Структурный анализ разрабатываемой схемы

Структуризация микроконтроллера представляет собой построение структурной схемы, отражающая, в блоках, основные элементы микроконтроллера и направление передачи данных.

В данный микроконтроллер входят: два порта ввода операндов А и В, порт ввода выбора номера логической или арифметической функции, блок питания, порт вывода для вывода полученной информации от АЛУ, память ОЗУ для хранения данных, порт управления выбора логической или арифметической функции, блок индикации для отображения полученной информации и само АЛУ.

Рис.1 - Структурная схема разрабатываемого микроконтроллера

Основными структурными блоками микроконтроллера являются:

1. Порты ввода для первого и второго операндов (А, В) предназначены для приема входной информации, т. е. на них (в последовательном или параллельном формате) поступают операнды, с которыми впоследствии будет выполнена арифметико-логическим устройством одна из заданных операций.

2. Порт вывода необходим для вывода результирующего операнда, полученного путем выполнения арифметико-логическим устройством выбранной операции над входными операндами.

3. Порт ввода для выбора функции. Выбирает функцию, которую необходимо реализовать в АЛУ. Порт ввода для выбора функции представляет собой дешифратор, адресующий необходимую функцию в зависимости от поданного на вход номера функции.

4. Порт управления. Предназначен для определения выполнения АЛУ необходимой операции, в зависимости от комбинаций сигналов на своих входах Рвх и М. Отсюда можно сделать вывод, что блок управления представляет собой дешифратор, выбирающий одну из трех операций (логическая, арифметическая, индикация результата), в зависимости от сигналов на его входах.

5. Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Основной блок микроконтроллера, который производит арифметические и логические операции над входными операндами и формирует выходной операнд. АЛУ содержит в себе реализацию всех операций, поддерживаемых микроконтроллером. О том, какую операцию необходимо выполнять, АЛУ получает информацию от порта управления и от порта выбора функции. Операнды для выполнения выбранной операции поступают с портов ввода первого и второго операндов. Результат выполнения выбранной операции поступает в порт вывода.

6. Блок индикации. Служит для динамической световой сигнализации, отображая результат выполненной операции с помощью светодиодов.

7. Модуль памяти, реализованный на микросхему ОЗУ, выполняет функцию кратковременного хранения результатов выполнения арифметических и логических операций.

Разработка и расчет электрически принципиальных схем отдельных структурных блоков.

Порт ввода двух операндов представляет собой два четырехразрядных регистра с третьим состоянием. Порт вывода - это девятиразрядный регистр с третьим состоянием, выводы которого заведены на шину выходных данных.

Таблица 1.

Функции, выполняемые АЛУ.

Блок выбора функции должен представлять собой дешифратор. Сигналом М и набором мелкой логики определяется выбор логической или арифметической операции. Это актуально для более экономичного использования ресурсов микросхем.

Разрядность входных операндов равна четырем. Следовательно, для ввода операндов в порт ввода удобно будет использовать восьмиразрядный регистр с 3 состоянием. Регистр последовательный, то есть запись и считывание информации происходит последовательно на каждый вход.

Порт вывода также должен представлять последовательный регистр, выходы которого идут на блок индикации результата. Этот блок будет использовать светодиодную индикацию с общим катодом. Индикация отображает число, которое имеется на шине результата в каждый момент времени.

В схеме микроконтроллера должен присутствовать модуль памяти в виде микросхемы ОЗУ. Память, как и следует из ее названия, предназначена для запоминания, хранения массивов информации. Каждый цифровой код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти. Основная функция любой памяти как раз и состоит в выдаче этих кодов на выходы микросхемы по внешнему запросу. А основной параметр памяти — это ее объем, то есть количество кодов, которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов. Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом), запись информации в которую наиболее проста и может производиться пользователем сколько угодно раз на протяжении всего срока службы микросхемы. Информация в памяти пропадает при выключении ее питания.

Рис. 2 - Порты ввода для выбора функции и управления

Порт индикации представляет собой схему, которая реагирует на выборку логической или арифметической операции. В результате чего загорается световой индикатор. В данном курсовом проекте мы разработаем порт индикации, который реагирует включением светодиода на появление логической операции.

ГТИ

Генератор – устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию электрического колебания при отсутствии внешнего сигнала.

ГТИ — устройство, генерирующее электрические импульсы определенной частоты.