|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Рис. 5.1. Обобщенная структурная схема микропрограммного дискретного устройства В состав OA входят главным образом типовые функциональные узлы: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы, шифраторы арифметико-логические устройства (АЛУ), схемы сравнения, блоки памяти, схемы пересылки данных и т. п. Число элементов памяти (ЭП), содержащихся в OA, определяется разрядностью обрабатываемых данных пд, которая может быть достаточно большой. Однако трудоемкость и сложность проектирования OA, как правило, слабо зависят от пд в силу широкого использования стандартных узлов. Таким образом, OA является исполнительной частью устройства; его состав и структура могут быть одинаковыми для реализации многих алгоритмов одного класса. Объем оборудования УА зависит от сложности реализуемого алгоритма и от структуры этого автомата, которую можно выполнить в трех вариантах. 1. УА с жесткой (схемной, произвольной) логикой, при которой переключательные функции, необходимые для формирования заданной последовательности управляющих сигналов Y, реализуются с помощью логических элементов с произвольными связями (обычно с применением схем с малой и средней степенями интеграции). Здесь используется аппаратный подход к реализации устройства. 2. УА с хранимой в памяти (гибкой, программной) логикой, при которой сигналы Y вырабатываются на основе совокупности управляющих слов, хранимых в памяти автомата. В этом случае составленные микропрограммы используются в явной форме и обычно записываются в постоянные запоминающие устрой ства (ПЗУ), выполненные на основе полупроводниковых БИС боль шой емкости, что позволяет обеспечить регулярность структуры УА и его компактность; здесь используется аппаратно-программный подход к реализации устройства. 3. УА на основе программируемых логических матриц (ПЛМ), в котором заданные функции реализуют ся с помощью БИС ПЛМ, что позволяет сочетать многие достоинства первых двух вариантов. Таким образом, использование принципа микропрограммного, управления позволяет упорядочить и упростить процедуру логического проектирования ДУ, обеспечить регулярность их структуры, а также открывает возможность широкого применения современных БИС. Принцип микропрограммирования применяется при создании микропроцессоров и устройств на их основе. Это не только позволяет упорядочить управление, но и дает возможность формировать систему команд микропроцессоров по своему усмотрению, исходя из имеющейся системы микрокоманд. Рассмотрим порядок проектирования микропрограммного ДУ, который состоит из следующих основных этапов [42]. Запись алгоритма. По описанию отдельных алгоритмов, реализуемых устройством, составляется их формализованная запись в виде граф-схем алгоритаов (ГСА). Для этого составляется список необходимых микроопераций Yj и соответствующих им управляющцх сигналов i/j, а также логических условий Xt. Далее при необходимости производится минимизация числа вершин ГСА и составляется объединенный ГСА, являющийся формой здания ДУ для выполнения следующих этапов. Построение OA. В общем случае OA может быть построен по канонической схеме автомата и содержит три основные части: блок элементов памяти для хранения операндов, а также промежуточных и конечных результатов; комбинационную схему, реализующую набор микроопераций; комбинационную схему, вырабатьшающую значения логических условий. Как уже отмечалось, при построении OA целесообразно применять типовые узлы, а также стремиться использовать отдельные узлы для выполнения нескольких микроопераций. Построение УА. Сначала выбирают вариант структуры УА учитывая требования быстродействия, допустимый объем аппаратуры и другие ограничения. Далее осуществляется синтез УА в соответствии с процедурой, зависящей от принятой структуры автомата. В результате выполнения этих этапов составляют структурные схемы OA и УА и переходят к техническому проектированию, которое включает вопрось! практической реализации схемы устройства на выбранной элементной базе, введение необходимых развязываюцдах, усиливающих и формирующих каскадов, компоновку деталей на платах, составление монтажных схем и выдачу технической документации. Выполнение перечисленных этапов проектирования ДУ проиллюстрируем рядом простых примеров, посвященных разработке различных вариантов одного ДУ, алгоритм работы которого описан в примере 5.1. Пример 5.1. Пусть требуется построить ДУ для вычисления угловой координаты цели а по имеющимся координатам начала а„ и конца а„ пачки радиолокационных импульсных сигналов, отраженных от этой цели при обзоре пространства. Величины «н и считываются с двоичного датчика текущего углового положения антенны РЛС. Моменты считывания определяются по сигналам aj и х2, поступающим от блока фиксации пачки в приемоиндикаторе РЛС. Эти сигналы отмечают выполнение критериев начала и конца пачки. Блок фиксации пачки вырабатывает также сигнал х, свидетельствующий о том, что нулевое направление находится в пределах принимаемой пачки импульсов. В зависимости от значения вычисления производятся по одной из формул: « = 0,5(ан-Ь«к), если д;з = 0; (5.1) «=0.5(ан-Ь«к)-Ь. если Xs=l, (5.2) где /< - двоичное значение константы, равной 180°. Результаты вычислений подаются в некоторое внешнее устройство ВУ. Перечислим действия, необходимые для выполнения алгоритма, и узлы, с помощью которых можно осуществить эти действия: сложение двоичных чисел, поступающих от датчика угловых координат (с помощью накапливающего сумматора SM); деление на два, которое не требует аппаратурных и временных затрат, поскольку может бьп-ь обеспечено смещением разрядов при считывании результата а; добавление константы К (с помощью датчика константы). Составим список микроопераций и соответствующих им управляющих сиг- налов У], а также список логических условий, используемых в данном алгоритме: у-8М: = 8М + сч; у-ВУ-.ЗМ; У2~8М: = 8М-\-К; у - 8М:=0. (Знак : = соответствует оператору присваивания; ВУ - внешнее устройство). Заметам, что в данном случае все сигналы логических условий поступают на проектируемое ДУ извне. Составим теперь граф-схему алгоритма (ГСА). ГСА - это ориентированный связный граф, задающий последовательность выполнения операций данного алгоритма и содержащий ряд операторных и условных вершин, а также одну начальную и одну конечную вершины. Операторной называется вершина, которой сопоставляется одна или несколько микроопераций и отмечается соответ-  Датчик а- 5j syj\ Конец I (Щ) Сумматор SM Датчик К Рис. 5.2. Граф-схема алгоритма к примеру 5.1 Рис. 5.3. Структурна» схема операционного автомата ствующими управляющими сигналами tjj, а условной - вершина, которой сопоставляется некоторое логическое условие Xi. ГСА составляют так, чтобы обеспечить выполнение необходимых операций и проверку логических условий в соответствии со словесным описанием алгоритма. В данном случае сначала необходимо проверить выполнение условия х{. если = 1, то в сумматор SM. записывается ац, в противном случае проверяется условие х, если Хз = О, то никаких операций выполнять не нужно, а если = 1, то производят вычисления по формуле (5.1) или (5.2) в зависимости от значения лгд. Продолжая подобные рассуждения, строим искомую ГСА (рис. 5.2). В данном случае отпадает построение объединенной ГСА, так как здесь рассматривается только один простой алгоритм. На основании перечня микроопераций и реализующих их функциональных узлов составим структурную схему OA (рис. 5.3). Здесь широкими стрелками показаны шины, по которым передается информация, а тонкими - сигналы tjt, управляющие работой отдельных узлов или передачей информации по шинам. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 [ 54 ] 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |
|||||||||||||||||