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

At	Xt Yt
X0	X1	X2	X3
A5	A1, Y3	A0, Y0	A5, Y2	A2, Y1
A6	A2, Y2	A7, Y1	A4, Y1	A4, Y2
A4	A3, Y1	A6, Y2	A3, Y0	A6, Y3
A3	A4, Y0	A5, Y3	A2, Y3	A0, Y0
A2	A5, Y1	A6, Y3	A1, Y0	A1, Y3
A1	A6, Y2	A4, Y2	A0, Y1	A3, Y2
A0	A7, Y3	A3, Y1	A6, Y2	A5, Y1
A7	A0, Y3	A1, Y0	A7, Y3	A7, Y0

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 (*).