2 Синтез автоматів з пам'яттю

Автомати з пам'яттю (АП) – це дискретні пристрої, що містять крім логічних елементів елементи пам'яті – тригери. Основні властивості АП:

1. робота АП відбувається в дискретні моменти часу; .

2. АП пам'ятає свою передісторію;

3. у зв'язку з тим що АП містить тригери, то внутрішній стан автомата визначається сукупністю внутрішніх станів елементів пам'яті;

4. АП формує сигнал виходу навіть в тому випадку, якщо відсутній вхідний сигнал;

5. формування сигналів виходів залежно від вхідних описується функцією, яка задає зв'язок між вхідними сигналами, кодом внутрішнього стану і виходами;

6. робота АП є формуванням внутрішніх станів під дією вхідного сигналу з урахуванням передісторії автомата.

АП бувають синхронні і асинхронні.

Асинхронні АП – автомати, в яких зміна внутрішніх станів відбувається під дією зовнішніх подій, а в синхронних автоматів є генератор імпульсів, який задає дискретні проміжки часу.

Способи завдання синхронних автоматів:

1. словесний опис;

2. завдання синхронних автоматів за допомогою таблиць переходів виходів, яка показує зміну внутрішніх станів автомата під дією вхідних сигналів і формований сигнал виходу;

3. задавання автоматів за допомогою графів;

Граф – логічна структура, що містить вершини (позначені колами), в яких замикаються внутрішні стани автомата, і лінії, із стрілками сполучаючи вершини, які показують напрям зміни станів; біля стрілок у вигляді косого дробу записується в чисельнику - вхідний сигнал, викличний перехід в новий стан, а в знаменнику – сигнал виходу.

Типи АП:

• найпростіші автомати з двома станами – тригери;

• регістри зсуву;

• лічильники імпульсів;

• формувачі послідовності імпульсів;

• автомати з складними алгоритмами функціонування.

АП будуються на основі тригерів. Тригер – пристрій, який запам'ятовує один біт інформації. Їх існує декілька типів: RS-, -, D-, Т-, JK- тригери. Кожний з них має своє характеристичне рівняння і таблицю істинності. Для реалізації АП в даній курсовій роботі я буду використати RS- тригери.

2.1 АП2-4 розрядний регістр зсуву вліво

Регістр зсуву – це схема , що складеться зі зв’язаних між собою одно бітових елементів пам’яті, що розташовані в єдиному корпусі.

Елементами пам’яті є тригери що з’єднані між собою таким чином, що вихід одного служить входом іншого. Входи/виходи регістра зсуву організовані послідовно паралельно. Регістри зсуву використовуються для тимчасового зберігання інформації. Кількість тригерів що використовується у регістрі визначається розрядністю чисел.

Розробимо регістр на тригерах RS, та в базисі Шеффера. Для цього складемо функціональну таблицю регістра зрушення. Так як за завданням регістр чотирьох розрядний то будемо використовувати 4 тригера. Занесемо в таблицю стан тригерів в проміжок часу «t» , «t+1», вхідний сигнал «х». Потім по таблиці 4.2 методичних вказівок 15 заповнимо значення що повинні бути на входах тригерів.

Таблиця 2.1 Функціональна таблиця чотирьох розрядного регістра зсуву вліво

Для того, щоб отримати функції, що потрібно подавати на входи тригерів складаємо карти Карно:

Рисунок 2.1 Карти Карно для АП2

Тепер я можу побудувати схему чотирьох розрядного регістра зсуву вліво. Для реалізації одержаної функції в базисі І-НІ мені була дана мікросхема 1533 ЛА3.

Рисунок 2.2 – Схема чотирьох розрядного регістра зсуву вліво.

2.2 АП1- Двійково-десятковий лічильник зворотної лічби

Лічильником імпульсів називають апарат з пам'яттю, призначений для підрахунку кількості імпульсів і перетворення їх в паралельний двійковий код. Робота лічильника полягає в наступному. За допомогою вхідного сигналу в лічильник записуються числа, рівні кількості що поступили на вхід активних сигналів. Кожному числу відповідає певний внутрішній стан лічильника. Між числами і станами існує взаємна відповідність. Робота лічильника полягає в послідовному переході з одного стану в інший під впливом вхідного сигналу.

Лічильник має певну, кінцеву кількість внутрішніх станів. Після приходу останнього активного сигналу лічильник переходить в початковий стан і починається новий цикл його роботи. Число станів лічильника називають модулем.

По виду рахунку лічильники діляться на:

• лічильник прямого рахунку (що підсумовує);

• лічильник зворотного рахунку (показує різницю);

• реверсивний лічильник (підсумовує або віднімає).

