Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Синтез синхронного и асинхронного автомата

Синтез синхронного и асинхронного автомата

Структурно–функциональное описание счетчика. Построение функциональной схемы синхронного автомата для 4-разрядного счетчика. Кодирование состояний автомата по критерию надежности функционирования. Логическое моделирование схемы функционального теста.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 14.07.2012
Размер файла 105,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Секретный замок - цифровой автомат, который управляет открыванием двери или включает сигналы тревоги.

Автомат должен выполнять следующие функции:

состояние S0 замок закрыт, сигнал тревоги не звучит, замок ждет начала открывающей последовательности;

если подана некоторая начальная часть открывающей последовательности, то замок не открывается, сигнал тревоги не звучит, замок ждет продолжения открывающей последовательности;

если подана вся открывающая последовательность, то замок открывается, сигнал тревоги не звучит, в этом состоянии автомат остается, пока не нажмем какую-либо из кнопок;

если замок открыт, то нажатием любой кнопки замок закрывается, автомат переходит в начальное состояние;

если замок закрыт и очередной набор на входе автомата не соответствует ожидаемому в открывающей последовательности, то автомат формирует сигнал тревоги;

если звучит сигнал тревоги и набирается очередной набор последовательности сброса тревоги, то сигнал тревоги продолжает звучать, дверь закрыта, но автомат ждет продолжения набора последовательности сброса тревоги;

если подана вся последовательность сброса тревоги, то автомат переходит в начальное состояние S0.

Счетчик - основа структурных схем большинства существующих дискретных устройств. Счетчик - последовательностная схема, предназначенная для выполнения микроопераций счета и хранения слов.

Структурно-функциональное описание счетчика:

Zn Z2 Z1

X1 X2

Символами Z1 - Zn обозначены внутренние переменные автомата, символами X1, X2 - управляющие переменные, которые инициируют выполнение соответствующей микрооперации.

Количество разрядов счетчика определяется модулем счета. Счетчики делятся на счетчики с естественным и с произвольным порядком счета. В свою очередь, счетчики с естественным порядком счета могут быть суммирующими и вычитающими.

1. Постановка задачи

Построить функциональную схему синхронного автомата (СА) для 4-разрядного счетчика. Комбинационную схему реализовать на базисе элемента И-НЕ и память с помощью триггера JK. Счетчик имеет следующие микрооперации представленные в таблице 1.

Таблица 1

x

Микрооперация

0

Прием кода a4 a3 a2 a1

1

Счет в последовательности 0000-0001-0011-0111-0110-0100-1100-1110-1111-1101-1001-1011-1010-0010-1000-0101

На функциональном тесте построить логическое моделирование, проверяющее все режимы работы счетчика.

Построить функциональную схему асинхронного автомата «Секретный замок» по заданным ключевым последовательностям (таблица 2). Кодирование состояний автомата выполнить по критерию надежности функционирования.

Таблица 2

№ вар.

Система счисления

открывающая последовательность

последовательность снятия тревоги

Серия микросхем

11

Десятичная

4

6

2

1

5

1

531

Двоичная

100

110

010

001

101

001

Реализовать схему с помощью логических элементов И-НЕ, предусмотреть установку схемы в начальное состояние S0

2. Синтез синхронного автомата

Таблица 3. Алгоритм работы JK триггера

J

K

Q(t)

Q (t+1)

