Содержание

Введение 3

1 Основные понятия о цифровом автомате 4

2 Расчет и построение схемы цифрового автомата 7

2.1 Алгоритм функционирования цифрового автомата 7

2.2 Построение графа 10

2.3 Задание триггера 12

2.4 Таблица функционирования цифрового автомата 13

2.5 Запись логических выражений 15

2.6 Построение схемы цифрового автомата 18

2.7 Описание работы на переходе 20

3 Заключение 21

4 Литература 22

Введение

В любой сфере человеческой деятельности – в науке, технике, производстве – методы и средства вычислительной техники направлены на повышение производительности труда. В настоящее время на практике широко применяется цифровая вычислительная техника и микропроцессорные системы. Они используются для автоматизирования управления технологическими процессами, включая автоматизированные контроль и диагностику технических средств, а также для автоматизированного проектирования научных исследований и административно – организационного управления.

Главной составляющей любой цифровой вычислительной машины является процессор или микропроцессор. Он осуществляет непосредственно обработку данных и программное управление процессом обработки данных. Он синтезируется в виде соединения двух устройств: операционного и управляющего. Операционное устройство – устройство, в котором выполняются операции, а управляющее устройство – это устройство, которое управляет процессом выполнения операции. В силу того, что управляющее устройство определяет микропрограмму, т. е. какие и в какой временной последовательности должны выполняться микрооперации, оно получило название микропрограммного автомата.

Цифровые автоматы могут быть построены по принципу программируемой (гибкой, записанной) логики. В этом случае в запоминающее устройство (ЗУ) записываются все требуемые кодовые комбинации и с помощью специального устройства (например, БМУ – блока микропрограммного управления) содержимое ячеек памяти считывается в определенной последовательности. Для изменения порядка функционирования управляющего автомата с программируемой логикой достаточно заменить содержимое памяти.

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

Цифровой автомат задается с помощью алгоритма, по которому строится граф автомата, таблица функционирования, записываются выражения комбинационной части схемы, и строится схема цифрового автомата, производится подбор триггеров и дешифратора.

В данной курсовой работе необходимо спроектировать цифровой автомат по заданным параметрам: начальному состоянию автомата, серии микросхем, типу триггеров, алгоритму функционирования с указанием входных и выходных сигналов.

1 Основные понятия о цифровом автомате

Обработка информации может осуществляться двумя способами: аналоговым, при котором участвующие в обработке величины представляются в аналоговой форме (обычно уровнями напряжения или тока), или цифровым, при котором величины представляются в цифровой форме и обработка сводится к последовательности действий (операций) над числами. В зависимости от используемого метода обработки различают два типа аппаратуры: аналоговая, в которой используется аналоговый метод обработки и цифровая, в которой применяется цифровой метод обработки.

В качестве цифрового устройства рассмотрим построение цифрового автомата. Процессор является примером цифрового автомата – устройства, осуществляющего прием, хранение и преобразование дискретной информации по некоторому алгоритму. Теорию автоматов подразделяют на два типа абстрактную и структурную. Абстрактная теория изучает поведение автомата, отвлекаясь от структуры (т.е. способа его построения, схемной реализации).

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 схемами. К последовательностным схемам можно отнести: триггеры, счетчики, регистры. В общем случае структурная схема цифрового автомата (находящаяся на рисунке 1), может быть представлена в виде набора трех узлов: комбинационной схемы формирования выходных сигналов, комбинационной схемы формирования сигналов управления триггерами, собственно, памяти.

На входе комбинационной схемы управления триггерами поступают комбинации входных сигналов х₁, х₂, … хк, комбинации сигналов, отражающих состояние элементов памяти Q1,Q2, … Qm. С учетом этих множеств комбинационная схема формирует серии сигналов, управляющих состояниями триггеров. Кодовые комбинации из состояния триггеров образуют внутренние состояния цифрового автомата, которые принято обозначать буквой А.

Комбинационная схема формирования выходных сигналов формирует сигналы у₁, у2, … ур. Они могут использоваться для управления какими-либо узлами, для активизации процессов в других схемах. 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 х1, х2, … хк, то - автоматом Мили.

Таким образом, для задания цифрового автомата необходимы три множества:

• множество входных сигналов: х1, х2 … хк;

• множество входных сигналов: у1, у2 … ур;

• множество входных сигналов: а1, а2 … аz.

На указанных трех множествах задают две функции: функцию переходов и функцию выходов. Для автомата Мили эти функции имеют вид:

а(t+1)=f(a(t), x(t)), (1)

у(t)=φ(a(t), x(t)); (2)

где а(t+1) - новое состояние цифрового автомата;

а(t) - предыдущее состояние автомата;

у(t) - выходные сигналы текущего времени;

х(t) - сигналы на входе в данный момент времени.

Для автомата Мура:

а(t+1)=f(a(t), x(t)), (3)

у(t)=φ(a(t)). (4)

Последовательность действий автомата по формированию выходных сигналов и сигналов управления триггерами с учетом входных сигналов может быть задана с помощью алгоритма.

Рисунок 1 –Управляющее устройство со схемной логикой. Схема электрическая структурная.