ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Казанский электротехникум связи

Отделение

Радиосвязь, радиовещание и телевидение

Консультант

Алексеев О. К.

СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА

Курсовой проект по курсу

Вычислительная техника

Пояснительная записка

Студент гр. 208 ССПО

Зорин А.А

2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Классификация ЦА. Основные понятия..................................................3

1.2 Способы построения процессорных устройств....................................6

1.2.1 ПУ со схемной логикой...................................................................8

1.2.2 ПУ с микропрограммируемой логикой........................................8

1.3 Структурная схема ЦА..........................................................................11

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Построение графа функционирования ЦА..........................................12

2.2 Кодирование состояний.........................................................................13

2.3 Составление таблицы функционирования цифрового автомата....14

2.4 Составление логических выражений...................................................15

2.5 Построение принципиальной электрической схемы ЦА...................17

Литература.......................................................................................................18

Приложения:

3. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 ЦА. Схема электрическая принципиальная

3.2 ЦА. Перечень элементов

1. Введение

1.1 Классификация ца. Основные понятия

Цифровые (дискретные) автоматы (ЦА) - это логические устройства, предназначенные для приема, хранения и преобразования цифровой информации по некоторому алгоритму, способные переходить под воздействием входных сигналов из одного состояния в другое и выдавать выходные сигналы.

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 называют устройствами последовательностного типа. К последовательностным схемам 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 сигналов управления триггерами и, собственно, памяти (рис. 1).

Рисунок 1. Структурная схема цифрового автомата

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 состоянием триггеров. Кодовые комбинации состояния триггеров образуют внутренние состояния цифрового автомата, которые принято обозначать буквой a. Комбинационная схема формирования выходных сигналов создает сигналы y₁, y₂, ... , y_p, которые могут использоваться для управления некоторыми узлами, для активизации процессов в других системах. Эти сигналы могут зависеть только от внутренних состояний: в этом случае устройство принято называть автоматом Мура (Moore). А если выходные сигналы зависят и от входных сигналов x₁, x₂, ... , x_k, то – автоматом Мили (Mealy). 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 f, определяющую состояние автомата a(t+1) в момент t+1 в зависимости от состояния автомата a(t) и значения входного сигнала x(t) в момент времени t: a(t+1) = f(a(t), x(t)) и функцию выходов φ, которая определяет зависимость выходного сигнала автомата y(t) от состояния автомата a(t) и значения входного сигнала x(t): y(t) = φ(a(t), x(t)).

Для автомата Мили эти функции имеют вид:

a(t+1) = f(a(t), x(t)); y(t) = φ(a(t), x(t));

где a(t+1) – новое состояние цифрового автомата,

a(t) – предыдущее состояние автомата,

y(t) – выходные сигналы текущего времени,

x(t) – сигналы на входе в данный момент времени.

Для автомата Мура:

a(t+1) = f(a(t), x(t)); y(t) = φ(a(t).

Одно из состояний автомата является начальным (состояние a₀), и перед началом работы автомат всегда устанавливается в данное состояние.

Последовательность действий автомата по формированию выходных сигналов и сигналов управления триггерами с учетом входных сигналов может быть задана, например, 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 х).

Среди многообразия различных способов заданий функции f и φ (следовательно, и всего автомата в целом) наибольшее распространение получили табличный и графический.

При табличном способе описания цифровых автоматов применяется два вида таблиц -таблица переходов и таблица выходов. Таблица переходов отображает функцию переходов. Строкам таблицы соответствуют состояния автомата, то есть в таблице столько строк, сколько состояний у автомата. Столбцам таблицы соответствуют входные значения, которые могут поступать на входы ЦА, то есть столбцов столько - сколько элементов во входном алфавите. На пересечении i-столбца и j-строки в ячейке таблицы указывается состояние, в которое перейдет ЦА под воздействием входного сигнала х_i - (чему соответствует i-й столбец) из состояния a_j (которому соответствует j-я строка). Таблица переходов имеет одинаковый вид как для автомата Мура, так и для автомата Мили.

Таблица выходов для автомата Мили имеет такой же вид, как и таблица переходов, только на пересечении i-столбца и j-строки в ячейке таблицы указывается выходное значение, которое сформирует ЦА под воздействием входного сигнала х_i (чему соответствует i-й столбец) в состоянии a_j (которому соответствует j-я строка).

Таблица выходов для автомата Мура состоит из одного столбца. Строкам таблицы соответствуют состояния автомата, т.е. в таблице столько строк, сколько состояний у автомата.

В некоторых случаях вместо двух таблиц определяющих ЦА удобно применять совмещенную таблицу переходов и выходов.

Задавать цифровой автомат удобно с помощью графа. Графом называется непустое конечное множество узлов (вершин) вместе с множеством дуг (ветвей), соединяющих пары различных узлов. Граф обычно представляется в наглядной форме, при этом вершины изображаются точками или кругами, которые помечаются с целью идентификации, а ветви изображаются линиями, соединяющими соответствующие узлы. Если каждой дуге также приписано направление, то такой граф называется ориентированным. Если направления не указаны, то граф называется неориентированным. Данные представления полезны ввиду их наглядности. Вершины обычно соответствуют объектам некоторого вида (в цифровом автомате - внутренним состояниям), а дуги - физическим или логическим связям между ними. Таким образом, графы можно использовать для математического моделирования самых разнообразных систем и структур: электрических схем, вычислительных сетей и т.д.

Рисунок 2. Граф функционирования автомата Мили.

Рисунок 3. Граф функционирования автомата Мура.