Структурная схема автомата

Задача синтеза цифрового автомата

Синтез автомата начинается в 3 этапа:

1 этап: Задается словесное описание алгоритма работы автомата

2 этап: На основе словесного описания алгоритма работы автомата разрабатывается формализованное задание алгоритма работы автомата. Применяются две формы задания алгоритма работы автомата:

1) В виде таблицы переходов и выходов

2) В виде графа работы автомата

3 этап: На основе формализованного задания алгоритма работы автомата с помощью специальной методики осуществляется построение принципиальной схемы автомата. На основании этой методики представляется возможным разработать жесткий алгоритм проектирования принципиальной схемы автомата. Этот алгоритм позволяет создать систему автоматизированного проектирования цифрового автомата.

В курсовом проекте будет осуществлена разработка принципиальной схемы, включая все этапы синтеза после того, как будет задано формализованное представление работы автомата.

Таблица переходов и выходов

На основании анализа словесного описания алгоритма работы автомата установлено:

1) Автомат имеет восемь внутренних состояний. Обозначим эти состояния A₀, A₁, A₂, A₃, A₄, A₅, A₆, A₇.

2) На вход автомата поступает четыре набора входных сигналов. Обозначим эти наборы X₀, X₁, X₂, X_3.

3) На выходе автомата действуют четыре набора выходных сигналов. Обозначим эти наборы Y₀, Y₁, Y₂, Y_3.

4) Если автомат находится в состоянии A₇ и на вход поступает набор сигналов X₀, то автомат перейдет в состояние A₁, а на выходе будет набор Y₃.

5) На основании словесного описания алгоритма работы автомата определено, в какое состояние перейдет автомат из состояния A₇ при поступлении на вход наборов сигналов X₁, X₂, X₃ и определено, какие при этом будут наборы сигналов на выходе. Таким образом была заполнена первая строка таблицы переходов и выходов.

6) Рассмотренная процедура была применена для остальных семи внутренних состояний. В результате была получена таблица переходов и выходов автомата (таблица 2.1)

Таблица 2.1

Граф работы автомата

Для наглядности таблица переходов и выходов может быть представлена в виде графа. На чертеже указываются вершины, изображаемые кружочками, которые соответствуют внутренним состояниям автомата. Стрелками указывается, из какого состояния, в какое переходит автомат. Над стрелкой указывается набор сигналов, под действием которого осуществляется переход и набор сигналов на выходе автомата.

Структурная схема автомата.

Цифровой автомат с памятью состоит из трех узлов:

Рис. 4. 1 JK – триггер

1 узел:Блок элементов памяти.
Элемент памяти имеет два состояния, одно из которых условно называют «0», другое–«1». В качестве элементов памяти обычно используют триггеры.
Триггер–это электронное устройство, которое скачкообразно может переходить из одного состояния в другое. Большое распространение получили JK – триггеры. Это устройство имеет два управляющих входа: J и K, вход синхронизации C и два выхода: Q и .

Если на выходе Q – «0», то триггер находится в состоянии «0», при этом на выходе будет «1». Переключение триггера из одного состояния в другое происходит в момент подачи импульса синхронизации. В этот момент триггер переключается в состояние «0» или в состояние «1» в зависимости от того, какие сигналы действуют на управляющих входах. Внутренние состояния автомата в каждый момент состояния триггеров.

В проектируемом автомате в соответствии с полученной на основании словесного описания алгоритма работы автомата таблицей переходов и выходов содержится восемь внутренних состояний A₀ – A₇. чтобы задать восемь внутренних состояний необходимо иметь три триггера.

2 узел:Представляет собой комбинационное устройство (комбинационную схему) с помощью которого будут формироваться управляющие сигналы на входах элементов памяти. Эти сигналы должны обеспечить переключение триггеров в соответствии с таблицей переходов и выходов (в соответствии с графом работы автомата). Проектируемый автомат имеет четыре набора входных сигналов X₀, X₁, X₂, X₃. Чтобы задать эти четыре набора необходимо иметь две переменных x₁ и x₂. Переключение автомата (переход в новое состояние) зависит от того, какие сигналы поступают на вход автомата и какое внутреннее состояние имеет автомат в данный момент времени.

3 узел:Представляет собой комбинационную схему, с помощью которой формируются выходные сигналы. В проектируемом автомате имеется четыре набора выходных сигналов Y₀, Y₁, Y₂, Y₃. Для представления этих наборов достаточно иметь две логические переменные y₁ и y₂. Выходные сигналы формируются в зависимости от внутреннего состояния автомата, и от того, какие сигналы поступают на вход автомата. Такой автомат называют автоматом Мили. Если выходные сигналы формируются только под действием сигналов с элементов памяти, то автомат называется автоматом Мура. В нем будут отсутствовать цепи, отмеченные на рис. 4.2 звездочкой (*).

Рис. 4. 2 Структурная схема автомата