграммы четырехразрядного сумматора

Программа, отражающая функционирование параллельного регистра на 4 разряда.

Временные диаграммы параллельного регистра на 4 разряда

Схема устройства

Временная диаграмма устройства

Заключение

В данной работе выполнены проектирование и симуляция логического устройства. Работа позволила закрепить теоретические знания, получить опыт проектирования реальных логических устройств с использованием интегрированной среды разработки встроенного программного обеспечения для программируемых логических интегральных схем Altera Quartus II. Кроме того, в ходе выполнения работы была освоена Unix-подобная операционная система GNU/Linux и получен опыт документального оформления логических схем и диаграмм работы устройства.

Лекции доцента кафедры ЦВТиИТ Нееловой О.Л.

Методическое пособие по курсу ВТиИТ (Неелова О.Л.)

Цифровая схемотехника. Угрюмов Е.П.