Мікропрограмний автомат

Зміст 

1. Завдання ………………………………………………………………… 2

 

2. Теоретична  частина …………………………………………………… 3

 

3. Граф  МПА ……………………………………………………………… 9

 

4. Визначення  функцій збудження  D1, D0

   та  функцій виходів  K0, K1, K2, K3 ……………………………………… 9 

5. Функціональна схема пристрою …………………………………….. 11

 

6. Опис  принципової електричної  схеми пристрою …………………. 12

 

Таблиця істинності ПЗП …………………………………………………. 18 

Висновки  …………………………………………………………………… 18 

   Схема МПА, побудованого на основі ПЗП ……………………………. 19 

Література  …………………………………………………………………. 19 

Додатки …………………………………………………………………….. 20 
 
 

1. ЗАВДАННЯ

      Розробити схему електричну принципову та прошивку мікропрограмного керуючого автомату (МпКА), що функціонує згідно заданої  мікропрограми. 

 
 
 
 

2. ТЕОРЕТИЧНА  ЧАСТИНА

 

Цифрові автомати. Загальні відомості:

   Автомат - модель пристрою з кінцевою пам'яттю, призначена для обробки інформації. 

  Цифрові автомати - це логічні пристрої, у яких крім логічних елементів є елементи пам'яті. Значення вихідних сигналів такого пристрою залежить не тільки від аргументів на вході в даний момент часу, але і від попереднього стану автомата, яке фіксується елементами пам'яті. В якості елементів пам'яті можуть використовуватися тригери. Кожне внутрішній стан цифрового автомата визначається вихідним станом тригерів і послідовністю вхідних сигналів, що діють на вході в даний момент часу, тому такі пристрої називаються послiдовнiсних схем. До послiдовнiсних схем можна віднести - тригери, лічильники, регістри. У загальному випадку структурна схема цифрового автомата може бути представлена у вигляді набору трьох вузлів - комбінаційної схеми формування вихідних сигналів, комбінаційної схеми формування сигналів управління тригерами і, власне, пам'яті 

   В абстрактному змісті автомат - зовсім не чорний ящик, що переробляє послідовність вхідних дискретних сигналів у послідовність вихідних сигналів. У загальному випадку, автомат представляється схемою, основними частинами якої є логічний перетворювач і пам’ять. Логічний перетворювач складається з логічних елементів, з'єднаних один з одним у необхідну схему. У правильно спроектованому автоматі логічні елементи і весь логічний перетворювач можуть вважатися безінерційними, притаманні елементам запізнювання в зміні сигналів використовуються для створення пам’яті. В автоматі виділяються чотири види сигналів: вхідні, вихідні, проміжні і синхронізуючі. Якщо число вхідних і вихідних сигналів кінцеве, то схема представляє кінцевий автомат.

   Кінцевий  автомат - це схема, що має обмежений  набір станів. Роль кінцевих автоматів складається в тому, що будь-яка система (наприклад, програма), що володіє обмеженим набором можливостей, що можуть бути позначені окремими станами (чи навіть їх комбінаціями), може бути представлена кінцевим автоматом. Кінцеві автомати природні для програми керування (операційних систем) на комп'ютері та для трансляторів. Кінцевий автомат є моделлю, яка широко використовується при створенні різних пристроїв обробки інформації. 

• Класифікація  атоматів

 

   Розрізняють два класи кінцевих автоматів. Синхронний автомат характеризується тим, що генератор тактових імпульсів синхронізації впливає через вхід S на автомат, поділяючи час на такти. Інтервали часу між тактовими імпульсами повинні бути більше будь-якої затримки. Вихідні сигнали в синхронному автоматі зчитуються тільки під час видачі цих імпульсів, коли під впливом вхідних і проміжних сигналів автомат перейшов вже в новий стан. В асинхронному автоматі вихідні сигнали зчитуються в будь-який час, а перехід у новий стан визначається лише часом спрацьовування всіх логічних елементів, що входять у логічний перетворювач. На вхід S не подається ніякий сигнал (цей вхід відсутній).

   Пристрої, які створені на основі асинхронного автомата, характеризуються високою  швидкодією. Однак, синхронні автомати розробляються в більш короткий термін, легко налагоджуються і модифікуються. Синхронні автомати легко стикуються з комп'ютерами, що також є синхронними пристроями.

