31. Кодування внутрішніх станів цифрових автоматів. Гонки в автоматах. Методи усунення гонок в автоматах.

 Кодування станів

Необхідно виконати розрахунок і "зробити побудова схеми цифрового автомата - устрою, функціонуючого по деякому алгоритму. На вхід автомата подаються вхідні сигнали x₁…x₅, не вдома формуються сигнали керувати деяким пристроєм y₁…y₇. До складу такого устрою входять елементи пам'яті – тригери. Значення вихідних сигналів устрою залежать тільки від аргументів на вході, а й від попереднього стану автомата, яке фіксується елементами пам'яті.

Схема алгоритму функціонування цифрового автомата показано малюнку 3. По алгоритму устрою з урахуванням внутрішньої структури та можливостей суміщення операцій визначено внутрішні стану. Місце на алгоритмі, де автомат фіксує внутрішній стан, зазначено хрестиком, і проставлено буквене позначення з певним індексом. Вихідний стан автомата – a₆. Внутрішні стану фіксують цифровий автомат як кодовою комбінації стану пам'яті і забезпечують затримку до виконання дій в ЗУ, підготовку й аналіз вхідних сигналів.

Тепер є всі три безлічі величин, необхідні завданняЦА: безліч вхідних сигналів X, вихідних сигналів Y, внутрішніх станів A.

Далі потрібно закодувати (з допомогою коду 8-4-2-1) зазначені внутрішні стану. Тобто, кожному внутрішньому стану присвоюється двоїчний код. Кодування станів представлено в таблиці 1.

Таблиця 1 - Кодування станів цифрового автомата

Стан автомата	>Q 4	>Q 3	>Q 2	>Q 1	>Двоичний код
а0	0	0	0	0	0000
а1	0	0	0	1	0001
а2	0	0	1	0	0010
а3	0	0	1	1	0011
а4	0	1	0	0	0100
а5	0	1	0	1	0101
а6	0	1	1	0	0110
а7	0	1	1	1	0111
а8	1	0	0	0	1000
а9	1	0	0	1	1001
а10	1	0	1	0	1010
а11	1	0	1	1	1011

Для побудови цифрового автомата застосовуватиметься серія мікросхем 561.

ЦейЦА будуватиметься наJK-триггерах561ТВ1. Кількість тригерів для побудови регістру станів одно розрядності кодовою комбінації стану. У цьому автоматі використовується чотиритриггера.Триггери за своєю структурою є динамічними, що є важливою при побудові схем цифрових автоматів. Використання таких тригерів запобігає явище гонок, що може призвести до неправильної роботі автомата.

Для подальших розрахунків знадобиться таблиця переходівтриггера (таблиця 2).

Малюнок 3 - Алгоритм функціонування цифрового автомата

Таблиця 2 - Таблиця переходівJK-триггера

Перехід	>J	K
0 → 0	0	─
0 → 1	1	─
1 → 0	─	1
1 → 1	─	0

Гонки в автоматах Гонки могут возникать в автомате только на максимальных переходах автомата, которые связанны с одновременным переключением двух и более элементов памяти. Причины возникновения гонок в автоматах:

1. Различное время срабатывания триггеров (элементов памяти); – некритические гонки;

2. Разное время формирования функции возбуждения. – критические гонки;

В частичных автоматах, где используются не все коды состояний гонки могут приводить а к появлению промежуточных кодов, соответствующих несуществующим состояниям. ^ Способы устранения гонок:

1. Аппаратные:

а) Импульсная синхронизация; +)многофазная синхронизация б) Использование двухступенчатых элементов памяти; в) Использование триггеров с динамическим управлением по входу синхронизации; Структурные – использование специальных методов кодирования состояния: -Соседнее кодирование  - Кодирование с учетом условий развязки пар переходов ‑­ 1. Импульсная синхронизация 2. Многофазная синхронизация ‑­ Использование двухступенчатых элементов. “+”: Двухступенчатая память устраняет все неудобства (неодновременное поступление входных – выходных сигналов, “гонки”) “-“: Существенные затраты оборудования ‑­ Рассматривая временную диаграмму, введена синхронизация элементов памяти. Считаем, что смена входных сигналов происходит одновременно с подачей синхроимпульса. Задержка формирования функции возбуждения и выходных сигналов одинаковы. T_сн>=max(^max_x/СИ; ^max_П/СИ)+ ^max_/x,П ‑­ Использование триггеров с динамическим управлением по входу синхронизации срабатывает по приходу срабатывает по приходу 0)1) заднего СИ (1переднего СИ (0 (по переднему фронту) (по заднему фронту) Триггера, которые меняют своё состояние, т.е. срабатывают по приходу соответствующего фронта синхроимпульса. Вместе с двухступенчатой памятью, триггера с динамическим управлением обеспечивают устойчивость функционирования при всех неблагоприятных факторах. ‑­

Методи усунення гонок в автоматах Усунути гонки можна апаратними засобами, або використовуючи спеціальні методи кодування .  Одним із способів ліквідації гонок полягає в тестування вхідних сигналів автомата імпульсами певної тривалості, передбачається що окрім вхідних каналів Х₁, …,Х_е автомата застосовується ще канал С від генератора синхросигналів по якому поступає сигнал С=1 у момент переходу імпульсу і С=0 при його відсутностіУ звязк уз чим вхідний сигнал на переході (a_m; a_s) буде не функція Z_f , а функція C_Zf. Тоді Якщо тривалість імпульсу t_c менша найкоротшого шляху переходу тактового сигналу зворотного зв’язку по комбінаційній схемі то до номеру переходу в проміжний стан a_k сигналу C =0, а отже функція C_Zf також дор. 0. недоліком методу є складність встановлення імпульсу оскільки вона залежить від багатьох чинників що не піддаються строгому обліку. Іншим способом ліквідації гонок є використання подвійної пам’яті в цьому випадку кожен елемент пам’яті дублюється причому перезапис з 1-го елемента в 2-й відбувається в момент часу t_c=0. Для усунення гонок використовують кодування. При сусідньому кодування будь які 2-а стани зв’язані дугою на графі автомата кодуються наборами що відмінні станам лише одного елемента пам’яті.