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

2.1 Таблица переходов и выходов

Таблица 4

x

Z1t

Z2t

Z3t

Z4t

Z1t+1

Z2t+1

Z3t+1

Z4t+1

J1

K1

J2

K2

J3

K3

J4

K4

0

0

0

0

0

A1

A2

A3

A4

A

X

A

X

A

X

A

X

0

0

0

1

A1

A2

A3

A4

A

X

A

X

A

X

X

! A4

0

0

1

0

A1

A2

A3

A4

A

X

A

X

X

! A3

A

X

0

0

1

1

A1

A2

A3

A4

A

X

A

X

X

! A3

X

! A4

0

1

0

0

A1

A2

A3

A4

A

X

X

! A2

A

X

A

X

0

1

0

1

A1

A2

A3

A4

A

X

X

! A2

A

X

X

! A4

0

1

1

0

A1

A2

A3

A4

A

X

X

! A2

X

! A3

A

X

0

1

1

1

A1

A2

A3

A4

A

X

X

! A2

X

! A3

X

! A4

1

0

0

0

A1

A2

A3

A4

X

! A1

A

X

A

X

A

X

1

0

0

1

A1

A2

A3

A4

X

! A1

A

X

A

X

X

! A4

1

0

1

0

A1

A2

A3

A4

X

! A1

A

X

X

! A3

A

X

1

0

1

1

A1

A2

A3

A4

X

! A1

A

X

X

! A3

X

! A4

1

1

0

0

A1

A2

A3

A4

X

! A1

X

! A2

A

X

A

X

1

1

0

1

A1

A2

A3

A4

X

! A1

X

! A2

A

X

X

! A4

1

1

1

0

A1

A2

A3

A4

X

! A1

X

! A2

X

! A3

A

X

1

1

1

1

A1

A2

A3

A4

X

! A1

X

! A2

X

! A3

X

! A4

0

0

0

0

0

0

0

1

0

X

0

X

0

X

1

X

0

0

0

1

0

0

1

1

0

X

0

X

1

X

X

0

0

0

1

1

0

1

1

1

0

X

1

X

X

0

X

0

0

1

1

1

0

1

1

0

0

X

X

0

X

0

X

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

X

X

0

X

1

0

X

0

1

0

0

1

1

0

0

1

X

X

0

0

X

0

X

1

1

0

0

1

1

1

0

X

0

X

0

1

X

0

X

1

1

1

0

1

1

1

1

X

0

X

0

X

0

1

X

1

1

1

1

1

1

0

1

X

0

X

0

X

1

X

0

1

1

0

1

1

0

0

1

X

0

X

1

0

X

X

0

1

0

0

1

1

0

1

1

X

0

0

X

1

X

X

0

1

0

1

1

1

0

1

0

X

0

0

X

X

0

X

1

1

0

1

0

0

0

1

0

X

1

0

X

X

0

0

X

0

0

1

0

1

0

0

0

1

X

0

X

X

1

0

X

1

0

0

0

0

1

0

1

X

1

1

X

0

X

1

X

0

1

0

1

0

0

0

0

0

X

X

1

0

X

X

1

Составим матрицы представления функций JK триггера:

A1

X

X

A1

A1

X

X

A1

A1

X

X

A1

A1

X

X

A1

X

X

X

X

X

X

*

X

X

*

X

! A1

! A1

X

X

! A1

! A1

X

X

! A1

! A1

X

X

! A1

! A1

X

X

X

X

X

X

*

X

X

*

X

A2

A2

X

X

X

X

A2

A2

A2

A2

X

X

X

X

A2

A2

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

X

! A2

! A2

! A2

! A2

X

X

X

X

! A2

! A2

! A2

! A2

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

X

A3

A3

A3

A3

X

X

X

X

A3

A3

A3

A3

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

*

X

X

X

X

X

X

X

X

! A3

! A3

! A3

! A3

X

X

X

X

! A3

! A3

! A3

! A3

X

X

X

X

*

X

X

X

X

*

*

A4

A4

A4

A4

A4

A4

A4

A4

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

*

X

X

X

X

X

X

X

X

! A4

! A4

! A4

! A4

! A4

! A4

! A4

! A4

*

*

*

X

X

X

X

X

X

X

X

2.2 Составим систему уравнений

2.3 Функциональная схема и расчет ее характеристик

Технические характеристики микросхем серии 531:

Для реализации функциональной схемы асинхронного автомата могут быть использованы следующие микросхемы серии 155:

КР531ЛА1 -16 шт.;

КР531ТВ11 - 4 шт.;

КР531ЛА4 - 2 шт.;

Тип микросхемы

Функциональное назначение

Icр, мА

T0-1 max, нс

T1-0 max, нс

КР531ЛА1

2 элемента 4 И-НЕ

18

20

КР531ЛА4

3 элемента 3 И-НЕ

27

15

КР531ТВ11

2 JK триггера

50

15

Напряжение питания

Up = 5 В + 0,05%.

