Завдання лабораторної роботи 11.

Побудувати схему електричну функціональну та схему електричну принципову керуючого автомата Мілі для управління реалізацією заданих функцій (Додаток А) спроектованим в лабораторній роботі 9 арифметико-логічним пристроєм.

Особливі вимоги до виконання завдань лабораторної роботи.

------

Порядок виконання завдання.

1. Ознайомитись з теоретичними відомостями та завданням.

2. Визначити мінімально-необхідну кількість тригерів для побудови автомата Мілі відповідно до вимог поставленого завдання.

3. Розробити спосіб кодування станів автомата Мілі.

4. Скласти структурну таблиця автомата Мілі.

5. Провести доповнення отриманої структурної таблиці автомата Мілі.

6. Мінімізувати функції керуючих сигналів та сигналів керування роботою тригерів (функцій збудження тригерів).

7. Розробити схему електричну функціональну автомата Мілі.

8. На базі стандартних елементів мікросхем ТТЛ і ТТЛШ або КМОП логіки розробити схему електричну принципову автомата Мілі.

9. Скласти перелік елементів, необхідних для реалізації розробленої схеми.

10. Отримати у викладача допуск до реалізації розробленої схеми на навчальному монтажному стенді.

11. Зібрати та налагодити спроектований пристрій згідно розробленої схеми.

12. Впевнитися в правильності функціонування спроектованого пристрою.

Лабораторна робота №12

Тема:. Проектування керуючого автомата з жорсткою логікою як автомата Мура

Мета: Отримати навички визначення принципів функціонування, підготовки необхідних вихідних даних та розробки схем електричних керуючого автомата з жорсткою логікою як автомата Мура.

Теоретичні відомості

Керуючі автомати Мура, як і розглянуті в попередніх роботах керуючі автомати Мілі, є типовими представниками керуючих автоматів з жорсткою логікою, тому в методиках їх побудови дуже багато спільного.

В той же час, керуючі автомати Мура позбавлені основного недоліку автоматів Мілі - значення вихідних сигналів автомата Мура безпосередньо залежить лише від значень сигналів на виходах тригерів (стану автомата) і не залежить від значень вхідних сигналів.

Це зумовлює наявність деяких принципових відмінностей в побудові автоматів Мура і Мілі.

Побудова керуючого автомата з жорсткою логікою як автомата Мура, аналогічно автомату Мілі, починається з розмітки станів автомата на закодованому мікроалгоритмі функціонування автомата.

Розмітка станів автомату Мура на закодованому мікроалгоритмі виконується за наступними правилами:

• символом а1 позначається початкова та кінцева вершини;

• символами аi позначаються всі операторні вершини.

Примітка 12.1. Особливості відмітки станів автомату зумовлюють відмінності побудови закодованого мікроалгоритму. Оскільки перехід за умови х1=1 повинен виконуватись в певний стан автомата, дугу з вершини 6 алгоритму переведено на вхід вершини 4 – реалізується перехід в стан а4. Це не суперечить логіці роботи пристрою і не призводить до збоїв в його роботі. В деяких задачах подібний варіант перенесення дуг в алгоритмі неможливий через особливості апаратної реалізації схеми керованого АЛП, тому для розв’язання проблеми реалізації переходу дуг алгоритму зі стану в стан може виникати потреба введення додаткових вершин алгоритму (з сигналами або пустих) та відповідних їм станів автомата.

Закодований мікроалгоритм функціонування автомата Мура (з відміткою станів автомата) буде мати вигляд, наведений на рис.12.1.

У відповідності з алгоритмом змінюються правила побудови графа переходів автомата. (рис.12.2).

Як і для автомата Мілі, кількість вершин графа дорівнює кількості можливих станів автомата, але кожній вершині автомата ставиться у відповідність набір керуючих сигналів, що відповідають зазначеному стану. Кожному переходу автомату з одного стану в інший відповідає дуга графу, якій ставиться у відповідність набір логічних умов, за яких відбувається зазначений перехід.

Для спрощення подальших робітдля автомата Мура , як і для автомата Мілі, доцільно також одразу розробити розширений мікроалгоритм функціонування та граф переходів автомата.

Кодування станів автомата Мура може виконуватись аналогічно автомату Мілі мінімальними рівномірними кодами, але більш ефективним для досягнення максимальної швидкодії є підхід, при якому значення керуючих сигналів знімаються безпосередньо з виходів тригерів. Відповідно, кількість тригерів при цьому повинна бути не меншою кількості сигналів керування, що не повторюють один одного і не є константними (зрозуміло, що з точки зору апаратної складності отримуване при цьому рішення не буде оптимальним).

