Практическое занятие 1

Практическое занятие №1. Синтез управляющего автомата
1 Теоретические основы синтеза управляющих автоматов
Управляющие автоматы с жесткой логикой строятся на базе логических и запоминающих элементов, которые объединяются в логическую схему, функционирующую в соответствии с заданным законом.
Синтез управляющего автомата осуществляется посредством выполнения следующих этапов:
организация памяти и выделение состояний автомата;
синхронизации автомата;
формирование сигналов возбуждения памяти;
формирование выходных сигналов.
Организация памяти и выделение состояний автомата. Состояние
автомата определяется состоянием его памяти. Память управляющих автоматов строится на триггерах, и состояние памяти характеризуется двоичным
набором q1 , ..., q n , где qi равно 0 или 1, отображающим состояние триггеров
i  1, 2, ..., n . Двоичный набор q1 , ..., qn называется кодом состояния авто-
мата. Обычно для кодирования цифровых автоматов используется двоичный
позиционный код, имеющий наименьшую длину:
n  log 2 N  ,
где N - число состояний автомата;
  - операция округления до ближайшего
большего целого числа.
При включении вычислительного устройства (ВУ) под напряжение
триггеры автомата устанавливаются в произвольные состояния. Для приведения автомата в начальное состояние используется специальный сигнал
начальной установки В, который формируется при подготовке ВУ к работе.
На
Синхронизация автоматов. Управляющий автомат задает порядок
распределения управляющих сигналов y1 ... y N во времени, очередность следования которых однозначно определяется законом функционирования автомата. Управляющие сигналы должны иметь длительность (период следования), достаточную для выполнения соответствующих действий в операционном автомате. Для обеспечения требуемой длительности управляющих
сигналов используется синхронизация работы автомата т.е. синхронизация
моментов переключения элементов памяти по сигналам, формируемым генератором синхронизирующих импульсов.
Формирование сигналов возбуждения и выходных сигналов.
Переключение автомата из состояния ai в состояние a j производится
путем изменения состояний запоминающих элементов, переключаемых сигналами возбуждения.
Пусть в качестве элементов памяти используются триггеры с раздельными входами. Для установки триггера Tk, k = 1, ..., n , в единичное состоя-
ние используется сигнал возбуждения S k и для установки триггера в нулевое
состояние — сигнал Rk . Если состояниям ai и a j присвоены коды ai = 001
и a j = 100 и переход ( ai  a j ) производится по входному сигналу х = 1, то
при х = 1 должен вырабатываться сигнал S2 переключающий триггер старшего разряда Т2 в единичное состояние, и сигнал R0, переключающий триггер младшего разряда Т0 в нулевое состояние. На данном переходе триггер
T1 сохраняет свое состояние. Сигналы возбуждения S2 и R0 отмечены на
рисунке 1. Очевидно, что сигналы S2 и R0 должны вырабатываться, если автомат находился в состоянии ai и входной сигнал х =1т. е. S2 = R0 = ai x .
Поскольку ai = p2 p1 p0 , то S2 = R0 = p2 p1 p0 x . В синхронном автомате
сигналы возбуждения должны вырабатываться только в момент поступления
синхронизирующего сигнала С.
Рисунок 1 – Граф перехода ( ai  a j ) автомата Мили
Выходной сигнал у в данном случае отождествляется с сигналом возбуждения и определяется функцией выхода у = S2 = R0 = p2 p1 p0 x .
Переключение триггеров в запоминающей части автомата Мура
производится аналогично переключению триггеров в автомате Мили. Поскольку выходные сигналы в автомате Мура отождествляются с состояниями автомата и не зависят от входных сигналов, то аргументами функций
выходов являются переменные, соответствующие состояниям запоминающего элемента. В автомате Мура вершины графа (состояния) совпадают с выходными сигналами, поэтому граф перехода будет иметь вид, показанный на
рисунке 2.
Рисунок 2 – Граф перехода ( ai  a j )автомата Мура
2 Синтез управляющего автомата
Пусть алгоритм функционирования управляющего автомата задан схемой алгоритма, представленного на рисунке 3. Необходимо выполнить синтез управляющего автомата в виде автомата Мили и автомата Мура. После
проведения синтеза необходимо сравнить аппаратурные затраты и сделать
выводы.
Рисунок 3 – Схема алгоритма управляющего автомата
При выполнении процедуры синтеза комбинационных схем необходимо предварительно логические функции представить в табличном виде (таблица 1). Для автомата Мура выходной набор и состояния автомата жестко
связаны.
Таблица 1- Структурная таблица автомата Мили
Переходы Исходное Код исх. Следующее Код след Входсостояние состояния состояние
состояния ной
набор
Выходной набор
Сигналы
возбуждения
3 Задание для самостоятельной работы
Для автомата Мили , заданного графом функционирования, изображенным на рисунке 3,а и автомата Мура, изображенного на рисунке 3,б, выполнить синтез комбинационных схем возбуждения памяти и формирования
выходных сигналов
Рисунок 3 – Графы функционирования управляющих автоматов. а- автомат
Мили; б- автомат Мура
Используя базис элементов И, ИЛИ, НЕ и RS- триггеры построить
функциональные схемы, реализующие управляющие автоматы.