Синтез синхронных и асинхронных автоматов

Министерство образования науки молодежи и спорта

Украины

 

Севастопольский национальный технический университет

 

 

 

 

Кафедра Кибернетики и

 вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

"Прикладная теория цифровых  автоматов"

«Синтез синхронных и асинхронных автоматов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

ст. гр. М – 22д

Павленко Л.О.

Вариант 23

№зач. Кн.:100922

Проверила:

Козлова Е.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Севастополь 2012

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………3

1.Постановка задачи…………………………………………………………….4

2. Синтез синхронного  автомата……………………………………………….6

   2.1.Таблица переходов  и выходов автомата………………………………....6

   2.2.Кодирование состояний* и система уравнений………………………....8

   2.3.Функциональная схема и расчет ее характеристик……………………..10

   2.4.Логическое моделирование схемы на наборах

функционального теста………………………………………………………....11

3.Синтез асинхронного  автомата……………………………………………....12

   3.1.Примитивная таблица  переходов и выходов автомата…………………14

   3.2.Минимизация числа  состояний автомата……………………………… .15

   3.3.Кодирование состояний  и система уравнений………………………….19

   3.4.Функциональная  схема и расчет ее характеристик……………………..22

Заключение………………………………………………………………………23

Библиографический список…………………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*для автомата секретный  замок

Введение

 

Прикладная теория цифровых автоматов изучает модели цифровых устройств (вычислительных, управляющих, измерительных). Рассматриваются модели и методы описания, проектирования (синтеза и анализа) и диагностики цифровых автоматов.

В соответствии с классификацией цифровых автоматов (далеко не полной), данную пояснительную записку можно условно разделить на 2 части:

1.проектирование, синтез и диагностика синхронного автомата;

2.проектирование, синтез и диагностика асинхронного автомата;

Кроме этого, в конце каждой части приведён расчет технических характеристик синтезированных схем для серии микросхем 531.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Постановка задачи

 

1.Построить функциональную  схему синхронного автомата.

1.1.Построить схему n-разрядного регистра или счетчика по заданным микрооперациям:

Тип устройства - регистр; количество разрядов – 3; тип триггеров – RS;

Х1	Х2	Микрооперация
0	0	Прием кода а3 а2 а1
0	1	Сдвиг вправо циклический
1	0	Сдвиг влево с заполнением освобождающегося разряда а0
1	1	Хранение кода

1.2.Построить схему автомата типа секретный замок по заданным ключевым последовательностям:

Открывающая последовательность – 4 6 2

Закрывающая последовательность – 2 6 2

Серия микросхем – 531

Кодирование состояний автомата выполнить по критерию простоты структуры.

2.Построить функциональную  схему асинхронного автомата  типа секретный замок по заданным  ключевым последовательностям:

Открывающая последовательность – 4 6 2

Закрывающая последовательность – 2 6 2

Серия микросхем – 531

Кодирование состояний автомата выполнить по критерию надежности функционирования.

Для проверки схемы синхронного автомата использовать логическое моделирование на наборах функционального теста, для проверки схемы асинхронного автомата – временное моделирование на наборах функционального теста.

Функциональный тест для счетчика или регистра должен включать наборы, обеспечивающие проверку всех режимов функционирования автомата. Функциональный тест для секретного замка должен включать набор установки в начальное состояние, наборы открывающей последовательности и набор, проверяющий закрытие замка.

Комбинационные схемы синхронного и асинхронного автоматов должны быть реализованы логическими элементами И-НЕ и содержать подсхемы установки в начальное состояние. Память синхронного автомата должна быть реализована двухступенчатыми триггерами типа RS.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Синтез синхронного  автомата

 

Синхронный автомат – это автомат, который совершает переход из одного состояния в другое в строго определённый момент времени, которое задается внешним генератором временных интервалов. Синхронный автомат характеризуется тем, что функционирует под управлением тактовых сигналов, имеющих постоянную длительность и постоянную частоту, если квантование времени выбрано равномерно. Такт времени ti совмещается с фронтом i-го  такта сигнала. Входные сигналы xk(t) могут воздействовать на автомат лишь при наличии тактового сигнала и не изменяются в течение его длительности.