Так как самый длинный путь сигнала от входа к выходу составляет 4 логических элементов, то время, которое потребуется сигналу для прохождения этого пути (максимальное время срабатывания схемы) будет равно:

tmax=18+18+7+7=50 нс.

I=16*18+2*27+4*50=534 mA

P=U*I=5*434=2,670 Вт

счетчик автомат кодирование надежность

2.4 Логическое моделирование схемы на наборах функционального теста

Логическое моделирование показывает, что схема работает правильно, т.к. полученные на тестовых наборах значения выходов совпали со значениями в таблице.

Таблица 5. Таблица возбуждения JK триггера

J

K

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

x

A1

A2

A3

A4

Z1

Z2

Z3

Z4

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

0

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

V8

V9

V10

V11

V12

V13

V14

V15

V16

V17

V18

V19

V20

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

V21

V22

V23

V24

V25

V26

V27

V28

V29

V30

V31

V32

V33

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

V34

V35

V36

V37

V38

V39

V40

V41

V42

V43

V44

V45

V46

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

V47

V48

V49

V50

V51

V52

V53

V54

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

3. Синтез асинхронного автомата

3.1 Примитивная таблица переходов и выходов

Модель Хаффмана

Эта модель строиться на основании трех положений:

1) Комбинационная логика свободна от помех;

2) Значение переменных двух последовательных входных набора должны только различаться в одной переменной (только соседние наборы);

3) Переход из одного устойчивого состояния в другой осуществляется через неустойчивые за конечное время.

Для описания алгоритма работы автомата используется примитивная таблица переходов и выходов (ПТПиВ).

ПТПиВ содержит столько строк сколько возможных комбинаций входных сигналов.

В каждом столбце ПТПиВ должно быть только одно устойчивое состояние, то которое соответствует рассматриваемому состоянию.

Недостатком ПТПиВ является большое число состояний, избыточность, потребность в минимизации. ПТПиВ строится для частичного автомата.

Примитивная таблица переходов и выходов.

Примитивной называется таблица переходов и выходов, в которой в каждом столбце Si имеется только одно устойчивое состояние Si. В этой таблице используются только непосредственные переходы из неустойчивого состояния в устойчивое, т.е. длина цепочки перехода равна единице. Примитивная таблица используется при начальном описании алгоритма работы автомата.

3.2 Минимизация числа состояний

Состояния Si и Sj называются совместимыми, если при любой допустимой последовательности входных сигналов соответствуют выходные сигналы, полученные из Si и из Sj, могут быть доопределены до одинаковых.

Отношение совместимости не обладает свойством транзитивности.

Минимизированная ПТПиВ для секретного замка изображена на рисунке

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

0

0

1

1

0

0

0

1

1

4

1

1

0

0

0

0

0

1

5

0

0

0

0

0

0

1

6

1

1

1

1

1

1

7

1

1

1

1

1

8

1

1

1

1

9

1

1

1

10

1

1

11

1

12

После этапа минимизации получаем автомат с семью состояниями, для которого минимизированная таблица переходов и выходов имеет вид:

Полученная таблица переходов.

S0

S1

S3

S4

S5

S9

S0

S4

S0

S4

S0

S4

S4

X

X

S4

S5

S4

X

X

X

S4

S4

S4

S4

S3

S3

S4

X

X

X

S1

X

S4

X

S4

X

S9

X

S9

S9

S9

X

S9

X

S5

S5

S9

S1

S1

X

S9

S9

S9

00

00

10

01

01

01

Для наглядного представления построим граф связей автомата, в котором рёбрами указываем, есть ли переход между состояниями или нет:

3.3 Соседнее кодирование

Для данного варианта один из возможных способов соседнего кодирования можно отобразить следующим образом:

S4

S5

Sд

S0

S9

X

S3

S1

S5-S0>S5-Sд-S0

S3-S0>S3-Sд-S0

S1-S4>S1-S9-S4

S5-S9>S5-S4-S9

Кодирования состояний

S

Z1

Z2

Z3

S0

0

1

0

S1

0

1

1

S3

1

1

1

S4

0

0

0

S5

1

0

0

S9

0

0

1

Sд

1

1

0

После кодирования получена таблица.

