8.3.6. Використання пзп у скінченних мікропрограмних автоматах

Оскільки мікропрограмні автомати працюють за програмою, яка зчитується і виконується керуючим автоматом, то використання ПЗП у них дає можливість суттєво розширити обсяги розв’язуваних задач.

Розглянемо одну з розповсюджених структур цифрового автомату, що складається з ПЗП (ROM), регістра (RG) та генератора тактових імпульсів C (рис. 8.56).

Рис. 8.56

У даній структурі ПЗП має 6 адресних входів і 8 виходів, тобто його організація 64 × 8. Усі адресні сигнали формуються безпосередньо з молодших розрядів регістра RG. Вихідні сигнали Y формуються безпосередньо на чотирьох старших розрядах регістра.

Особливість полягає у тому, що вхідні керуючі сигнали X (x₁ x₀) подаються на 4-й та 5-й розряди регістра, які потім безпосередньо використовуються як адресні сигнали ПЗП.

Вихідні розряди ПЗП розділені на дві групи, по 4 розряди кожна: молодші використовуються для створення чергових адрес ПЗП, а старші використовуються як вихідні сигнали автомату. Тобто безпосередньо по коду даних з таблиці прошивок можна бачити, якою буде наступна адреса ПЗП і якими будуть вихідні сигнали автомату на черговому такті. Вхідні сигнали використовуються для генерації старших адресних сигналів ПЗП. Така особливість досить чітко видима при розгляді карти прошивки, адже 4 молодші розряди адресного коду задають клітки ПЗП, що розміщуються у першому рядку з адресою 00. Два старші розряди, тобто розряди, що задаються вхідними сигналами, дають можливість вибирати один з чотирьох рядків, що мають адреси 00, 01, 02, 03.

Приклад 8.7. Провести аналіз роботи автомату, карта прошивок ПЗП якого приведена у Табл. 8.16.

Табл. 8.16

Адреса	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
00	11	22	33	44	55	66	77	88	99	AA	BB	CC	DD	EE	FF	00
01	11	22	33	44	55	66	77	88	99	AA	BB	CC	DD	EE	FF	00
02	10	21	32	43	54	65	76	87	98	A9	BA	CB	DC	ED	FE	0F
03	10	20	30	40	50	60	70	80	90	A0	B0	C0	D0	E0	F0	00

Розв’язання. Рядок з адресою 00 демонструє послідовний перебір адрес пам’яті при нульових вхідних сигналах. Якщо у початковому стані автомат знаходиться за адресою 00, то в клітці з цією адресою стоїть шістнадцятковий код 11, молодший розряд якого показує, що на наступному такті він перейде за адресою 01. Розглядаючи клітку за адресою 01, бачимо, що чергова адреса переходу – 02, і так до клітки з адресою ОЕ, в якій стоїть адреса OF. У клітці OF вказана початкова адреса 00. Чотири біти старших розрядів повторюють адресний код, який на кожному такті інкрементується на 1, тобто схема працює, подібно двійковому накопичувальному лічильнику з коефіцієнтом перерахунку M = 16.

Другий рядок демонструє іншу особливість роботи автомату – циклічне повторення групи тактів. Якщо робота автомату почнеться з адреси 10, то автомат послідовно інкрементуватиметься на чергові адреси 11, 12, 13, 14, 15, 15, 16, 17, 18, 19. З адреси 19 автомат повернеться на адресу 15 і циклічно повторюватиме групу адрес 15, 16, 17, 19. Якщо ж автомат почне роботу з адреси 1А, то він послідовно перейде на адресу 19 і знову почне циклічно працювати в інтервалів адрес 15 – 19.

Розглянемо тепер ситуацію, якщо вхідний сигнал X = x₁ x₀ при інкрементуванні адресного коду змінює своє значення – наприклад, з в . Фактично це означає, що автомат переходить з однієї мікропрограми на іншу. Якщо перехід відбувається в інтервалі адрес 00…08 (10…18), то як по адресних, так і по вихідних сигналах це неможливо помітити, оскільки адреси дублюються, і вихідні сигнали теж. Фактично це означає, що такою прошивкою відключається реакція автомату на зміну вхідного сигналу x₀ .

