Синтез синхронного и асинхронного автомата
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
Введение
Секретный замок - цифровой автомат, который управляет открыванием двери или включает сигналы тревоги.
Автомат должен выполнять следующие функции:
- состояние S0 замок закрыт, сигнал тревоги не звучит, замок ждет начала открывающей последовательности;
- если подана некоторая начальная часть открывающей последовательности, то замок не открывается, сигнал тревоги не звучит, замок ждет продолжения открывающей последовательности;
- если подана вся открывающая последовательность, то замок открывается, сигнал тревоги не звучит, в этом состоянии автомат остается, пока не нажмем какую-либо из кнопок;
- если замок открыт, то нажатием любой кнопки замок закрывается, автомат переходит в начальное состояние;
- если замок закрыт и очередной набор на входе автомата не соответствует ожидаемому в открывающей последовательности, то автомат формирует сигнал тревоги;
- если звучит сигнал тревоги и набирается очередной набор последовательности сброса тревоги, то сигнал тревоги продолжает звучать, дверь закрыта, но автомат ждет продолжения набора последовательности сброса тревоги;
- если подана вся последовательность сброса тревоги, то автомат переходит в начальное состояние S0.
Счетчик - основа структурных схем большинства существующих дискретных устройств. Счетчик - последовательностная схема, предназначенная для выполнения микроопераций счета и хранения слов.
Структурно-функциональное описание счетчика:
Zn Z2 Z1
X1 X2
Символами Z1 - Zn обозначены внутренние переменные автомата, символами X1, X2 - управляющие переменные, которые инициируют выполнение соответствующей микрооперации.
Количество разрядов счетчика определяется модулем счета. Счетчики делятся на счетчики с естественным и с произвольным порядком счета. В свою очередь, счетчики с естественным порядком счета могут быть суммирующими и вычитающими.
1.Постановка задачи
Построить функциональную схему синхронного автомата (СА) для 4-разрядного счетчика. Комбинационную схему реализовать на базисе элемента И-НЕ и память с помощью триггера JK. Счетчик имеет следующие микрооперации представленные в таблице 1.
Таблица 1
xМикрооперация0Прием кода a4 a3 a2 a11Счет в последовательности 0000-0001-0011-0111-0110-0100-1100-1110-1111-1101-1001-1011-1010-0010-1000-0101
На функциональном тесте построить логическое моделирование, проверяющее все режимы работы счетчика.
Построить функциональную схему асинхронного автомата Секретный замок по заданным ключевым последовательностям (таблица 2). Кодирование состояний автомата выполнить по критерию надежности функционирования.
Таблица 2
№ вар.Система счисленияоткрывающая последовательностьпоследовательность снятия тревогиСерия микросхем11Десятичная462151531Двоичная100110010001101001
Реализовать схему с помощью логических элементов И-НЕ, предусмотреть установку схемы в начальное состояние S0
2.Синтез синхронного автомата
Таблица 3. Алгоритм работы JK триггера
JKQ(t)Q (t+1)00000011010001101001101111011110
2.1Таблица переходов и выходов
Таблица 4
xZ1tZ2tZ3tZ4tZ1t+1Z2t+1Z3t+1Z4t+1J1K1J2K2J3K3J4K400000A1A2A3A4AXAXAXAX0001A1A2A3A4AXAXAXX! A40010A1A2A3A4AXAXX! A3AX0011A1A2A3A4AXAXX! A3X! A40100A1A2A3A4AXX! A2AXAX0101A1A2A3A4AXX! A2AXX! A40110A1A2A3A4AXX! A2X! A3AX0111A1A2A3A4AXX! A2X! A3X! A41000A1A2A3A4X! A1AXAXAX1001A1A2A3A4X! A1AXAXX! A41010A1A2A3A4X! A1AXX! A3AX1011A1A2A3A4X! A1AXX! A3X! A41100A1A2A3A4X! A1X! A2AXAX1101A1A2A3A4X! A1X! A2AXX! A41110A1A2A3A4X! A1X! A2X! A3AX1111A1A2A3A4X! A1X! A2X! A3X! A4000000010X0X0X1X000100110X0X1XX0001101110X1XX0X0011101100XX0X0X1011001000XX0X10X010011001XX00X0X11001110X0X01X0X11101111X0X0X01X11111101X0X0X1X011011001X0X10XX010011011X00X1XX010111010X00XX0X110100010X10XX00X001010001X0XX10X10000101X11X0X1X010100000XX10XX1
Составим матрицы представления функций JK триггера:
A1XXA1A1XXA1A1XXA1A1XXA1XXXXXX*XX*
X! A1! A1XX! A1! A1XX! A1! A1XX! A1! A1XXXXXX*XX*X
A2A2XXXXA2A2A2A2XXXXA2A2XXXX**XXXX
XX! A2! A2! A2! A2XXXX! A2! A2! A2! A2XXXX**XXXXXX
A3A3A3A3XXXXA3A3A3A3XXXX**XXXX*XXXX
XXXX! A3! A3! A3! A3XXXX! A3! A3! A3! A3XXXX*XXXX**
A4A4A4A4A4A4A4A4XXXXXXXXXXXXXXXX***
XXXXXXXX! A4! A4! A4! A4! A4! A4! A4! A4***XXXXXXXX
2.2Составим систему уравнений
2.3Функциональная схема и расчет ее характеристик
Технические характеристики микросхем серии 531:
Для реализации функциональной схемы асинхронного автомата могут быть использованы следующие микросхемы серии 155:
КР531ЛА1 -16 шт.;
КР531ТВ11 - 4 шт.;
КР531ЛА4 - 2 шт.;
Тип микросхемыФункциональное назначениеIcр, мАT0-1 max, нсT1-0 max, нсКР531ЛА12 элемента 4 И-НЕ1820КР531ЛА43 элемента 3 И-НЕ2715КР531ТВ112 JK триггера5015
Напряжение питанияp = 5 В + 0,05%.
Так как самый длинный путь сигнала от входа к выходу составляет 4 логических элементов, то время, которое потребуется сигналу для прохождения этого пути (максимальное время срабатывания схемы) будет равно:
tmax=18+18+7+7=50 нс.=16*18+2*27+4*50=534 mA=U*I=5*434=2,670 Вт
счетчик автомат кодирование надежность
2.4Логическое моделирование схемы на наборах функционального теста
Логическое моделирование показывает, что схема работает правильно, т.к. полученные на тестовых наборах значения выходов совпали со значениями в таблице.
Таблица 5. Таблица возбуждения JK триггера
JK0001010111
xA1A2A3A4Z1Z2Z3Z4V1V2V3V4V5V6V700101110101111101000011010111111
V8V9V10V11V12V13V14V15V16V17V18V19V2001011111111110111101111100
V21V22V23V24V25V26V27V28V29V30V31V32V3311011111111111101111111101
V34V35V36V37V38V39V40V41V42V43V44V45V4600110011001101011010010110
V47V48V49V50V51V52V53V540110011010010110
3.Синтез асинхронного автомата
3.1Примитивная таблица переходов и выходов
Модель Хаффмана
Эта модель строиться на основании трех полож?/p>