В данном курсовом проекте реализуется регистр в виде синхронного автомата. Регистр – последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

 

2.1. Таблица переходов  и выходов автомата

                      t                         t+1       

Х1	X2	Z1	Z2	Z3	Z1	Z2	Z3	R1	S1	R2	S2	R3	S3
0	0	x	x	x	A3	A2	A1	A3	A3	A2	A2	A1	A1
0	1	0	0	0	0	0	0	x	0	x	0	x	0
		0	0	1	1	0	0	0	1	x	0	1	0
		0	1	0	0	0	1	x	0	1	0	0	1
		0	1	1	1	0	1	0	1	1	0	0	x
		1	0	0	0	1	0	1	0	0	1	x	0
		1	0	1	1	1	0	0	x	0	1	1	0
		1	1	0	0	1	1	1	0	0	x	0	1
		1	1	1	1	1	1	0	x	0	x	0	x
1	0	0	0	0	а0	0	0	а0	а0	х	0	х	0
		0	0	1	а0	1	0	а0	а0	0	1	1	0
		0	1	0	а0	0	0	а0	а0	1	0	х	0
		1	0	0	а0	0	1	а0	а0	х	0	0	1
		1	0	1	а0	0	1	а0	а0	х	0	0	х
		1	1	0	а0	0	1	а0	а0	1	0	0	1
		1	1	1	а0	1	1	а0	а0	0	х	0	Х
1	1	0	0	0	0	0	0	х	0	х	0	х	0
		0	0	1	0	0	1	х	0	х	0	0	х
		0	1	0	0	1	0	х	0	0	х	х	0
		0	1	1	0	1	1	х	0	0	х	0	х
Х1	X2	Z1	Z2	Z3	Z1	Z2	Z3	R1	S1	R2	S2	R3	S3
		1	0	0	1	0	0	0	х	х	0	х	0
		1	0	1	1	0	1	0	х	х	0	0	х
		1	1	0	0	1	1	1	0	0	х	0	1
		1	1	1	1	1	1	0	х	0	х	0	х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Функция возбуждения RS триггеров

 

Построим матрицы системы булевых уравнений:

 

 

Получили следующую систему булевых функций:

 

R1=x1x2z3˅ x2 z3 z2˅ x1x2a3˅ x1x2a0

 

S1= x1x2z3˅ x1x2a3˅ x1x2a0

 

R2= x1x2z3˅ x1x2z3z1˅ x1x2a2

 

S2= x1x2a2˅ x2z1z2z3˅ x1x2z1z3˅ x1x2z1z3

 

R3= x1x2z1z2˅ x1x2z2z3˅ x1x2a1

 

S3= x1x2a1˅ x1x2z1z3˅ x2z1z2z3˅ x1x2z2z3

 

По данной системе булевых функций построим функциональную схему. Комбинационную схему реализуем в базисе и-не, память реализуем с помощью RS триггеров

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Функциональная схема и расчет ее характеристики

 

Согласно варианту задания автомат должен быть собран на микросхемах серии 531

Напряжение питания  - .5В+5%

Ток потребления

“нуля” -  не более 36 мА;

“единицы” - не более 16 мА .

Время переключения

из “0” в “1” - не более 5 нс;

из “1” в “0” - не более 4.5 нc.

Микросхема	Аналог	Назначение	Р, мВт	Tз,нс
КР531ЛА7	74S22	2 логических элемента 4 И-НЕ  с открытым коллектором	8	120
КР531ТМ2	74S74	2 RS триггер	100	-

 

Максимальное время срабатывания схемы:

Так как самый длинный путь сигнала от входа к выходу составляет 5 логических элементов, то время, которое потребуется сигналу для прохождения этого пути ( максимальное время срабатывания схемы ) будет равно:

tзадержки=120*5=600нс

Потребляемая мощность:

Рпост=720мВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Логическое моделирование схемы на наборах функционального теста

 

x1	x2	x1	x2	a0		a1		a2		a3		z1		z2		z3		z1		z2		z3		F1		F2		F3		F4		F5
0	0	1	1	1	0		0		1														1		1		1		1		1
1	0	0	1	1	0		0		1		0		1		1		0		1		0		1		1		1		1		1
0	1	1	0	1	0		0		1		0		1		1		0		1		0		1		1		1		1		0
1	1	0	0	1	0		0		1		0		1		1		0		1		0		1		1		1		1		1