Третій рядок з адресою показує приклад зупинки автомату на кожній адресі і очікування приходу вхідного сигналу. Наприклад, автомат знаходиться за адресою 23 (клітка, в якій записано число 43). Наступною адресою в коді даної клітки вказано 3, тобто при незмінних вхідних сигналах автомат залишатиметься за цією адресою постійно. Але якщо вхідний сигнал переведе автомат на адресу 03, то він почне виконувати мікропрограму нульового рядку. Звідси витікає, що дублювання адреси на одному з рядків може не тільки зупиняти виконання програм, а й створювати затримку в виконанні програми на час, що задається вхідним кодом.

Останній рядок демонструє створення переходу з будь-якої адреси рядка на нульову адресу того ж рядка. Наприклад, виконується мікропрограма нульового рядка, і за адресою 06 обидва вхідні сигнали змінюють свої значення на 11 (x₁ x₀ = 11). Автомат при цьому попадає у робочу точку клітки за адресою 37, з якої переходить за адресою 30. У цій точці автомат зупиниться і знаходитиметься в ній до зміни вхідних сигналів. Якщо значення вхідних сигналів зміняться в , то він почне відлік з нульового рядка.

Іноді виникає необхідність переходу автомату на деяку визначену адресу. Наприклад, при вмиканні живлення в регістр може записатись будь-який довільний код. У таких випадках можна створити мікропрограму, за допомогою якої автомат за декілька тактів завжди перейде на задану адресу, незалежно від початкової адреси.

Приклад 8.8. Розробити мікропрограмний автомат, який генеруватиме послідовність з трьох вихідних сигналів за фронтом вхідного сигналу у відповідності до рис. 8.57, причому другий сигнал вкладений у перший, а третій, відповідно, вкладений у другий. На інтервалі дії даної послідовності вхідний сигнал може довільно змінюватись без впливу на характер зміни вихідних сигналів. Після закінчення вказаної послідовності автомат знову переходить у режим очікування фронту вхідного сигналу. Тривалість одного такту 10 мкс.

Рис. 8.57

Розв’язання. Оскільки тривалість одного такту дорівнює 10 мкс, то частота генератора тактових сигналів становитиме 100 кГц.

Мінімальна тривалість одного періоду генерованої послідовності з урахуванням того, що повинен бути як мінімум 1 такт, при якому на всіх виходах маємо високий рівень сигналу, рівна 6 тактам. Для формування 6 тактів необхідно не менш ніж 3 розряди ПЗП (2³ = 8 > 6). Один допоміжний розряд необхідно мати для фіксації вхідного сигналу, тому ПЗП повинен мати 4 розряди.

Розмір вихідного слова визначається, виходячи з наступних умов: три розряди необхідно мати для запису вихідної послідовності; три розряди потрібні для задання чергової адреси при відпрацюванні вихідної адреси. Загальна кількість розрядів вихідного слова ПЗП – 6.

Розрядність регістра визначається сумою вихідних розрядів ПЗП і розрядів вхідного керуючого сигналу, тобто (6 + 1) = 7.

В результаті отримаємо схему цифрового автомату, що приводиться на рис. 8.58.

Рис. 8.58

Останній крок створення цифрового автомату – це розробка карти прошивки ПЗП. Ця робота вимагає високої уваги і дотримання певної послідовності. Перш за все, складемо детальну таблицю формування кодових послідовностей на виході автомату, на виході ПЗП та адресних кодів на вході ПЗП. Вона може мати надлишок рядків, в яких можуть дублюватись деякі данні, але, у той же час, містити в собі всю необхідну інформацію для формування кодів прошивок.

Оскільки кількість адресних входів – лише 4, то карта прошивок повинна мати лише один рядок.

