 |
Согласно заданию спроектировать управляющий цифровой автомат по
|
|
|
|
Содержание
| Введение…………………………………………...………………….............. Теоретическая справка……………………………………………………….. Постановка задачи……………………………………………………………. | |||||
| Синтез управляющего автомата Мура………………...................................... | 4 9 | ||||
| 3.1 | Содержательная граф-схема алгоритма цифрового автомата…………… | 5 9 | |||
| 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 | Размеченная схема управляющего Ц.А............................................................ Построение графа переходов Ц.А. …………………………………………... Вычисление количества элементов памяти для Ц.А. ……………………….. Кодирование состояний Ц.А. Мура…………………………………................ Построение таблицы переходов и выходных функций Ц.А. ………………. Построение системы логических уравнений для описания функций переходов_и_выходов_Ц.А._Мура………………………………………… Построение минимизированной системы логических уравнений Ц.А. …... Оптимизация_функций_схемы_Ц.А…………………………………………Определение элементной базы и оценка конструктивной сложности и быстродействия_схемы………………………………………………………... Заключение……………………………………………………………………... Список_использованных_источников………………………………………... Приложение А Функциональная схема Ц.А. Мура......................................... | 6 9 | |||
Введение
Целью данной курсовой работы является проектирование управляющего цифрового автомата.
В процессе работы должны быть выполнены следующие операции: разметика схемы управляющего цифрового автомата, построение графа переходов для Ц.А. Мура, кодирование состояний Ц.А. Мура, вычисление числа элементов памяти, построение таблицы переходов и выходов Ц.А. Мура, минимизация систем логических уравнений Ц.А., оптимизация функций схемы Ц.А.,оценка сложности и быстродействия цифрового автомата.
|
|
|
Цель должна быть доведена до построения функциональной схемы цифрового устройства (автомата).
1 Теоретическая справка
Автомат - это система механизмов, устройств в которой полностью автоматизированы процессы получения, преобразования, передачи энергии, материалов, информации. Термин «автомат» используется в двух аспектах: техническом и математическом. При математическом подходе под автоматом понимается математическая модель технического устройства, у которого должны быть свои входы состояния и выходы, при техническом подходе под автоматом понимается вполне реальное устройство.
Важным случаем автомата выступает цифровой автомат, в котором полностью автоматизированы процессы приема, преобразования, хранения и выдачи цифровой информации.
Цифровой автомат – это логическое устройство, в которых помимо логических элементов имеются элементы памяти. Значение выходных сигналов такого устройства зависит не только от аргументов на входе в данный момент времени, но и от предыдущего состояния автомата, которое фиксируется элементами памяти. В качестве элементов памяти могут использоваться триггеры. Каждое внутреннее состояние цифрового автомата определяется исходным состоянием триггеров и последовательностью входных сигналов, действующих на входе в данный момент времени, поэтому такие устройства называются последовательностными схемами. К последовательностным схемам можно отнести: триггеры, счетчики, регистры. Схема работы цифрового автомата изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1- Схема работы цифрового автомата
В любом устройстве обработки цифровой информации можно выделить два основных блока – операционный автомат и управляющий автомат.
|
|
|
Операционный автомат служит для хранения слов информации, выполнения набора микроопераций и вычисления значений логических условий, т.е. операционный автомат является структурой, организованной для выполнения действий над информацией.
Управляющий автомат генерирует последовательность управляющих сигналов, предписанную микропрограммой и соответствующую значениям логическим условий. Иначе говоря, управляющий автомат задает порядок выполнения действий в ОА, вытекающий из алгоритма выполнения операций. Управляющий автомат может быть представлен в двух видах: автомат с жёсткой логикой (со схемной логикой) и автомат с гибкой логикой (с программируемой логикой). Различие между автоматом с жёсткой логикой и автоматом с гибкой логикой в затратах оборудования, необходимого для реализации одних и тех же функций, т. е. в стоимости автоматов. Количество оборудования в автомате с жёсткой логикой возрастает почти пропорционально сложности микропрограммы. Для автоматов с гибкой логикой типичны большие удельные затраты оборудования при реализации относительно несложных микропрограмм. Автоматы с жёсткой логикой имеют более высокое быстродействие, чем автоматы с гибкой логикой.