Для визначення кількості тригерів побудуємо фрагмент структурної таблиці (табл. 12.1), в якому зазначимо початковий стан та стан переходу автомата, а також значення сигналів керування, які повинні встановитися в кінцевому стані, тобто слугують вхідними даними для визначення стану переходу (функції збудження тригерів).

Таблиця 12.1. Фрагмент структурної таблиці автомата Мура

Вихідний стан	Стан переходу	Сигнали керування
ais	ais+1	y1	y2	y3	y4	y5	y6
1	2	3	4	5	6	7	8
а1	а1	0	0	*	*	0	0
а1	а2	1	1	*	*	0	0
а2	а3	0	0	1	1	0	1
а3	а4	0	0	1	1	1	0
а4	а4	0	0	1	1	1	0
а4	а3	0	0	1	1	0	1
а4	а1	*	0	*	*	0	*

Як видно з табл. 12.1, якщо замінити знак ‘*’ для мікрокоманди y1 на 0 (стовпчик 3 таблиці), сигнали y1 і y2 будуть взаємно дублюватись, що дозволяє використовувати для них один тригер. Сигнали y3 і y4 (стовпчики 5 та 6 таблиці), в свою чергу, можуть розглядатися як константна одиниця, що дозволяє не включати до схеми тригери для цих сигналів. Сигнали y5 і y6 не дублюються жодним іншим сигналом керування, що призводить до необхідності включення до схеми ще двох тригерів. Таким чином загальна кількість тригерів буде дорівнювати трьом, а вихідні сигнали з тригерів будуть співставлятися з сигналами керування наступним чином:

Q1=y1=y2;

Q2=y5; (12.1)

Q3=y6.

Для унаочнення послідовності дій на основі табл. 12.1 сформуємо проміжну таблицю 12.2, в якій зазначимо кодований стан переходу та виконаємо об’єднання стовпців і заміну заголовків відповідно до рівнянь 12.1.

Таблиця 12.2. Фрагмент структурної таблиці автомата Мура для реалізації кодування станів автомата

Стан переходу	Вихідні сигнали тригерів і сигнали керування
ais+1	Q1=y1=y2	Q2=y5	Q3=y6
а1	0	0	0
а2	1	0	0
а3	0	0	1
а4	0	1	0
а4	0	1	0
а3	0	0	1
а1	0	0	*

Примітка 12.2. Аналіз даних таблиці 12.2. показує, що різні стани автомату в ній зустрічаються по декілька разів. При цьому слід відзначити, що в жодному випадку, незалежно від кількості разів входження рядків певного стану в перехідну таблицю, між рядками відповідного стану не повинно бути протиріч (наявності нулів та одиниць в одному стовпчику по різних рядках для одного стану) Якщо в таблиці утворюються рядки з протиріччями в комбінаціях сигналів для одного стану, це свідчить про помилки заповнення структурної таблиці.

З табл.. 12.2 отримуємо спосіб кодування станів автомата (табл. 12.3).

Таблиця 12.3. Кодування станів автомата Мура

Стан автомата Мура	Значення на виходах блока пам’яті (код стану)
	Q1	Q2	Q3
а1	0	0	0
а2	1	0	0
а3	0	0	1
а4	0	1	0

Наступні кроки (формування структурної таблиці автомата, отримання МДНФ функцій збудження тригерів та розробка схеми керуючого автомату) виконуються аналогічно відповідним процесам при побудові автомата Мілі з тою відмінністю, що МДНФ сигналів керування вже відомі і визначаються виразами (12.1).

Структурна таблиця автомата Мура наведена нижче.

Таблиця 12.4. Структурна таблиця автомата Мура.

Вихід-ний стан	Код вихідно-го стану			Стан пере- ходу	Код стану переходу			Логічні умови		Сигнали керування						Функції збудження тригерів
																Т1		Т2		Т3
ais	Q1s	Q2s	Q3s	ais+1	Q1s+1	Q2s+1	Q2s+1	x1	x2	y1	y2	y3	y4	y5	y6	J1	K1	J2	K2	J3	K3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	19	20
а1	0	0	0	а1	0	0	0	0	*	0	0	*	*	0	0	0	*	0	*	0	*
а1	0	0	0	а2	1	0	0	1	*	1	1	*	*	0	0	1	*	0	*	0	*
а2	1	0	0	а3	0	0	1	*	*	0	0	1	1	0	1	*	1	0	*	1	*
а3	0	0	1	а4	0	1	0	*	*	0	0	1	1	1	0	0	*	1	*	*	1
а4	0	1	0	а4	0	1	0	1	1	0	0	1	1	1	0	0	*	*	0	0	*
а4	0	1	0	а3	0	0	1	*	0	0	0	1	1	0	1	0	*	*	1	1	*
а4	0	1	0	а1	0	0	0	0	1	*	0	*	*	0	*	0	*	*	1	0	*