Лабораторна робота №9

Проектування цифрових автоматів з пам'яттю.

Мета роботи: навчитися проектувати цифрові автомати з пам'яттю. Програмне забезпечення: MAX-plus II.

1. Теоретичні відомості

Вузли і пристрої, які містять елементи пам'яті відносяться до класу автоматів з пам'яттю.

Цифровий автомат - це пристрій, який здійснює приймання, зберігання і перетворення дискретної інформації за деяким алгоритмом.

Абстрактний цифровий автомат A визначається сукупністю п'яти об'єктів {X, S, Y, , ,},

де X = {x_i}, i - множина вхідних сигналів автомата А (вхідний алфавіт автомата А);

S = { s_j}, j - множина станів автомата А (алфавіт станів автомата А);

Y = {y_k}, k - множина вихідних сигналів автомата А (вихідний алфавіт автомата А);

- функція переходів автомата А, яка відображає (XS) → S, тобто ставить у відповідність будь-якій парі елементів добутку множин (XS) елемент множини S;

- функція виходів автомата А, яка задає відображення (XS) → Y або

S → Y.

За способом формування функції виходів розрізняють наступні типи автоматів: автомат Мілі та автомат Мура (рис.9.1).

В абстрактному автоматі Мілі функція виходів задає відображення (X  S) → Y.

Автомат Мілі характеризується системою рівнянь:

Автомат Мура - системою рівнянь:

Процес заміни букв алфавітів X, Y, S цифрового автомата двійковими векторами називається кодуванням і може бути описаний таблицею (табл. 3, табл. 4, табл. 5). В лівій частині таблиці перераховуються всі букви (наприклад вхідного алфавіту), а в правій - двійкові вектори, які ставляться у відповідність цим буквам.

Рис 9.1 – Структурні схеми автоматів з пам’яттю

Таблиця 1 - Таблиця переходів Таблиця 2 - Таблиця виходів

Стан автомата	Вхідні сигнали
	X1	X2
S1	S2	S1
S2	S2	S1
S3	S3	S2

Стан автомата	Вхідні сигнали
	X1	X2
S1	Y1	Y3
S2	Y2	Y4
S3	Y1	Y2

Функція переходів - ; Функція виходів -

Розглянемо кодування букв алфавітів S, X,Y

Таблиця 3. Таблиця 4. Таблиця 5.

Вхідні сигнали	Код вхідних сигналів
X1	0
X2	1

Стан	Код стану
S1	00
S2	01
S3	10

Вихідні сигнали	Код вихідних сигналів
Y1	00
Y2	01
Y3	10
Y4	11

У мові AHDL кінцевий автомат - це змінна. Для її задання в розділі змінних (Variable Section) використовується наступна конструкція:

__machire_name MACHINE OF BITS (__state_bit, __state_bit) WITH STATES (

state_name = state_value,

state_name = state_value,

state_name = s:ate_value):

Вона в загальному випадку визначає:

- ім'я змінної - символічне ім'я автомата (machinename);

- число розрядів пам'яті автомата і символічне ім'я кожного з розрядів (OF BITS (__state bit, __state_bit));

- символічні імена станів автомата та їх коди (WITH STATES (state_name = state_value, state_name = state_value)).

Вказувати число розрядів пам'яті та їх символічні імена, а також коди станів автомата необов'язково. Тому в простому випадку для завдання кінцевого автомата використовується наступна конструкція: machine_name: MACHINE WITH STATES (state_name.__state_name. __state_name);

У рамках мови AHDL кінцевий автомат, а. отже, і змінна, яка його позначає, має три керуючих входи:

- CLK - вхід тактового сигналу (активний - фронт);

- Reset - вхід асинхронного скидання автомата (активний рівень - логічна одиниця);

- ENA - вхід дозволу роботи автомата (активний рівень - логічна одиниця).

Обов'язкове використання тільки входу CLK. Якщо входи Reset і/або ENA не використовуються, то на них автоматично подаються логічні рівні, що не перешкоджають нормальноій роботі автомата.

З таблиць 1-5 отримуємо таблицю 6

Таблиця 6 – Спільна таблиця переходів і виходів(заданих двійковими векторами)

Стан автомата	Вхідні сигнали
	0	1
S1	00/S1	10/S3
S2	01/S2	11/S1
S3	00/S3	01/S2

За таблицею 6 складаємо програму для функціонування цифрового автомати Мілі(рис. 9.2). Його часові діаграми на рис. 9.3

Рис.9.2 – Програма в AHDL для автомату Мілі

Рис.9.3 – Часові діаграми для автомату Мілі