kurs2 (709075), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В теории автоматов наиболее полно описаны синхронные автоматы. В зависимости от способа определения выходного сигнала в синхронных автоматах существует две возможности:

1) выходной сигнал y(t) однозначно определяется входным сигналом x(t) и состоянием q(t-1) автомата в предшествующий момент;

2) выходной сигнал y(t) однозначно определяется входным сигналом x(t) и состоянием q(t) в данный момент времени. Следовательно, закон функционирования абстрактного автомата может быть задан следующим образом:

для автомата первого рода

q(t)=(q(t-1), х(t)),

y(t)=(q(t-1), x(t), t=1, 2…);

для автомата второго рода

q(t)=(q(y-1), x(t)),

y(t)=(q(t), x(t)), t=1,2...).

Для каждого автомата S второго рода существует эквивалентный ему абстрактный автомат R первого рода, функция выходов которого получается в результате подстановки функции переходов автомата S в его сдвинутую функцию выходов:

₁(q, x)=((q, х), x).

Для дальнейшего изложения примем, что произвольные автоматы первого рода будут называться автоматами Мили, а частный случай автоматов второго рода, для которых сдвинутая функция выходов (q, х) не зависит от второй переменной х — автоматами Мура.

Закон функционирования автоматов Мура задается в виде:

q(t)=(q-1), x(t)),

y(t)=(q(t)).

В отличие от автомата Мили, выходной сигнал в автомате Мура зависит только от текущего состояния автомата и в явном виде не зависит от входного сигнала.

Совмещенная модель автомата (C-автомат). Абстрактный C-автомат — математическая модель дискретного устройства, для которого заданы следующие параметры:

Q={q₁ ... q_s} — множество состояний;

X={x₁(t) ... x_n(t)} — входной алфавит;

Y={y₁(t) ... y_k(t)} — выходной алфавит типа 1;

U={u₁(t) ... u_m(t)} — выходной алфавит типа 2;

:QXQ — функция переходов, реализующая отображение D_  QX в Q,

_l:QXY — функция выходов, реализующая отображение D_1  QX на У;

₂:QU — функция выходов, реализующая отображение D_2  Q на U,

q₀Q — начальное состояние автомата.

Р
ис. 2. Совмещённая модель автомата с одним входом и двумя выходами.

Абстрактный C-автомат можно представить в виде устройства с одним входом, на который поступают сигналы из входного алфавита X, и двумя выходами, на которых появляются сигналы из выходных алфавитов Y и U (рис. 2).

Отличие C-автомата от моделей Мили и Мура состоит в том, что он одновременно реализует две функции выходов ₁ и ₂, каждая из которых характерна для этих моделей в отдельности.

Примером ЦА могут служить многосчётчиковые бухгалтерские автоматы "Аската".

Автомат "Аската" относится к группе машин двухпериодного действия, — за первый период осуществляется набор цифр на клавиатуре, за второй — печать цифровых данных на бумаге и подсчёт чисел в счётчиках машины.

Технические характеристики и эксплуатационные данные автоматов: количество счётчиков, в зависимости от моделей — от 3 до 55, три из них — сальдирующие для сложения и сальдирования итогов и 52 — накапливающие счётчики (регистры), выполняющие вычитание до нуля. Отрицательное содержание этих счётчиков может быть записано дополнительным кодом. Все счетчики автомата имеют ёмкость 12-разрядного десятеричного арифметического числа. Максимальная ёмкость вводного устройства (цифровая клавиатура и наборная каретка) равна 10-разрядному числу. Программирование и управление автоматом осуществляется при помощи сменной шины управления, закреплённой на подвижной части каретки.

Итак, проанализировав вышеизложенную информацию можно определить возможную сферу применения проектируемого устройства: оно может быть использовано для формирования управляющих слов при исследовании какого-либо синхронного цифрового автомата, например на учебных лабораторных стендах, во-вторых, не исключена возможность применения данного устройства в системах автоматического управления технологическими процессами, где сигналы, снимаемые с выходной шины могут подаваться на различные механизмы и устройства, либо на входы ЦАП. Применение устройства в данной сфере удобно тем, что для начала процесса необходимо лишь запустить счётчик, а остальные операции будут производиться автоматически.

Кроме того, это устройство является наглядным примером возможностей использования автоматики и вычислительной техники в народном хозяйстве.

1. Специальная часть.

3. 1. Определение задачи.

Из задания на курсовое проектирование определим суть задачи: для некоторого синхронного цифрового автомата необходимо спроектировать устройство управления на основе жёсткой логики, которое в соответствии с заданными кодами микрокоманд формирует на выходной десятиразрядной шине управляющую последовательность цифровых сигналов.

3. 2. Разработка структурной схемы проектируемого устройства.

Первым шагом проектирования устройства является разработка структурной схемы.

Цифровой автомат является синхронным цифровым устройством, сохраняющим своё значение в каждом такте. Следовательно, для запоминания состояния цифрового автомата в устройстве управления должно быть предусмотрено наличие запоминающих элементов — триггеров. Для формирования управляющих сигналов, которые выставляются на выходной шине устройства, в соответствие с кодом микрокоманды в состав УУ должна входить комбинационная логическая схема — шифратор.