Таблица переходов и выходов секретного замка

S4

Sд

S0

S0

S9

Sд

X

S4

S4

S5

X

S4

X

X

X

S4

S4

S4

X

X

X

X

X

S4

S4

X

X

S4

S3

S3

X

X

S4

X

X

X

S1

X

X

S4

S9

S4

X

X

S9

X

X

S9

S5

S5

X

X

S9

X

X

S9

S9

S4

X

S1

S1

X

X

S9

01

01

00

00

00

10

XX

01

Кодированная матрица состояний

S4

S5

Sд

S0

S1

S3

S9

000

110

010

010

001

110

X

000

000

100

X

000

X

X

X

000

000

000

X

X

X

X

X

000

000

X

X

000

111

111

X

X

000

X

X

X

X

X

X

000

001

000

X

X

X

X

X

001

100

100

X

X

X

X

X

001

001

000

X

011

X

X

X

001

Матрица представления функций z1, z2, z3 имеет вид:

*

*

X

*

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

X

X

*

*

*

*

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

*

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

X

X

*

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

*

*

X

X

X

X

X

*

X

X

*

X

X

*

X

X

*

X

X

*

X

X

*

*

X

*

*

X

X

*

Определим выходные функции Y1, Y2

*

*

*

X

X

*

Функциональная схема и расчёт её характеристик

Технические характеристики микросхем серии 531:

Для реализации функциональной схемы асинхронного автомата могут быть использованы следующие микросхемы серии 155:

КР531ЛА1 - 8 шт.;

КР531ЛА2 - 1 шт.;

КР531ЛР9 - 3 шт.;

Тип микросхемы

Функциональное назначение

Icр, мА

T0-1 max, нс

T1-0 max, нс

КР531ЛА1

2 элемента 4 И-НЕ

18мА

20

КР531ЛА2

1 элемент 8 И-НЕ

27 мА

15

КР531ЛР9

1 элемент 2 И-НЕ

16

5,5

Напряжение питания

Up = 5 В + 0,05%.

Так как самый длинный путь сигнала от входа к выходу составляет 4 логических элементов, то время, которое потребуется сигналу для прохождения этого пути (максимальное время срабатывания схемы) будет равно:

tmax=2*20+2*5,5=70 нс.

I=8*18+3*16+27=219 mA

P=U*I=5*219=1,095 Вт

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были разработаны два вида автомата: синхронный и асинхронный.

1) Разработанный синхронный автомат - счетчик, выполняет две микрооперации: сброс кода и Счет в последовательности 0000-0001-0011-0111-0110-0100-1100-1110-1111-1101-1001-1011-1010-0010-1000-0101.

Автомат был реализован на основе элементной базы И-НЕ. За память отвечает двухступенчатые JK-триггеры.

Для проверки правильности работы автомата было проведено логическое моделирование.

Характеристики схемы были рассчитаны на основе микросхем серии КР555.

2) Разработанный асинхронный автомат - «секретный замок» выполняет следующие функции, такие как: установка в начальное состояние, открывающая последовательность, открытие двери, снятие тревоги, тревога, закрытие двери.

Автомат реализован на основе элементной базы И-НЕ. Установка в начальное состояние реализована на элементах И и ИЛИ. Память реализована линиями обратной связи по внутренним переменным, что делает автомат более быстрым.

Для проверки правильности работы автомата было проведено временное моделирование.

Характеристики схемы также рассчитаны на основе микросхем серии КР531.

Библиографический список

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Прикладная теория цифровых автоматов» для студентов дневной формы обучения направления 6.0501 - «Компьютерная инженерия» / Сост. Шалимова Е.М., Новоселов В.Г. - Севастополь: СевНТУ, 2010. - 20 с.

2. Новоселов В.Г. Прикладная теория цифровых автоматов. Ч. 3-4. Синхронные и асинхронные цифровые автоматы с памятью. Учебное пособие. - К: ИСИО, 1993. - 144 с.