Таблиця 2.3 Функціональна таблиця лічильника

t				t+1				Тригери
У1	У2	У 3	У4	У1	У2	У 3	У4	УS1	УR1	УS2	УR2	УS3	УR3	УS4	УR4
0	0	0	0	1	0	0	1	1	0	0	~	0	~	1	0
0	0	0	1	0	0	0	0	0	~	0	~	0	~	0	1
0	0	1	0	0	0	0	1	0	~	0	~	0	1	1	0
0	0	1	1	0	0	1	0	0	~	0	~	~	0	0	1
0	1	0	0	0	0	1	1	0	~	0	1	1	0	1	0
0	1	0	1	0	1	0	0	0	~	~	0	0	~	0	1
0	1	1	0	0	1	0	1	0	~	~	0	0	1	1	0
0	1	1	1	0	1	1	0	0	~	~	0	~	0	0	1
1	0	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1	0	1	0
1	0	0	1	1	0	0	0	~	0	0	~	0	~	0	1
1	0	1	0	1	0	0	1	~	0	0	~	0	1	1	0
1	0	1	1	1	0	0	1	~	0	0	~	0	1	0	1
1	1	0	0	1	0	0	1	~	0	~	1	0	~	1	0
1	1	0	1	1	0	0	1	~	0	~	1	0	~	0	1
1	1	1	0	1	0	0	1	~	0	~	1	0	0	1	0
1	1	1	1	1	0	0	1	~	0	~	1	0	0	~	0

Будуємо карти Карно для лічильника:

Рисунок 2.3 Карти Карно для лічильника

2.3 КС3 - Схема визначення в 5-розрядному двійковому коді чисел:

а) більші 11 і менші 31;

б) кратні 3;

в) більші 16;

г) парні;

Побудуємо таблицю істинності:

Таблиця 2.4 Таблиця КС3

Тепер використовуючи шифратори і дешифратори я можу побудувати схему КС3:

Рисунок 2.5 Схема КС3

3. Структурна схема розроблювального пристрою з описанням

ГСІ – генератор синхроімпульсів

АП1 - 4 розрядний регістр зсуву вліво

АП2 – двійково-десятковий лічильник зворотної лічби

ДС – дешифратор

КС1, КС2, КС3 – комбінаційні схеми

ІНД1, ІНД2, ІНД3 – індикація повідомлень

Генератор синхроімпульсів подає синхроімпульси на АП1 і АП2, і таким чином включає синхронні автомати з пам’яттю АП1 і АП2. З АП1 поступає двійковий код на дешифратор який розшифровує інформацію і по черзі включає КС1, КС2, КС3, ІНД1, ІНД2, ІНД3. АП2 подає п’яти розрядний двійковий код на КС, які в свою чергу знаходять істину інформацію. Індикатор при включенні в залежності від того який код подає дешифратор висвічує відповідні повідомлення, якщо вхідний адрес 0010 то на індикаторі буде висвітлювати НЕБО, якщо 1000 то 1234, якщо 1001 то ЗУБ.

Висновок

В даному курсовому проекті я: розповів про новинку цифрової електроніки, мінімізовував функції за допомогою карт Карно, реалізовував функцію на мікросхемі 1533ЛА3 і на комутаторах, описував роботу пристрою, що складається з синхронних автоматів з пам’яттю, комбінаційних схем та індикацій.

Проект виконував користуючись правилам і законам, які наведені у навчальній літературі, яку я використовував, щоб розробити проект. Найважливішим методом став метод карт Карно (мінімізації функції), завдяки якому було доволі простіше виконувати курсовий проект.

Працюючи над курсовим проектом я дізнався і навчився багато чому новому для себе. Отже, можна сказати, що мені було дуже цікаво розроблювати власний курсовий проект, незважаючи на складність.

Список літератури

1. Конспект лекцій та практичні завдання;

2. Загарій Г.І. , Бушевська Л.В. методичні вказівки з дисциплін " Електроніка та мікросхемотехніка ", " Комп’ютерна електроніка ", й " Прикладна теорія цифрових автоматів" Розділ " Синтез комбінаційних схем " Частина 1, Частина 2;

3. Загарій Г.І. , Бушевська Л.В. методичні вказівки з дисциплін " Електроніка та мікросхемотехніка ", " Комп’ютерна електроніка ", й " Прикладна теорія цифрових автоматів " Розділ " Синтез автоматів з пам’яттю " Частина 3;

4. Загарій Г.І., Бушевська Л.В. методичні вказівки до курсового проекту з дисциплін " Електроніка та мікросхемотехніка ", " Прикладна теорія цифрових автоматів ";

5. " Цифрова й обчислювальна техніка " Підручник для вузів Ф.В. Евренков , Ю.Т, Бутильский, за редакцією Ф.В.Евренков - М Радіо й зв'язок , 1991;

6. Методичні вказівки за курсом " Теорія дискретних пристроїв залізничної автоматики, телемеханіки й зв'язку " Синтез синхронних автоматів Частина 3 7. Методические указания по курсу «Теория дискретных устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Функций алгебры логики. Синтез комбинационных схем. Г.І. Загарій, Л.В.Бушевська, - Х.:1987;

8. Сайт вступу www.new.ru;

9. Сайт www.wikipedia.org.