На головну    

 Кодовий замок - Цифрові пристрої

Зміст.

1). Завдання на проектування. -2-

2). Введення. -2-

3). Абстрактний синтез автомата.-5-

4). Структурний синтез автомата. -8-

5). Набір елементів для фізичного синтезу. -8-

6). Література, дата, підпис. -8-

Завдання.

Спроектувати автомат «кодовий замок», що має три інформаційних входу A, B, C, на які подається вхідний сигнал в вісімковому коді, і два виходи Z1, Z2.

Z1- збуджується при подачі, на (A, B, C) входи, заданої послідовності сигналів.

Z2- збуджується при порушенні заданій послідовності сигналів.

В якості елементної бази рекомендується використовувати RS і JK тригери і інтегральні мікросхеми з набором логічних елементів.

Після отримання функціональної схеми слід провести аналіз на можливі хибні комбінації і змагання в автоматі.

Для варіанту № 6 прийняти наступну послідовність вхідних сигналів:

0 - 1 - 5 - 4 - 5

7 - 5 - 7 - 3 - 7

1 - 0 - 4 - 5 - 4

- 4 - 0 - 1 - 0

Введення в проблематику і методику проектування автоматів з пам'яттю

Вузли та пристрої, які містять елементи пам'яті, відносяться до класу автоматів з пам'яттю (АП). Наявність елементів пам'яті (ЕП) надає АП властивість мати деяке внутрішній стан Q, яке визначається сукупністю станів всіх елементів пам'яті. Залежно від внутрішнього стану (далі званого просто станом), АП-різному реагує на один і той же вектор вхідних сигналів X. Сприймаючи вхідні сигнали при певному стані, АП перетворюється на стан і виробляє вектор вихідних змінних Y. Таким чином, для АП QH = f (Q, X) і Y = ? (Q, X), де QHі Q - стану АП після і до подачі вхідних сигналів (індекс "н" від слова "нове").

Переходи АП з одного стану в інший починаються з деякого вихідного стану Q0, завдання якого також є частиною завдання автомата. Наступне стан залежить від Q0і надійшли вхідних сигналів X. У кінцевому рахунку, поточний стан і виходи автомата залежать від початкового стану і всіх векторів X, що надходили на автомат в попередніх змінах вхідних сигналів. Таким чином, вся послідовність вхідних сигналів визначає послідовність станів і вихідних сигналів. Це пояснює назву "последовател'ностние схеми", також застосовується для позначення АП.

Структурно АП відрізняються від КЦ наявністю в їх схемах зворотних зв'язків, внаслідок чого в них проявляються властивості запам'ятовування станів (корисно згадати схеми тригерних елементів, де зазначена особливість проявляється дуже наочно).

Автомати з пам'яттю в канонічному поданні розділяють на дві частини: пам'ять і комбінаційну ланцюг. На входи КЦ подаються вхідні сигнали і сигнали стану АП. На її виході виробляються вихідні сигнали і сигнали перекладу АП в новий стан.

Принциповим є поділ АП на асинхронні і синхронні. В асинхронних (рис. 1, а) роль елементів пам'яті грають елементи затримки, через які сигнали стану передаються на входи КЦ, щоб спільно з новим набором вхідних змінних визначити наступну пару значень Y і Q на виході. Елементи АП перемикаються тут під безпосереднім впливом змін інформаційних сигналів. Швидкість поширення процесу переключень в ланцюгах асинхронного автомата визначається власними затримками елементів.

У синхронному АП (рис. 1, б) є спеціальні синхросигнали (тактирующие імпульси) С, які дозволяють елементам пам'яті прийом даних тільки в певні моменти часу. Елементами пам'яті служать синхронні тригери. Процес обробки інформації впорядковується у часі, і протягом одного такту можливе поширення процесу перемикання тільки в суворо визначених межах тракту обробки інформації.