3. Антик М.И. Синхронные цифровые автоматы. Учебное пособие. - Москва: МГТУ, 2006. - 99 с.

4. Шило В.Л. Популярные микросхемы ТТЛ. Серии КР1533 КР1531 К531 К555 К155. Справочник. - Москва: «Аргус», 1993. - 63 с.

5. Новоселов В.Г. Прикладная теория цифровых автоматов. Ч. 2. Диагностика схем. Учебное пособие. - Севастополь: СевГТУ, 1998. - 77 с.

6. Новоселов В.Г, Прикладная теория цифровых автоматов с вариантами схем индивидуальных заданий. Ч. 1. Проектирование комбинационных схем. Учебное пособие. - Киев: УМК ВО, 1993. - 73 с.

7. Б.В. Цыбаков, Системы автоматизации и управления. Методические указания. - Москва: АГТУ, 2002 г. - 67 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Разработка функциональной схемы конечного автомата

    Алгоритм работы автомата Мили в табличном виде. Графический способ задания автомата. Синтез автомата Мили на Т-триггерах. Кодирование состояний автомата. Таблицы кодирования входных и выходных сигналов. Таблица переходов и выходов абстрактного автомата.

    курсовая работа [24,7 K], добавлен 01.04.2010

  • Синтез цифрового автомата

    Расчет схемы цифрового автомата, функционирующего в соответствии с заданным алгоритмом. Кодирование состояний. Составление таблицы функционирования комбинационного узла автомата. Запись логических выражений. Описание выбранного дешифратора и триггера.

    курсовая работа [423,4 K], добавлен 18.04.2011

  • Синтез цифрового автомата с "жесткой логикой"

    Исследование структурной схемы цифрового автомата и операционного устройства. Алгоритм функционирования цифрового автомата в микрооперациях. Кодирование его состояний. Характеристика функций возбуждения триггеров и формирования управляющих сигналов.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 06.12.2013

  • Реализация синхронного автомата на интегральных микросхемах

    Проектирование синхронного счетчика с четырьмя выходами, циклически изменяющего свои состояния. Решение задач логического синтеза узлов и блоков цифровых ЭВМ. Разработка структурной, функциональной и электрической принципиальной схем заданного устройства.

    контрольная работа [500,9 K], добавлен 19.01.2014

  • Разработка структуры операционной части автомата

    Процесс разработки функциональной схемы автомата Мура для операции деления без восстановления остатка. Кодировка состояний переходов, системы логических функций, сигналов возбуждения, их минимизация. Построение функциональной схемы управляющего автомата.

    курсовая работа [868,4 K], добавлен 07.04.2012

  • Синтез многофункционального конечного автомата

    Составление структурной схемы автомата. Выбор элементной базы. Функциональная схема автомата. Задающий генератор и делитель частоты. Преобразователь параллельного кода в последовательный. Формирователь стартовых импульсов. Кодирование и минимизация.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 07.02.2013

  • Синтез цифрового конечного автомата Мура

    Выполнение синтеза цифрового автомата Мура, осуществляющего отображение информации, приведение алфавитного отображения к автоматному. Построение формализованного описания автомата, минимизация числа внутренних состояний. Функциональная схема автомата.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 04.02.2013

  • Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего автомата

    Разработка функциональной и принципиальной схем управляющего устройства в виде цифрового автомата. Синтез синхронного счётчика. Минимизация функций входов для триггеров с помощью карт Карно. Синтез дешифратора и тактового генератора, функции выхода.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.01.2011

  • Синтез дискретных устройств

    Разработка дискретного устройства, состоящего из генератора прямоугольных импульсов высокой частоты (100 кГц), счетчика импульсов, дешифратора, мультиплексора и регистра сдвига. Синтез синхронного конечного автомата, у которого используются D-триггеры.

    курсовая работа [198,8 K], добавлен 08.02.2013

  • Автомат цифровой

    Структурная схема и синтез цифрового автомата. Построение алгоритма, графа и таблицы его функционирования в микрокомандах. Кодирование состояний автомата. Функции возбуждения триггеров и формирования управляющих сигналов. Схема управляющего устройства.

    курсовая работа [789,4 K], добавлен 25.11.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены