Разработка простейшего цифрового устройства на основе управляющегоавтомата

Лабораторная работа №2

Разработка простейшего цифрового устройства на основе управляющегоавтомата

 

Введение

Большинство цифровых устройств состоит, как правило, из двух частей: операционной части и управляющей части.

Операционная часть выполняет обработку цифровых данных под управлением управляющей части (управляющего автомата).

Существуют два метода построения логики управляющих автоматов:

с жёсткой (фиксированной) логикой,

с хранимой в памяти микропрограммой.

Принцип функционирования автомата с жесткой логикой жёстко задан его схемой. Для внесения даже незначительных изменений в алгоритм необходимо полностью (или почти полностью) пересинтезировать всю схему автомата.

Обобщённая структурная схема УА с жёсткой логикой имеет вид – рис. 1.

Рис. 2. Обобщённая структурная схема УА с жёсткой логикой

где: X – множество входных сигналов автомата,

Y – множество выходных сигналов,

D – сигналы управления памятью,

T – сигналы состояния.

УА состоит из 2-х функциональных блоков:

1. КС – комбинационная схема, формирующая выходные сигналы автомата и сигналы управления памятью.

2. Память автомата – просто набор триггеров (регистр). Кол-во триггеров n определяется количеством k требуемых состояний автомата. k равно ближайшему целому (в большую сторону) числу из значений выражения 2ⁿ. Т.е. n=]log₂k[. Например, если у нас 5 состояний, то мы должны поставить 3 триггера (2³=8>5), а если 8, то 4 (2⁴=16>8).

УА с жёсткой логикой бывают 2-х видов – Мили и Мура.

Микропрограммный автомат, работает под управлением программы, записанной в памяти автомата.

 

Синтез управляющего автомата Мили

Шаг 1. Разметка ГСА

1. Символом Q0 помечаем вход вершины, следующий за начальной и вход конечной вершины

2. Входы всех вершин, следующих за операторными, помечаем символами состояний Q1-Q5.

3. Вход вершины отмечаются одним символом.

 

Схема алгоритма приведена на рисунке:

 

 

Рисунок 4 - Размеченная ГСА автомата Мили

 

 

Как видим наш автомат должен иметь k = 6 состояний (Q0-Q5). Для его построения необходимо n=]log₂6[= 3 элемента памяти. В качестве элемента памяти будем использовать четырехразрядный параллельный регистр.

Шаг 2 Кодирование состояний

Зададим таблицу кодировки состояний

 

Номер состояния	Код состояния
	Т1	Т2	Т3
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5

Шаг 3 Построение полной таблицы переходов автомата Мили

 

 

Исх. сост.

Код исходного состояния

Условия перехода

След. Сост.

Код следующего состояния

Выходные сигналы

T1

T2

T3

X0

X1

D1

D2

D3

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Q0

*

*

Q1

Q1

*

*

Q2

Q2

*

Q4

Q2

*

Q3

Q3

*

Q4

Q4

*

Q0

Q4

*

Q5

Q5

*

Q0

Состояние Q0 необходимо для начальной установки данных D1, D2.

В состоянии Q1 данные записываются в входные регистры.

 

Шаг 1. Разметка ГСА

1. Символом Q0 отмчается начальная и кнечная вершина ГСА.

2. Символами Q1-Q5 отмечаются все операторные вершины ГСА.

3. Каждая опраторная вершина помечается одним символом.

Рамеченная ГСА автомата Мура приведена на рисунке 7.

 

 

Рисунок 7 Размеченная ГСА автоиата Мура

 

Шаг 2. Кодирование состояний и таблица выходов для построения КС2

Для КС2

 

Номер состояния	Код состояния	Значения выходных сигналов Y
	Т1	Т2	Т3	Т4
Q0					-
Q1					-
Q2					Y0
Q3					Y3
Q4					Y2
Q5					Y2,Y3
Q6					Y4
Q7					Y1
Q8					Y1,Y4

 

Лабораторная работа №2

Разработка простейшего цифрового устройства на основе управляющегоавтомата

 

Введение

Большинство цифровых устройств состоит, как правило, из двух частей: операционной части и управляющей части.

Операционная часть выполняет обработку цифровых данных под управлением управляющей части (управляющего автомата).

Существуют два метода построения логики управляющих автоматов:

с жёсткой (фиксированной) логикой,

с хранимой в памяти микропрограммой.

Принцип функционирования автомата с жесткой логикой жёстко задан его схемой. Для внесения даже незначительных изменений в алгоритм необходимо полностью (или почти полностью) пересинтезировать всю схему автомата.

Обобщённая структурная схема УА с жёсткой логикой имеет вид – рис. 1.

Рис. 2. Обобщённая структурная схема УА с жёсткой логикой

где: X – множество входных сигналов автомата,

Y – множество выходных сигналов,

D – сигналы управления памятью,

T – сигналы состояния.

УА состоит из 2-х функциональных блоков:

1. КС – комбинационная схема, формирующая выходные сигналы автомата и сигналы управления памятью.

2. Память автомата – просто набор триггеров (регистр). Кол-во триггеров n определяется количеством k требуемых состояний автомата. k равно ближайшему целому (в большую сторону) числу из значений выражения 2ⁿ. Т.е. n=]log₂k[. Например, если у нас 5 состояний, то мы должны поставить 3 триггера (2³=8>5), а если 8, то 4 (2⁴=16>8).

УА с жёсткой логикой бывают 2-х видов – Мили и Мура.

Микропрограммный автомат, работает под управлением программы, записанной в памяти автомата.