книги / Реализация цифровых автоматов в системе Quartus фирмы Altera

51

Лабораторная работа №2 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОГО

АВТОМАТА-АКЦЕПТОРА (РАСПОЗНАВАТЕЛЯ) НА «ЖЕСТКОЙ» ЛОГИКЕ

Задание: синтезировать автомат-распознаватель заданной последовательности двоичного двухразрядного сигнала на «жесткой» логике.

Пример. Пусть необходимо распознавать последовательность 013 двоичного двухразрядного сигнала. При ее получении сформировать выходной сигнал z1 «верно», при нарушении последовательности – сигнал z2 «неверно».

Получим переключательные функции (ПФ), описывающие соответствующий конечный автомат-распознаватель последовательности (рис. 1).

a1 z1

Рис. 1. Автомат-распознаватель

Последовательность поступает на входы a, b конечного автомата (КА):

20 a 0 0 1

21 b 0 1 1

Это правильная последовательность изменения входов a, b в соответствии с заданием.

Возможны и неправильные последовательности из алфавита

{0,1,2,3}.

Ограничим возможные неправильные коды изменением только одного двоичного разряда.

52

Построим первичную таблицу переходов (ПТП, табл. 1) соответствующего конечного автомата-распознавателя последовательности 0 1 3.

Таблица 1

Получим минимизированную таблицу переходов (МТП, табл. 2).

Таблица 2

Теперь получим таблицу переходов-выходов (ТПВ, табл. 3).

53

Таблица 3

y(t)

Получаем все ПФ, описывающие наш автомат в символической форме:

По этим ПФ можно построить схему автомата, предварительно проведя минимизацию.

Используя ТПВ как карту Карно, получаем:

y(t +1) = b y;

z1yab = ab;

z2 yab = yb ab.

54

1. Выполнение эксперимента

Соберем схему автомата в произвольном базисе И, ИЛИ, НЕ

(рис. 2).

Рис. 2. Схема автомата–распознавателя последовательности 013

Здесь y(t+1) – вход соответствующего D-триггера. Подготовим данные для временного моделирования (рис. 3).

Рис. 3. Подготовка временного моделирования

55

Для задания требуемой последовательности входов нужно выделить мышью интересующий участок так, чтобы он был выделен голубым цветом, а затем использовать кнопки 1 или 0. Сформируем правильную последовательность 013. Сформируем синхросигналы CLK с помощью соответствующей кнопки, а также сигнал сбросапослезавершенияпоследовательности (рис. 4).

Рис. 4. Задание входных сигналов 013

Выполним моделирование (рис. 5).

Рис. 5. Результаты моделирования последовательности 013

56

Видим формирование 1 по z1. На «иголку» по выходу z2 не обращаем внимания. Синтез автомата с отсутствием таких выбросов – отдельная задача. Будем считать, что эта «иголка» некритическая, она не приведет к неправильной работе автомата.

Сформируем неправильную последовательность 02 (рис. 6).

Рис. 6. Моделирование последовательности 02

Видим, что формируется z2 = 1.

Сформируем неправильнуюпоследовательность010 (рис. 7).

Рис. 7. Моделирование последовательности 010

57

Все работает!

Измеряем задержку – примерно 11 наносекунд (рис. 8).

Рис. 8. Измерение временной задержки

2. Варианты заданий

Задание 1. Синтезировать автомат по заданной трехэлементной последовательности (табл. 4) и выполнить его моделирование на заданной элементной базе в «жесткой» логике.

Таблица 4

Задание 2. Синтезировать автомат по заданной четырехэлементной последовательности (табл. 5) и выполнить его моделирование на заданной элементной базе в «жесткой» логике.

Лабораторная работа №3 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ МИКРОПРОГРАММНОГО

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ НА «ЖЕСТКОЙ» ЛОГИКЕ ПО ЗАДАННОЙ ГСА

Задание: синтезировать микропрограммное устройство управления на «жесткой» логике по заданной графической схеме алгоритма (ГСА).

Пример. Построим микропрограммное устройство управления (МПУУ) на «жесткой» логике по заданной ГСА (рис. 1).

Начало

Конец

Рис. 1. ГСА работы МПУУ

Выполним отметку ГСА для автомата Мили. Получим отмеченную ГСА – ОГСА (рис. 2).

59

Начало

x Y0

Конец

Рис. 2. Отмеченная ГСА (ОГСА)

Получим граф автомата (рис. 3).

Рис. 3. Граф автомата

Построим обобщенную таблицу переходов-выходов для триггеров типа D (таблица).

60