Мікропрограмний автомат на постійному пристрої для кодування манчестерського коду
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"
за курсом: "Аналогова та цифрова електроніка"
"Мікропрограмний автомат на ПЗП для кодування манчестерського коду"
студент групи ДК-71
ст. пр. Собченко В.В.
1. Теоретичні відомості
1.1 Тригери та Регістри
1.4 Мікропрограмний автомат на ПЗП
1.5 Код Манчестер-ІІ
1.6 Протокол передачі
2. Структурна схема пристрою
3. Симуляція схеми у САПР Altera Quartus II
На сьогодні найдосконаліші принципи та засоби взаємодії людини з навколишнім світом (технології взаємодії) забезпечила цифрова техніка. Її найменш надлишковий алфавіт – дворівневі символи, якими виявилося можливим представляти (кодувати) будь-яку інформацію – призвів до створення надзвичайно точних, надійних, малогабаритних та функціонально-нарощуваних пристроїв. Використання в цифровій техніці двосимвольного алфавіту призвело до створення нових, виключно ефективних методів передачі, зберігання та перетворення сигналів, нових засобів обробки інформації – інформаційних технологій (під цим словосполученням розуміють технологію обробки інформації з використанням сучасних засобів цифрової техніки та її вершини – обчислювальної техніки) . Так народилися засновані на нових принципах сучасні інформаційні технології: зв'язки (цифровий зв'язок та цифрове телебачення), виявлення (цифрова радіолокація та цифрова навігація), обчислень та автоматичного управління (електронно-обчислювальна техніка), техніки вимірюваньі т.д.
Цифрова техніка стоїть на трьох "китах". Перший "кит" - теорема про дискретизацію. У цій теоремі теоретично обґрунтовано можливість отримання цифрового еквівалента (цифрового образу) аналогового сигналу, зберігати зраджувати і обробляти який виявилося значно простіше і точніше, ніж здійснювати аналогічні дії над аналоговим сигналом. Другий "кит" - алгебра логіки (бульова алгебра). Алгебра логіки дозволила поставити аналіз та синтез цифрових схем на міцний математичний фундамент. Третій "кит" - імпульсна техніка, з якої цифрова техніка запозичила багато принципів, елементів і пристроїв.
Цифрові пристрої мають низку переваг перед аналоговими: величезний ступінь інтеграції, що становить сотні мільйонів транзисторів в одній мікросхемі, надзвичайно низька похибка, мала залежність від параметрів довкілля.
Області застосування цифрової техніки справді безмежні. До сказаного раніше можна додати, що в даний час до 90% всіх пристроїв, що розробляються - цифрові.
У цій роботі пропонується до розгляду спосіб передачі на великі відстані
Код Манчестер II широко використовується при передачі сигналів на великі відстані, зокрема, в локальних мережах.
1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
1.1 Тригери та регістри
Тригери та регістри є найпростішими представниками цифрових мікросхем, що мають внутрішню пам'ять. Якщо вихідні сигнали логічних елементів і комбінаційних мікросхем однозначно визначаються їх поточними вхідними сигналами, вихідні сигнали мікросхем з внутрішньої пам'яттю залежать ще й від того, які вхідні сигнали і в якій послідовності надходили на них у минулому, тобто вони пам'ятають передісторію поведінки схеми. Саме тому їхзастосування дозволяє будувати набагато складніші та інтелектуальні цифрові пристрої, ніж у разі найпростіших мікросхем без пам'яті. Мікросхеми із внутрішньою пам'яттю називаються ще послідовними чи послідовними, на відміну комбінаційних мікросхем.
Тригери та регістри зберігають свою пам'ять тільки до тих пір, поки на них подається напруга живлення. Інакше кажучи, їх пам'ять відноситься до типу оперативної (на відміну від постійної пам'яті та постійної пам'яті, що перепрограмується, яким відключення живлення не заважає зберігати інформацію). Після вимкнення живлення та його наступного включення тригери і регістри переходять у випадковий стан, тобто їх вихідні сигнали можуть встановлюватися як рівень логічної одиниці, так і рівень логічного нуля. Це необхідно враховувати під час проектування схем.
