МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет»

Автоматизация технологических процессов и производств

(наименование кафедры)

Онегин Сергей Евгеньевич

(фамилия, имя, отчество студента)

Институт

ИЭиТ

курс

IV

группа

673

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

Системы автоматизации и управления

На тему

Синтез цифрового автомата

(наименование темы)

Работа допущена к защите

(подпись руководителя)

(дата)

Признать, что работа

выполнена и защищена с оценкой

Руководитель

А. В. Волков

(должность)

(подпись)

(и.,о., фамилия)

(дата)

Архангельск

2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет»

Автоматизация технологических процессов и производств

(наименование кафедры)

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По дисциплине

Системы автоматизации и управления

(наименование дисциплины)

студенту

ИЭиТ

института

IV

курса

673

группы

Онегину Сергею Евгеньевичу

(фамилия, имя, отчество студента)

ТЕМА:

Синтез цифрового автомата

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Вариант №32.

Серия интегральных микросхем: 530.

Начальное состояние микропрограммного автомата : .

Тип триггера: ТВ10.

Срок проектирования с

«

1

»

марта

2011 г. по

«

3

»

мая

2011 г.

Руководитель проекта

А. В. Волков

(должность)

(подпись)

(и.,о., фамилия)

Л ИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

РЕФЕРАТ

Онегин С.Е. Курсовая работа на тему синтез цифрового автомата. Руководитель проекта – Волков А. В.

Курсовой работа. Пояснительная записка объемом 15 с. содержит 5 таблиц, 6 рисунков ,1 приложение список используемой литературы содержит 6 источников.

Ключевые слова: цифровой автомат, граф, триггер, алгоритм.

Цель работы – расчет и построение схемы цифрового автомата, по принципу схемной логики.

На основании выполненного обзора литературы произведен расчет, составлен граф, таблица состоянии, подобранны МС 530 серии и построена схема цифрового автомата.

Дата:______________ Подпись____________

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	6
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИФРОВОМ АВТОМАТЕ	7
2 СИНТЕЗ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА	9
2.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата	9
2.2 Кодирование состояний цифрового автомата и выбор триггеров	11
2.3 Построение графа	13
2.4 Таблица функционирования микропрограммного автомата	15
2.5 Описание используемых элементов	18
2.5.1 Выбор дешифратора и логических элементов	18
2.6 Построение схемы автомата. Описание работы на переходе	20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	24
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Электрическая схема цифрового автомата	25

ВВЕДЕНИЕ

Выпускаемые в настоящее время микросхемы и устройства на их основе не могут охватить весь спектр технических задач. Инженерам и специалистам на различных предприятиях приходится часто решать вопросы, связанные с построением различных устройств, схем и модулей на основе интегральных микросхем. При решении подобных задач необходимо ориентироваться в различных сериях микросхем и знать основные принципы построения устройств на их основе.

В цифровой технике часто встречается задача построения синхронного цифрового автомата, реализующего последовательность цифровых кодов и выдачу управляющих сигналов. Такие устройства могут применяться в управляющих системах обработка информации, управлении технологическим процессом.

Цифровые автоматы, построенные по принципу жесткой (схемной) логики, могут быть реализованы на микросхемах с малой степенью интеграции: триггеры, регистры, дешифраторы и др. Порядок функционирования автомата задается путем соединения между собой логических элементов заданного базиса.

В данной курсовой работе рассмотрена задача построения по заданному алгоритму цифрового автомата, то есть некоторого логического устройства, содержащего элементы памяти, например – триггеры. Автомат может использоваться для управления какими-либо узлами, для активизации процессов в других модулях. Заранее задан алгоритм работы, и нужно на базе микросхем массового производства построить устройство, функционирующее точно по алгоритму.

1 Общие сведения о цифровом автомате

Цифровые автоматы – это логические устройства, в которых помимо логических элементов имеются элементы памяти. Значение выходных сигналов такого устройства зависит не только от аргументов на входе в данный момент времени, но и от предыдущего состояния автомата, которое фиксируется элементами памяти. В качестве элементов памяти могут использоваться триггеры. Каждое внутреннее состояние цифрового автомата определяется исходным состоянием триггеров и последовательностью входных сигналов, действующих на входе в данный момент времени. Поэтому такие устройства называются последовательностными. К этим устройствам можно отнести: триггеры, счетчики, регистры. В общем случае структурная схема цифрового автомата может быть представлена в виде набора трех узлов: комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования сигналов управления триггерами и собственно памяти рисунок 1.

Рисунок 1 – Управляющее устройство со схемной логикой

На вход комбинационной схемы управления триггерами поступают комбинации входных сигналов x₁, x₂, … , x_k, комбинации сигналов, отражающих состояние элементов памяти Q₁, Q₂, … , Q_m. С учетом этих множеств комбинационная схема формирует серии сигналов, управляющих состояниями триггеров. Кодовые комбинации из состояний триггеров образуют внутренние состояния цифрового автомата, которые принято обозначать буквой a.

Комбинационная схема формирования выходных сигналов формирует сигналы y₁,y₂,…,y_p. Эти сигналы могут зависеть только от внутренних состояний: в этом случае устройство принято называть автоматом Мура. А если выходные сигналы зависят и от входных сигналов x₁, x₂, … , x_k, то автоматом Мили.

Таким образом, для задания цифрового автомата необходимы три множества:

- множество входных сигналов: x₁, x₂, … , x_k;

- множество выходных сигналов: y₁, y₂, … , y_p;

- множество внутренних состояний: a₁, a₂, … , a_z.

На указанных трех множествах задают две функции: функцию переходов и функцию выходов.

Последовательность действий автомата по формированию выходных сигналов и сигналов управления триггерами с учетом входных сигналов может быть задана с помощью алгоритма. Алгоритм фактически является формализованным представлением задачи по построению цифрового устройства, где определены группы выходных сигналов для инициализации устройств схемы (например, операционного устройства процессора) в зависимости от поступления тех или иных входных сигналов (x) [1].

2 СИНТЕЗ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

2.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата

При практическом построении автомата обычно вначале задаётся его словесное описание с указанием конкретного объекта управления. Далее следует процесс формализации задачи. На этом этапе задание корректируется с учётом особенностей работы объекта, элементов, на основе которых будет построен автомат. В данной работе задание уже формализовано и представлено в виде алгоритма, где блок решение указывает, какой входной сигнал (признак) определяется условием перехода, блок процесс – какие выходные сигналы при данном переходе должен сформировать автомат. После каждого перехода фиксируется состояние цифрового автомата.

Для определения внутренних состояний устройства производится разметка алгоритма. Для этого (начальное состояние автомата) отмечается начало и конец схемы, затем последовательно символами .- входы блоков, следующие состояния выбираются в порядке возрастания между каждыми блоками процесс и перед блоком решение. Автомат находится в состоянии , выход из этого состояний происходит под действием внешнего сигнала, здесь он не учитывается. Следующее состояние , отмечается перед блоком 3 и ставится обозначение «x». Так происходит дальнейшая разметка, нумерация и обозначение всех состояний «x».

Полученные отметки соответствуют состояниям устройства. Итак, рассматриваемое устройство имеет девять состояний.

Алгоритм функционирования цифрового автомата изображён на рисунке 2. На рисунке блоки 2-6,8,9,12,13,14,17 – блоки процесс; 7,10,11,15,16. – блоки решение.

Рисунок 2 – Алгоритм функционирования цифрового автомата