а)

б)

Рис. 1. Асинхронний (а) і синхронний (б) автомати з пам'яттю

Практичне застосування асинхронних автоматів істотно утруднено сильним впливом на їх роботу затримок сигналів в ланцюгах АП, створюють статичні і динамічні ризики, гонки елементів пам'яті (неодночасність спрацьовування ЕП навіть при одночасній подачі на них вхідних сигналів) та ін. У підсумку характерним властивістю асинхронного автомата є те , що при переході з одного стійкого стану в інший він зазвичай проходить через проміжні нестабільні стану. Не можна сказати, що методи боротьби з небажаними наслідками ризиків і гонок в асинхронних АП відсутні, але все ж забезпечення передбачуваного поведінки АП - складна проблема. У більш-менш складних АП асинхронні схеми зустрічаються дуже рідко, а в найпростіших схемах застосовуються. Прикладом можуть служити асинхронні RS-тригери.

У синхронних автоматах кожне стан стійко та перехідні тимчасові стану не виникають. Концепція боротьби з наслідками ризиків і гонок в синхронних автоматах проста - прийом інформації в елементи пам'яті дозволяється тільки після завершення в схемі перехідних процесів. Це забезпечується параметрами синхроімпульсів, які задають інтервали часу для завершення тих чи інших процесів. У порівнянні з асинхронними, синхронні АП значно простіше в проектуванні.

На сьогоднішній день і досить тривалу перспективу основним шляхом побудови АП слід вважати застосування тактирования, т. Е. Синхронних автоматів.

У роботах вітчизняних і зарубіжних вчених розробляється напрямок, зване проектуванням самосинхронизирующихся пристроїв, в яких тактові імпульси слідують зі змінною частотою, що залежить від тривалості реального перехідного процесу в схемі. Проте перспективність цього напрямку ще не цілком зрозуміла.

У теорії автоматів проводиться їх класифікація за низкою ознак. Не вдаючись у подробиці, відзначимо, що в схемотехніці переважають автомати Мура, виходи яких є функціями тільки стану автомата. Для цього автомата QH = f (Q, X) і Y = ? (Q).

Залежність виходів і від стану автомата і від вектора вхідних змінних властива автоматам Мили.

Деякі функціональні вузли належать до числа автономних автоматів, які не мають інформаційних входів, і під дією тактових сигналів переходять зі стану в стан за алгоритмом, який визначається структурою автомата.

У нашому випадку, для формування послідовності вихідних сигналів Y = {Z1, Z2} при відповідній послідовності вхідних сигналів (A, B, C) i, можна використовувати автомат з жорсткою логікою і законом функціонування автомата Мілі:

Qt + 1 = f (Qt, ABCt);

Yt = ? (Qt, ABCt),

де: Q = {Q1, Q2, Q3, Qn} - безліч станів автомата; t = 0, 1, 2, 3, 4, ...

I. Абстрактний синтез автомата.

1.1)

Інтерфейс автомата (мал. 2).

Алфавіт станів автомата

 D 4

 D 3

 D 2

 D 1

 D 0

 Q 0 0 0 0 0 0

 Q 1 0 0 0 0 1

 Q 2 0 0 0 1 0

 Q 3 0 0 0 1 1

 Q 4 0 0 1 0 0

 Q 5 0 0 1 0 1

 Q 6 0 0 1 1 0

 Q 7 0 0 1 1 1

 Q 8 0 1 0 0 0

 Q 9 0 1 0 0 1

 Q 10 0 1 0 1 0

 Q 11 0 1 0 1 1

 Q 12 0 1 1 0 0

 Q 13 0 1 1 0 1

 Q 14 0 1 1 1 0

 Q 15 0 1 1 1 1

 Q 16 1 0 0 0 0

Відповідно до завдання і алфавітом станів будуємо граф переходів

Відповідно до графом переходів і таблицею станів будуємо таблицю переходів

Q

C

B

A

 (CBA)

