Синтез керуючих автоматів

Пояснювальна записка до курсового проекту за дисципліною: Прикладна теорія цифрових автоматів на тему: Синтез керуючих автоматів

Реферат

Об'єктом розробки є операційний автомат, що виконує завдані операції, синтез керуючих автоматів Мілі, Мура.

Мета проекту — отримання схеми керуючого автомату, а також виконати порівняльну характеристику автоматів.

В результаті роботи був операційний автомат та синтезовані керуючі автомати Мілі, Мура.

Керуючі автомати розроблено на заданих елементах (4і-ні, 3або-ні та D тригері).

Вступ

Керуючий автомат є однією з двух частин цифрового пристрою. Другою частиною є операційний автомат (ОА).

ОА виконує прийом, обробку, збереження даних і формує результати числення. Функціювання ОА виконується згідно певному алгоритму, причому у кожному такті роботи ОА функціонує під впливом керуючих сигналів. Такі керуючі сигнали формуються в керуючій частині цифрового пристрою т. є. в КА.

Щоб виконати синтез КА необхідно спочатку виконати синтез операційної частини на рівні структурноі схеми та визначити:

а) алгоритм роботи операційної частини;

б) набір керуючих сигналів, необхідних для виконання кожноі мікрокоманди;

в) функціональну мікропрограму роботи пристрою, виконану в графічному вигляді; автомат мур дешифратор пам’ять Функціональна мікропрограма в графічному вигляді має в кожній операторній вершині набір керуючих сигналів-мікрооперацій, необхідних для виконання відповідних мікрокоманд в операційної частині. Графічно представлена функціональна мікропрограма має також назву «Графсхема алгоритмів керування» і служить початковими даними для синтеза відповідного КА.

1. Синтез керуючого автомата Мура

На практиці використовуються дві моделі МПА — автомат Милі й автомат Мура, розходження між якими полягає у способі формування функції виходу. В автоматі Мілі вихідний сигнал залежить від поточного стану і вхідного сигналу, а в автоматі Мура — тільки від попереднього стану. Незалежно від типу МПА, для їхнього синтезу використовується однакова методика, що включає наступні етапи:

1. Оцінка станів автомата на ГСА.

2. Кодування станів КА.

3. Побудова прямої структурної таблиці.

4. Формування системи булевських функцій (СБФ) для вихідних сигналів і функцій збудження елементів пам’яті

5. Синтез схеми в заданому елементному базисі.

1.1 Методика синтезу автомата Мура

На першому етапі початкова і кінцева вершини відзначаються окремим станом а₀. Кожна наступна вершина позначаеться наступнім станом а_і.

А={a₀, a₁,…, a₈} кількість вершин М=9.

Кодування станів:

Кількість регістрів знаходиться по формулі:

R=]log₂M[=4

Побудова таблиці переходів зводиться до формувань по відзначеній ГСА таблиці, що містить стовпці: a_m — вихідний стан; a_s — стан переходу; X (a_m, a_s) — кон’юнкція вхідних змінних, визначальний перехід (a_m, a_s), y(am) — вихідні сигнали; h = 1, H — номер переходу.

При кодуванні станів необхідно прагнути до такого кодування, що зменшує кількість функцій збудження, що приймають одиничне значення, і таким чином зменшується складність схеми КА. В даному прикладі застосовано тривіальне кодування станів автоматів.

Рис. 1.1 Структурна схема автомата Мура.

Структурна схема автомата Мура (див. Рис. 1.1) складається з наступних вузлів:

1. пам’ять — зберігає код стану (Q);

2. дешифратор (ДС) — виконує перетворення коду в унітарний код, вказує на поточний стан.

3. СФВП — схема функцій збудження пам’яті

4. СФВС — схема вихідних сигналів формує вихідні сигнали керуючого автомата Y.

Автомат Мура має свою відмінність — вихідний сигнал Y залежить не від вхідного сигналу Х, а від поточного стану a_s.

Автомат Мура, як і кожний інший автомат, складається з двох частин: комбінаційна схема та пам’ять (тригери).