Для обеспечения УУ автоматического последовательного переключения в 4 различные состояния, необходима схема, обеспечивающая формирование сигналов обратной связи, переводящие УУ в следующее состояние.

И
сходя из определённых выше требований, структура УУ может выглядеть так:

3. 3. Разработка функциональной схемы устройства.

После определения структуры УУ и функций каждым элемента имеются все необходимые данные для разработки функциональной схемы устройства.

Из задания ясно, что УУ должно на выходной шине формировать управляющие последовательности кодов в соответствие с кодами микрокоманд. Следовательно, для разработки функциональной схемы необходимо определить коды микрокоманд и управляющих последовательностей по заданным преподавателем формулам.

Коды микрокоманд определяются по формулам:

N_mk1=N_ж+20

N_mk2= N_mk1+2

N_mk3= N_mk2+2

N_mk4= N_mk3+2,

где N_ж — номер студента по списку в журнале, N_mk1, N_mk2, N_mk3, N_mk4 — коды 4-х микрокоманд.

Итак, рассчитываем коды микрокоманд, исходя из того, что N_ж=21:

N_mk1=21+20=41D=101001B,

N_mk2= 41+2=43D=101011B,

N_mk3= 43+2=45D=101101B,

N_mk4= 45+2=47D=101111B.

Состояния УУ фиксируются и сохраняются в параллельном 6-разрядном регистре, построенном на синхронных JK-триггерах, где вход J переводит триггер в состояние (Q=1,Q=0), а вход K — в состояние (Q=0,Q=1). Запись информации в триггер происходит при наличии сигналов либо на входе J, либо на входе К триггера и лишь только в момент действия тактирующего импульса С (C=1). Также в триггерах имеются инверсные асинхронные входыS иR, которые используются при начальной установке триггеров в исходное состояние L1 (S=0), либо L0 (R=0). Поскольку входыR иS инверсные, то их срабатывание происходит в момент наличия на них сигнала, имеющего уровень L0. Так как эти входы асинхронны, то они позволяют устанавливать триггер в исходное состояние в любой момент времени, независимо от уровня тактового импульса C.

Сигналы обратной связи, определяющие следующее состояние регистра, формируются с помощью дешифраторов состояния регистра (ДС). Они выполняются на логических элементах И, причём единичный сигнал на выходе каждого ДС формируется в ответ на некоторую единственную входную комбинацию.

Начальное состояние регистра определяется кодом первой МК и фиксируется в регистре путем установки в состояние единицы соответствующих коду разрядов регистра. Установка производится сигналами логического нуля (L0) по асинхронным входам S. При этом на выходе дешифратора состояния регистра ДС1 формируется сигнал обратной связи, переводящий регистр в следующее заданное состояние, соответствующее коду микрокоманды N_mk2. В следующее состояние регистр переводится с подачей синхроимпульса. После этого формируется сигнал обратной связи уже на выходе дешифратора ДС2 и в регистр помещается код микрокоманды N_mk3 и т. д. Сигналом ДС4 регистр сбрасывается в состояние L0 по установочным входам R через инвертор, выполняющий также роль элемента задержки.

Шифратор представляет собой комбинационное устройство с шестью входами и десятью выходами, который преобразует коды состояния реги­стра в коды выходных управляющих сигналов.

Синхронизирующее устройство состоит из задающего генератора тактовой частоты ЗГ и ключа , обеспечивающего прохождение синхроимпульсов на регистр лишь после установки кода N_mk1. Ключевая схема состоит из асинхронного вспомогательного RS-триггера Т7 и элемента И. Триггер Т7 устанавливается в состояние L1 после подачи сигнала с ДС1 и отпирает ключ, выполненный на элементе И — сигналы с ЗГ поступают на тактовые входы регистра. Сигналом с ДС4 триггер сбрасывается в состояние L0 и запирает ключ на элементе И, после чего прохождение СИ на тактовые входы регистра прерывается.

Как было определено выше, код первой микрокоманды N_mk1=101001B. Следовательно, начальное состояние устанавливается подачей сигнала нулевого уровня на S-входы триггеров Т1, Т4, Т6 (S1, S4, S6).

Н
а входы дешифратора состояния регистра подаются сигналы прямых либо инверсных выходов триггеров, в зависимости от того, на каком из них в данный момент имеется уровень L0. Соответственно кодам состояния УУ, дешифраторы реализуют следующие функции:

Составим таблицу переходов:

Из записи двоичных кодов состояний 41 и 43, видно, что для перехода из состояния 41 в состояние 43 необходимо триггер второго разряда Т2 перевести в состояние L1 по входу J2. Сигналы обратной связи для остальных переходов определяются аналогичным образом. Следует отметить, что если на один из входов сигнал поступает несколько раз, то на этот вход ставится элемент ИЛИ с соответствующим количеством входов.

Характеристики

Список файлов реферата