Заповнення таблиці виконуватимемо крок за кроком, виходячи з аналізу роботи схеми у відповідності до часових діаграм.

Табл. 8.17

Адреса			0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
Код прошивки			38	0A	03	0C	18	38	38	38	19	0A	03	0C	1D	3D	38	38
Виходи ПЗП	A0	D0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1	0	1	1	0	0
	A1	D1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0
	A2	D2	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	0	0
	y2	D3	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1
	y1	D4	1	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0	1	1	1	1	1
	y0	D5	1	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	1
	Вільні виходи	D6	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
		D7	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Адреси ПЗП	D0 →	A0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	0	1	0	1	1	0	0
	D1 →	A1	0	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0
	D2 →	A2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	0	0
	x0 →	A3	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	0
Код адреси			0	8	1	2	3	0	0	0	9	A	B	C	D	5	0	0

Перед початком роботи вхідний сигнал x₀ = 0, і автомат повинен видавати на виході y₂ y₁ y₀ = 111. Приймемо, що виходи регістра вказують на нульову адресу ПЗП, тобто A₂ A₁ A₀ = 000. Вільні виходи, незалежно від адреси, повинні показувати нульові значення. Відповідно, у першому стовпці за адресою 0 запишемо A₂ A₁ A₀ = 000, D₇ D₆ = 00, D₅ D₄ D₃ = 111. Код адреси ПЗП – 0.

Біти D₂ D₁ D₀ – це молодші адресні входи тієї адреси, за якою в наступному такті перейде автомат. Приймемо, що будемо послідовно інкрементувати їх за законом зміни бінарного коду, але, оскільки послідуюча адреса на наступному такті 1 задаватиметься вхідним сигналом x₀ , то залишимо їх незмінними, тобто приймемо D₂ D₁ D₀ = 000. В результаті отримаємо код прошивки на нульовій адресі 38₁₆ (D₇…D₁ = 00111000).

На такті 1 x₀ = 1 і адресний код, за яким буде йти звернення до ПЗП, A₃ A₂ A₁ A₀ = 1000₂ = 8₁₆ , тому необхідно заповнити стовпчик за адресою 8₁₆ . Вихідний код має бути , а молодші адреса інкрементуємо на 1. Тобто за адресою 8₁₆ записуємо код прошивки 19₁₆ . За адресою 9₁₆ записуємо бінарний код чергової адреси – A₁₆ – і переносимо в клітки D₂ D₁ D₀ = 010, а вихідний код y₂ y₁ y₀ = 110, внаслідок чого маємо код прошивки ПЗП – 0А. Інкрементуючи на 1 молодші адреси A₂ A₁ A₀ = 011 і зчитуючи значення виходів з часової діаграми y₂ y₁ y₀ = 000, отримаємо черговий код прошивки ПЗП – 03₁₆ , потім 0C₁₆ , 1D₁₆ . Наступний такт (шостий) забезпечує y₂ y₁ y₀ = 111 вже при x₀ = 0. Але оскільки в адресному коді змінюється старший розряд, то інкрементувати молодші розряди не слід. Як результат, за адресою D₁₆ запишемо код 3D₁₆ і перейдемо на п’яту адресу. Оскільки за цією адресою починає повторюватись режим, еквівалентний нульовій, то, заповнивши стовпець, отримуємо код 38₁₆ , і автомат знову очікуватиме зміни вхідного сигналу.

За умовою задачі, автомат, розпочавши цикл, не повинен реагувати на зміну вхідного сигналу, тому, змінивши в адресі старший розряд з 1 на 0, заповнюємо стовпці 1…3 кодами, що розміщені за адресами 9, А, В. Невикористовувані стовпці 6, 7 і Е, 8 кодуємо прошивкою 38 на той випадок, щоб автомат, попавши на такі адреси, перейшов на нульову адресу.

З останнього прикладу витікає, що при наявності надлишку ємності РПЗП є можливість досить вільно використовувати його карту прошивок.