Материал: Ковригин Теория автоматов Лабораторный практикум 2012

Подготовка к выпо л нению работы

1.Изучить описание лабораторной работы.

2.Получить индивидуальное задание у преподавателя.

3.Составить кодированную таблицу переходов и выхода авто-

мата.

4.Составить таблицу возбуждения триггеров автомата.

5.Выполнить минимизацию функций возбуждения и выхода автомата

6.Построить логическую схему проектируемого цифрового автомата.

Порядок выполнения раб оты

1.Выполнить ввод спроектированной схемы автомата в редакторе схем системы Xilinx Foundation.

2.Выполнить функциональное моделирование автомата.

3.Продемонстрировать преподавателю работу отлаженного автомата.

4.Сдать преподавателю оформленный отчет в конце занятия.

Отчет по работе

Отчет должен содержать:

1)исходные данные варианта задания;

2)все этапы проектирования автомата Мили;

3)принципиальную схему автомата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Уэйкерли Дж. Ф. Проектирование цифровых устройств. Том 2. – М.: Постмаркет, 2002. 528 с.

27

Лабораторная работа 3

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ СИНХРОННОГО АВТОМАТА МУРА

Цель: изучить структурный синтез синхронного конечного автомата Мура, закон функционирования которого представлен в виде словесного описания; овладеть практическими навыками отработки проектируемого автомата моделированием с использованием профессиональной САПР.

Введение

Понятие «синхронный конечный автомат» было раскрыто в предыдущей работе. Напомним, автомат Мура описывается следующей функцией переходов и функцией выходов:

s(t+1) = f[s(t), x(t)], y(t) = [s(t)].

Структура синхронного автомата Мура приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структура синхронного конечного автомата Мура

Память состояний автомата состоит из k запоминающих элементов (ЗЭ), каждый из которых под действием синхронизирующего

28

сигнала С может устанавливаться в состояние 0 или 1. Состояние запоминающих элементов определяет текущее состояние автомата.

Комбинационная схема КС1 формирует очередное состояние автомата в момент времени t. Это состояние определяется как функция текущего состояния и входного воздействия. Очередное состояние будет записано в запоминающие элементы автомата при поступлении синхросигнала.

Выходные сигналы Y автомата Мура определяются комбинационной схемой КС2 как функция текущего состояния автомата S.

В синхронных конечных автоматах моменты времени, в которые автомат считывает входные сигналы, определяются принудительно синхронизирующими сигналами. После очередного синхронизирующего сигнала с учётом «считанного» состояния и в соответствии с соотношениями для функционирования автомата происходит переход в новое состояние и выдача сигнала на выходе, после чего автомат может воспринимать следующее значение входного сигнала.

Канонический метод структурного синтеза автоматов, рассмотренный в работе 2, универсален. Он применим как к автоматам Мили, так и к автоматам Мура. Данный метод позволяет свести задачу структурного синтеза автоматов к задаче синтеза комбинационных схем.

Результатом канонического метода структурного синтеза является система логических уравнений, выражающая зависимость выходных сигналов автомата от сигналов, снимаемых с выхода элементов памяти, которые определяют текущее внутреннее состояние автомата, зависимость выходных сигналов автомата и сигналов, подаваемых на входы запоминающих элементов, от сигналов, приходящих на вход автомата в целом, и сигналов, снимаемых с выхода элементов памяти.

Задача структурного синтеза синхронного автомата Мура, рассматриваемая в данной работе, заключается в кодировании состояний, задании автомата кодированными таблицами переходов и выходов и синтезе комбинационных схем, формирующих сигналы возбуждения заданного типа запоминающих элементов и выходные сигналы.

29

Пример

Постановка задачи. Спроектировать синхронный конечный автомат Мура с одним входом X и одним выходом Y. На вход автомата непрерывно поступает двоичная последовательность. Автомат должен распознать в ней последовательность 10110 и сформировать единичный сигнал на выходе Y. После обнаружения данной последовательности автомат прекращает работу. Возобновление работы автомата возможно только после приведения его в исходное состояние. Любые другие двоичные последовательности устанавливают Y=0. В качестве элемента памяти использовать JK-триггер.

Идея решения. Таблица переходов и выходов

Перевод словесного (возможно, неоднозначного) описания конечного автомата на обычном языке в формальное табличное описание является творческим процессом и самым важным шагом, так как именно здесь разработчик занимается собственно проектированием.

На этом шаге следует сгенерировать идею решения поставленной задачи. Один из возможных подходов состоит в следующем. Очередному правильному биту поставить новое состояние. Тогда число различных состояний автомата будет равно числу битов в распознаваемой последовательности плюс исходное состояние автомата, т.е. 5+1=6 состояний.

Присвоим каждому новому правильному состоянию автомата букву S c порядковым номером (табл. 3.1). Далее составим таблицу переходов и выходов следующим образом. Для каждого текущего состояния автомата будем рассматривать его переход в очередное состояние при входных сигналах Х=0 и Х=1.

В начальном состоянии S0 автомат ждет прихода первой единицы во входной последовательности. Он остается в начальном состоянии в течение всего времени, пока на вход поступают нули, и переходит в состояние S1, когда поступила 1.

Находясь в состоянии S1, автомат ждет прихода 0. Если поступает именно он, то автомат переходит в состояние S2; если нет, то автомат остается в состоянии S1.

30