7 Структурный синтез микропрограммного автомата мура

7.1 Цель работы

Изучить методику синтеза микропрограммного автомата Мура по обратной структурной таблице путем использования канонического метода структурного синтеза автоматов.

7.2 Методические указания по организации самостоятельной работы студентов

Поскольку в автомате Мура , т.е. выходные сигналы y(t) связаны только с состояниями автомата , то каждой операторной вершине ГСА микропрограммы соответствует одно из внутренних состояний автомата. Исходя из этого, для отметки внутренних состояний автомата Мура используют следующие правила отметки:

1. символом отмечаются начальная и конечная вершины микропрограммы;

2. каждая операторная вершина отмечается единственным символом

3. две различные операторные вершины не могут быть отмечены одинаковыми символами.

На рисунке 7.1 отметки внутренних состояний автомата Мура проставлены рядом с операторными вершинами.

Рисунок 7.1 – Разметка ГСА по типу автомата Мура

Составим обратную структурную таблицу автомата Мура (таблица 7.1). Особенность структурных таблиц автомата Мура состоит в том, что в них столбец либо совмещен со столбцом , либо просто заполняется по столбцу . В данном примере рассмотрен второй вариант обратной таблицы.

Таблица 7.1– Обратная структурная таблица для автомата Мура без кодов состояний

h
1					1	–
2
3
4
5					1	,
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Далее кодируем состояния с использованием унитарного единичного кода. Соответствие состояний и их кодов приведено в табл. 7.2.

Таблица 7.2– Кодирование состояний автомата Мура на D -триггерах

	D-триггеры 7654321
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7	0000001 0000010 0000100 0001000 0010000 0100000 1000000

Данные коды переносим в обратную структурную таблицу, а также заполняем столбец F (табл. 7.3).

Таблица 7.3– Обратная структурная таблица для автомата Мура

h							7654321
1		1000000		0000001	1	–	0000001
2		0100000		0000001			0000001
3		0010000		0000001			0000001
4		0001000		0000001			0000001
5		0000001		0000010	1	,	0000010
6		0000010		0000100			0000100
7		0000010		0001000			0001000
8		0000100		0001000			0001000
9		0000010		0010000			0010000
10		0000100		0010000			0010000
11		0001000		0100000			0100000
12		0010000		0100000			0100000
13		0100000		1000000			1000000
14		0010000		1000000			1000000
15		0001000		1000000			1000000

Функции возбуждения Z_к и функция выхода Y_l автомата Мура находят по полностью оформленной структурной таблице автомата в виде дизъюнктивных нормальных форм:

Z_к = V а_m·Х_h(а_m,а_s), к ;

(а_m,а_s)  h;

Y_l = V а_s, l .

где n и m – число сигналов возбуждения и исходных сигналов автомата соответственно; h – номер строки структурной таблицы, в столбце F(а_m, а_s) которой есть отметка сигнала возбуждения Z_К или в столбце Y(а_m, а_s) - отметка исходного сигнала Y_l. Терм (логическое произведение) а_m Х_h(а_m, а_s) включают в выражение Z_к, если сигнал возбуждения Z_к есть в столбце F(а_m, а_s) h-й строки таблицы автомата Мили.

Аналогично а_s нужно включить в выражение Y_l, если Y_l есть в столбце Y(a_m,a_s) h-й строки таблицы.

Функции выходов, исходя из таблицы 7.3, в базисах Буля и Шеффера будут иметь следующий вид:

;

;

;

;

;

.

Функции переходов, исходя из таблицы 7.3, в базисах Буля и Шеффера будут иметь следующий вид:

;

;

;

;

;

;

.

Уравнение для формирования синхросигнала:

.

Кроме того, необходимо предусмотреть установку элементов памяти в начальное состояние по включению питания (сигналы А и В), как в автомате Мили (рис. 7.4, 5.11, 5.12).

У триггеров будем использовать как прямые входы, так и инверсные. Прямые выходы триггеров будут соответствовать состояниям автомата, а инверсные выходы – инверсным значениям состояний. Это обеспечивает унитарное единичное кодирование состояний автомата.

Таблица 7.4 - Количество корпусов интегральных схем

Тип корпуса

Число корпусов

y1, y2, y4, y5, y6

y3

C

А, В

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

Триг-геры

Точно

Округ-ленно

1x8 и-не

2x4 и-не

1/2

3x3 и-не

3/3

1/3

1/3

2/3+1/3

8/3

3

4x2 и-не

1/4

3/4

1/4

3/4

2/4

2/4

1/4

1/4+1/4

15/3

4

6x1 не

3/6

1/6

+1/6

5/6

1

Триггеры (2 в 1) Di,

7/2

7/2

4

Всего

12

При заполнении столбца D₁ табл. 7.4 стало ясно, что вместо схемы 2x4 и-не (рис. 7.2) можно воспользоваться неиспользованными частями других схем, а именно - 3x3 и-не, 4x2 и-не, 6x1 не, что показано в таблице +1/3, +1/4, +1/6. Такой способ реализации уравнения D₁ проиллюстрирован на рис. 7.3.

Рисунок 7.2 – Реализация уравнения D₁ с использованием схемы 2x4 и-не

Рисунок 7.3 – Альтернативная реализация уравнения D₁

На рис. 7.4 представлена функциональная электрическая схема автомата Мили в базисе Шеффера.

Рисунок 7.4 – Функциональная электрическая схема автомата Мили

Синими линиями на рис. 7.4 обозначены элементы, реализующие уравнение D₁.