Великою перевагою тригерів та регістрів перед іншими типами мікросхем з пам'яттю є їх максимально висока швидкодія (тобто мінімальні часи затримок спрацьовування та максимально висока допустима робоча частота). Саме тому тригери та регістри іноді називають також надоперативною пам'яттю. Проте недолік тригерів і регістрів у цьому, що їх внутрішньої пам'яті дуже малий, можуть зберігати лише окремі сигнали, біти (тригери) чи окремі коди, байти, слова (регістри).
Тригер можна розглядати як однорозрядну, а регістр - як багаторозрядну комірку пам'яті, яка складається з декількох тригерів, з'єднаних паралельно (звичайний, паралельний регістр) або послідовно (зсувний регістр або, що те саме, регістр зсуву).
В основі будь-якого тригера (англ. - "trigger" або "flip-flop") лежить схема з двох логічних елементів, які охоплені позитивними зворотними зв'язками (тоє сигнали з виходів, що подаються на входи). В результаті подібного включення схема може перебувати в одному з двох стійких станів, причому перебувати скільки завгодно довго, поки на неї подано напругу живлення.
Приклад такої схеми (так званого тригерного осередку) на двох двовходових елементах І-НЕ представлений малюнку 1.1.1. У схеми є два інверсні входи: –R – скидання (від англійського Reset), та –S – установка (від англійського Set), а також два виходи: прямий вихід Q та інверсний вихід –Q.
Рисунок 1.1.1 – Схема тригерного осередку
Для правильної роботи схеми негативні імпульси повинні надходити її входи не одночасно. Прихід імпульсу на вхід -R переводить вихід -Q у стан одиниці, оскільки сигнал -S у своїй одиничний, вихід Q стає нульовим. Цей сигнал Q надходить по ланцюгу зворотного зв'язку на вхід нижнього елемента. Тому навіть після закінчення імпульсу на вході R стан схеми не змінюється (на Q залишається нуль, на Q залишається одиниця). Так само при приході імпульсу на вхід -S вихід Q в одиницю, а вихід -Q - в нуль. Обидва ці стійкі стани тригерного осередку можуть зберігатися як завгодно довго, поки не прийде черговий вхідний імпульс, - іншими словами, схема має пам'ять.
Якщо обидва вхідні імпульси прийдуть строго одночасно, то в момент дії цих імпульсів на обох виходах будуть поодинокі сигнали, а після закінчення вхідних імпульсів виходи випадково потраплять в одне з двох стійких станів. Так само випадковим чином буде обрано один з двох стійких станів тригерного осередку при включенні живлення. Тимчасова діаграма роботи тригерного осередку показано малюнку 1.1.1.
У стандартні серії цифрових мікросхем входить кілька типів мікросхем тригерів,різняться методами управління, і навіть вхідними і вихідними сигналами. На схемах тригери позначаються буквою Т. У вітчизняних серіях мікросхем тригери залежно від типу мають найменування ТР (RS-тригер), ТБ (JK-тригер) та ТМ (D-тригер).
Найпоширеніший D-тригер займає, можна сказати, проміжне положення між RS-тригером та JK-тригером. Крім загальних для всіх тригерів входів установки і скидання -S і -R, він має один інформаційний вхід D (вхід даних) і один тактовий вхід C. Прикладом може бути показана на малюнку 1.1.2 мікросхема ТМ2, що містить в одному корпусі два D- тригера з прямими та інверсними виходами. Таблиця істинності D-тригера ТМ2 наведено у таблиці 1.1.1.
Рисунок 1.1.2 – УГО та часові діаграми D-тригера
Таблиця 1.1.1 - Таблиця істинності D-тригера