Для синтезу автомата Мура потрібно позначити кожну операторну вершину через а_і, починаючи з «початок» — а₀ і закінчуючи «кінець» — а₀, так як це зроблено на рис. 1.2

1.2 Формування схеми автомата Мура

Рис. 1.2 Граф схема алгоритму Записуємо до таблиці 1.1 отримані результати: поточний стан (мітка вершини та її код в двійковій системі вираховування), наступний стан (мітка вершини та її код в двійковій системі вираховування), вхідний сигнал Х, вихідний сигнал Y та функції збудження пам’яті заданого тригера (згідно даному варіанту — D тригер).

Табл. 1.1 Таблиця переходів для автомата Мура

Запис формул для системи функції збудження пам’яті

ц=f (a_m, Xh)

ц={D₀, D₁, D₂, D₃}

Запис формул для системи функції вихідних сигналів

y=f (a_m)

y={y₁, y₂, y₃, y₄}

Логічну схему автомата Мура наведено на листі І графічної частини.

2. Синтез керуючого автомату Мілі

2.1 Методика синтезу автомата Мілі

Структурна схема автомата Мілі (рис. 2.1) включає ті ж етапи, що і синтез КА Мура. Відрізняється від схеми автомата Мура тим, що вихідні сигнали У залежать від вхідних Х.

Синтезу автомата Мілі виконується згідно етапам загальної методики, але порядок позначення має особливості:

Правила відмітки станів автомата Мілі на ГСА:

— Станом а₀ автомата Мілі позначається вихід початкової вершині та вхід кінцевої вершини.

— Станом а_і позначається вхід кожної вершини яка є наступною за операторною вершиною (або набором операторних вершин) (рис 2.2)

Таблиця переходів автомата має наступні стовпці: a_m, a_s — вихідний стан і стан переходу.

Х (a_m,a_s) — кон’юнкція вхідних змінних, визначальний перехід (a_m,a_s),

y_h — вихідний сигнал на переході (a_m,a_s).

Для синтезу логічної схеми в заданому базисі необхідно перетворити СБФ за правилами Де-Моргана з урахуванням обмежень елементного базису — числа входів і навантажувальної здатності.

Рис. 2.1 Структурна схема автомата Мілі.

2.2 Формування схеми автомата Мілі

Рис. 2.2 Позначення станів

А={а₀, а₁, а₂, а₃, а₄}

М=5

R=]log₂M[=3

Табл. 2.2Таблиця переходів для автомата Мілі

Запис формул для системи функції збудження пам’яті

ц=f (a_m, Xh)

ц={D₀, D₁, D₂}

Запис формул для системи функції вихідних сигналів

y=f (a_m)

y={y₁, y₂, y₃}

Логічну схему автомата Мілі наведено на листі ІІ графічної частини.

Висновок

У цьому проекті було розроблено операційний автомат, що виконує завдані операції, та синтезовано керуючі автомати Мілі та Мура. Також отримано схеми керуючих автоматів, та виконано порівняльну характеристику автоматів. Керуючі автомати розроблено на заданих елементах (3і-ні, 3або-ні та D тригері).

Література

Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия, 1979. 232с.

Баранов С.И., Баркалов А. А. Микропрограммирование: принципы, методы, применения // Зарубежная радиоэлектроника. 1984, N 5 С. 3 29.

Баранов С.И., Скляров В. А. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой. М.: Радио и связь, 1986. 272с.

Баркалов А.А., Палагин А. В. Синтез микропрограммных устройств управления. Киев: ИК НАН Украины, 2009. 156с.

Баркалов А. А. Синтез устройств управления на программируемых логических устройствах. Донецк: ДонНТУ, 2008. 262с.

Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов. М.: Физматгиз, 1962. 476с.

Грушвицкий Р.И., Мурсаев А. Х., Угрюмов Е. П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2010. 608с.

Жинтелис Г. Б., Карчаускас Э. К., Мачикенас Э. К. Автоматизация проектирования микропрограммируемых структур. Л.: Машиностроение, 1985. 261с.

Кравцов Л.Я., Черницкий Г. И. Проектирование микропрограммных устройств управления. — Л.: Энергия, 1976. 152с.