1 Обобщённая структура и принцип функционирования суа

Объектом курсового проектирования является управляющий автомат, реализующий некоторый алгоритм управления, который формально задается таким начальным языком описания как граф-схема алгоритма.

Проектируемый управляющий автомат на наивысшем уровне абстракции можно представить как на Рисунке 1.

Рисунок 1 - Синхронный управляемый автомат на уровне «Черного ящика»

Словесно работу синхронного управляющего автомата можно описать следующим образом: на входы управляющего автомата поступают входные сигналы x₁…x_n, каждый из которых принимает значение логического нуля или логической единицы.

На каждом шаге работы автомата формируются некоторая совокупность выходных сигналов y₁…y_m. Их принято называть микрооперациями, аY- микрокомандами. Каждая микрооперация может принимать одно из двух значений. Новый шаг работы алгоритма начинается с приходом синхронизирующего сигналаS.

В соответствии с моделями Мили и Мура управляющий автомат можно детализировать, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2 - Управляющий автомат на первом уровне абстракции

1.1 Функции блока памяти

Блок памяти реализуется из rэлементов памяти, которыми для управляющего автомата являются комбинированные синхронные триггеры типовRS,JK,DиT.

Блок памяти на своих выходах d₁… d_r формирует двоичный код, который соответствует текущему внутреннему состоянию автомата.

На входы блока памяти поступают сигналы f₁…f_r, формирующиеся логическим преобразователем. Эти сигналы в совокупности формируют логический код, который соответствует следующему структурному коду внутреннего состояния управляющего автомата.

1.2 Функции логического преобразователя

Задачей логического преобразователя является формирование выходных сигналов управляющих автоматом и функций возбуждения. Эти задачи представляются в виде систем логических функций, аргументы которых являются переменные x₁…x_nиd₁…d_r.

В качестве элементного базиса для реализации управляющего логического преобразователя в данном курсовом проекте выбрана двухуровневая ПЛМ. Данные интегральные микросхемы позволяют (при наличии у пользователя специальных программаторов) оперативно реализовывать достаточно сложные многовыходные логические преобразователи, закон функционирования которых изначально представляется в естественной для человека форме. Строгое математическое выражение этой естественной формы в научно-технической литературе принято называть совершенной дизъюнктивной нормальной формой (СДНФ) или ее минимизированным эквивалентом – дизъюнктивной нормальной формой (ДНФ). Универсализм двухуровневых программируемых пользователем логических матриц (ППЛМ) обеспечивается введением на этапе их серийного производства значительной структурной избыточности как электронных элементов ППЛМ, так и электрических связей между этими элементами. При этом в архитектуру ППЛМ вводятся дополнительные электронные узлы, обеспечивающие по командам извне разрушение в определенных местах ненужных электрических связей между избыточными элементами, образующими собственно ППЛМ.

1.3 Программируемые логические матрицы

Программируемые логические матрицы появились в середине 70-х годов Основой их служит последовательность программируемых матриц элементов И и ИЛИ. В структуру входят также блоки входных и выходных буферных каскадов (БВх и БВых).

Входные буферы, если не выполняют более сложных действий, преобразуют однофазные входные сигналы в парафазные и формируют сигналы необхо­димой мощности для питания матрицы элементов И.

Выходные буферы обеспечивают необходимую нагрузочную способность выходов, разрешают или запрещают выход ПЛМ на внешние шины с по­мощью сигнала ОЕ, а иногда выполняют и более сложные действия.

Основными параметрами ПЛМ (Рисунок 3) являются число входов m, число тер­мовlи число выходовn.

Рисунок 3 - ПЛМ

Переменные x₁... х_mподаются через БВх на входы элементов И (конъюнкторов), и в матрице И образуютсяlтермов. Под термом здесь понимается конъюнкция, связывающая входные переменные, представлен­ные в прямой или инверсной форме. Число формируемых термов равно числу коиъюнкторов или, что то же самое, числу выходов матрицы И

Термы подаются далее на входы матрицы ИЛИ, т. е. на входы дизъюнкторов, формирующих выходные функции. Число дизъюнкторов равно числу вырабатываемых функций n.

Таким образом, ПЛМ реализует дизъюнктивную нормальную форму (ДНФ) воспроизводимых функций (двухуровневую логику). ПЛМ способна реализовать систему nлогических функций отmаргументов, содержащую не болееlтермов. Воспроизводимые функции являются комбинациями из любого числа термов, формируемых матрицей И. Какие именно термы будут выработаны и какие комбинации этих термов составят выходные функции, определяется программированием ПЛМ.