Таким образом любое устройство – является композицией операционного и
управляющего автоматов. Операционный автомат, реализуя действия над словами информации, является исполнительной частью устройства, работой которого управляет управляющий автомат, генерирующий необходимые последовательности управляющих сигналов.
С точки зрения сигналов Ц.А. полезно определить как систему, которая может принимать входные сигналы, под их воздействием переходить из одного состояния в другое, сохранять его до прихода следующего входного сигнала и выдавать выходные сигналы.
Ц.А. считается конечным, если конечны множества входных сигналов х, состояний s и выходных сигналов y.
Ц.А. называют дискретный преобразователь информации способный принимать различные состояния, переходить под воздействием входных сигналов или команд программы из одного состояния в другое и выдавать выходные сигналы.
|
|
|
Математической моделью Ц.А. является абстрактный автомат, определенный 6 компонентами (А,Z,W,δ,λ,a0), где:
− A- множество состояний
− Z- множество входных сигналов
− W- множество выходных сигналов
− б- функция перехода, показывает в какое состояние перейдет автомат при входном сигнале
− λ- функция выходов, которая показывает какой выходной сигнал вырабатывается на выходе автомата под действием сигнала
− a0 - начальное состояние автомата
Для описания Ц.А. используются разнообразные средства называемые языками.Языки делятся на начальные и автоматные.
Наиболее общие при выработки выходных сигналов формирования новых состояний по действием входных сигналов отражается законом функционирования автомата:
S(t)=δ(S(t-1),x(t));
Y(t)=λ(S(t-1),x(t)).
Закон функционирования представляет собой совокупность двух функций: функции перехода и функции выхода,где t-данное автоматное время.
Видно что данное состояние зависит от предыдущего,также выходной сигнал определяет предыдущем состоянием и входным сигналом в данный момент времени.
По способу формирования функции выходов автоматы делятся на автоматы Мили (Mealy) и Мура (Moore).
Отличие автомата Мура от автомата Мили заключается в том, что выходной сигнал в автомате Мура зависит только от текущего состояния автомата и в явном виде не зависит от входного сигнала. В автомате Мили выходные сигналы определяются как состояниями и входными сигналами.
Закон функционирования автомата Мура:
S(t)=δ(S(t-1),x(t));
Y(t)=λ(S(t),x(t)).
Т-триггер (от англ. Toggle - переключатель) часто называют счётным триггером, так как он является простейшим счётчиком до 2.
Асинхронный Т-триггер не имеет входа разрешения счёта - Т и переключается по каждому тактовому импульсу на входе С.
Работа схемы асинхронного двухступенчатого T-триггера с парафазным входом на двух парафазных D-триггерах на восьми логических вентилях2И-НЕ. Слева — входы, справа — выходы. Синий цвет соответствует 0, красный — 1.На рисунке 1.2 представлено Условное графическое обозначение синхронного T-триггера.
|
|
|
Рисунок 1.2-Условное графическое обозначение синхронного T-триггера
Синхронный Т-триггер[17], при единице на входе Т, по каждому такту на входе С изменяет своё логическое состояние на противоположное, и не изменяет выходное состояние при нуле на входе T. Т-триггер можно построить на JK-триггере, на двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере и на двух одноступенчатых D-триггерах и инверторе.
Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединяя входы J и К.
В двухступенчатом (Master-Slave, MS) D-триггере инверсный выход Q соединяется со входом D, а на вход С подаются счётные импульсы. В результате триггер при каждом счётном импульсе запоминает значение Q, то есть будет переключаться в противоположное состояние.
Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена на 2.
Постановка задачи
Согласно заданию спроектировать управляющий цифровой автомат по
заданной содержательной граф-схеме алгоритма. Проанализировать различные варианты построения комбинационной схемы Ц.А. и выбрать наиболее простой.
Для данного варианта построить функциональную схему Ц.А. Дать оценку конструктивной сложности Ц.А. Представить рекомендации по выбору элементной базы для реализации цифрового автомата.
|
|
|