 Z 1

 Z 2

 Q н

 D 4

 D 3

 D 2

 D 1

 D 0

 D 4

 D 3

 D 2

 D 1

 D 0

 Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

 Q 1

 Q 0 0 0 0 0 0 1 1 1 7 0 0 0 0 1 0 1

 Q 5

 Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1

 Q 9

 Q 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 1 1 0 1

 Q 13

 Q 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0

 Q 2

 Q 2 0 0 0 1 0 1 0 1 5 0 0 0 0 0 1 1

 Q 3

 Q 3 0 0 0 1 1 1 0 0 4 0 0 0 0 1 0 0

 Q 4

 Q 4 0 0 1 0 0 1 0 1 5

 1 0 0 0 0 0 0

 Q 0 / Z 1

 Q 5 0 0 1 0 1 1 0 1 5 0 0 0 0 1 1 0

 Q 6

 Q 6 0 0 1 1 0 1 1 1 7 0 0 0 0 1 1 1

 Q 7

 Q 7 0 0 1 1 1 0 1 1 3 0 0 0 1 0 0 0

 Q 8

 Q 8 0 1 0 0 0 1 1 1 7

 1 0 0 0 0 0 0

 Q 0 / Z 1

 Q 9 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0

 Q 10

 Q 10 0 1 0 1 0 1 0 0 4 0 0 0 1 0 1 1

 Q 11

 Q 11 0 1 0 1 1 1 0 1 5 0 0 0 1 1 0 0

 Q 12

 Q 12 0 1 1 0 0 1 0 0 4

 1 0 0 0 0 0 0

 Q 0 / Z 1

 Q 13 0 1 1 0 1 1 0 0 4 0 0 0 1 1 1 0

 Q 14

 Q 14 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

 Q 15

 Q 15 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0

 Q 16

 Q 16 1 0 0 0 0 0 0 0 0

 1 0 0 0 0 0 0

 Q 0 / Z 1

Щоб не захаращувати таблицю переходами в стан Q0 / Z2, домовимося, що при всіх інших комбінаціях Q і CBA, що не описаних в таблиці, перехід буде здійснюватися так:

Q

C

B

A

 (CBA)

 Z 1

 Z 2

 Q н

 D 4

 D 3

 D 2

 D 1

 D 0

 D 4

 D 3

 D 2

 D 1

 D 0

 Q xxxxxx всі інші комбінації x 0

 1 0 0 0 0 0

 Q 0 / Z 2

Далі можна було б виводити функції переходів, мінімізувати, спрощувати, знову мінімізувати ... Але є спосіб краще - прошити всі ці функції "як є" в ПЗУ, а в якості елементів пам'яті використовувати паралельний регістр з двоступінчастими D-тригерами. При цьому стан Q і сигнали CBA будуть адресою ПЗУ, а Z1, Z2і Qн- даними, які необхідно записати за цією адресою. У всі ж інші адреси необхідно записати 01 млн.

II. Структурний синтез автомата.

2.1) Використання всіх наборів виключає присутність помилкових комбінацій у функціональній схемі.

2.2) Введення додаткового синхронізуючого дроти в інтерфейс автомата (мал № 2) дозволяє використовувати тактіруемийрегістр з двоступінчатими тригерами, які, в свою чергу, запобігають можливі гонки в автоматі.

2.3) На сторінці № 7 реалізуємо функціональну схему.

Набір елементів для фізичного синтезу.

В якості елементної бази можна використовувати регістри з розрядністю ? 7 і асинхронним скиданням, ПЗУ з розрядністю адрес ? 8 і розрядністю даних ? 7, наприклад, відповідно, 74LS199 і 573РФ2.

Залишається додати, що працездатність автомата була перевірена в системі проектування електронних схем CircuitMaker Pro 6.0

Література.

Е.Угрюмов «Цифрова схемотехніка», BHV 2000.

«12» квітня 2001р. ___ Схема автомата

Ланцюжок R1C1обеспечівает скидання регістра і приведення автомата в початковий стан при включенні пі

© 8ref.com - українські реферати