Кінцеві автомати створюються на базі Інтегральних Схем (ІС). Особливо зручна їх реалізація на основі програмувальних логічних матриць (ПЛМ). Часто логічний перетворювач виконується у виді однієї інтегральної схеми.

• Синтез  мікропрограмного автомата за схемою Уілкса-Стрінжера у вигляді автомата Мілі

 

   Побудувати  операційний автомат, що обчислює кількість парних елементів у двох одномірних масивах (A [n], B [m]).

   Мікропроцесорний  автомат необхідно реалізувати  за схемою Уілкса-Стрінжера у вигляді  автомата Мілі.

   Оптимальну  функціональну схему керуючих частин автомата синтезувати на елементах  системи І, АБО, НЕ, RS-, D - тригерах, доповнюючи її необхідними по алгоритму функціональними автоматами.

•   Змістовна схема алгоритму

   До  складу змістовної схеми алгоритму  входять операційні та умовні верхівки. Наш алгоритм виконує знаходження  кількості парних елементів у двох одномірних масивах розмірністю [n] та [m], використовуючи при цьому чотири (4) умовні верхівки і десять (10) операційних верхівок. Позначення операційних верхівок показано на Позначення умовних верхівок на Перевірка елементів масивів виконується від стовпчика до стовпчика. 

Керуючий пристрій з схемної логікою.

  На вхід комбінаційної схеми управління тригерами надходить комбінації

вхідних сигналів, комбінації сигналів, що відображають стан елементів пам'яті. З урахуванням цих множин комбінаційна схема формує серії сигналів, керуючих станом тригерів. Кодові комбінації стану тригерів утворюють внутрішні стану цифрового автомата, які прийнято позначати буквою a. Комбінаційна схема формування вихідних сигналів створює сигнали, які можуть використовуватися для керування деякими вузлами, для активізації процесів в інших схемах. Ці сигнали можуть залежати тільки від внутрішніх станів: у цьому випадку пристрій прийнято називати автоматом Мура. А якщо вихідні сигнали залежать і від вхідних сигналів, то - автоматом Мілі.

 
Таким чином, для завдання цифрового автомата необхідні три безлічі: 
- Безліч вхідних сигналів; 
- Безліч вихідних сигналів; 
- Безліч внутрішніх станів. 
На зазначених трьох множинах задають дві функції - функцію переходів і функцію виходів. Для автомата Мілі ці функції мають вигляд:

 

де - новий стан цифрового автомата, 
  - Попередній стан автомата, 
  - Вихідні сигнали поточного часу, 
  - Сигнали на вході в даний момент часу.

 
Для автомата Мура:

 

      Послідовність дій автомата з формування вихідних сигналів і сигналів управління тригерами з урахуванням вхідних сигналів може бути задана за допомогою алгоритму. Алгоритм фактично є формалізованим поданням завдання з побудови цифрового пристрою, де визначені групи вихідних сигналів для ініціалізації пристроїв схеми (наприклад, операційного пристрою процесора залежно від надходження тих чи інших вхідних сигналів). Задавати цифровий автомат зручно за допомогою графа. Графом називається непусті кінцеве безліч вузлів (вершин) разом з безліччю дуг (гілок), що з'єднують пари різних вузлів. Граф звичайно представляється у наочній формі, при цьому вершини зображуються точками або колами, які позначаються з метою ідентифікації, а гілки зображуються лініями, що сполучають відповідні вузли. Якщо кожній дузі також приписано напрямок, то такий граф називається орієнтованим. Якщо напрямки не вказані, то граф називається неорієнтованим. Дані подання корисні з огляду на їх наочності. Вершини зазвичай відповідають об'єктам деякого виду (у цифровому автоматі - внутрішнім станам), а дуги - фізичним або логічним зв'язкам між ними. Таким чином, графи можна використовувати для математичного моделювання найрізноманітніших систем і структур: електричних схем, обчислювальних мереж і т.д.

     У цьому розділі виконується розрахунок і проводиться побудова схеми цифрового автомата. Для цього потрібно по заданому алгоритму функціонування визначити безліч внутрішніх станів автомата, а безлічі вихідних сигналів Y і вхідних сигналів X задані алгоритмом. При практичному побудові автомата зазвичай на початку задається його словесний опис із зазначенням конкретного об'єкта управління. Далі слідує процес формалізації завдання. На цьому етапі завдання коригується з урахуванням особливостей роботи об'єкта, елементів, на основі яких буде побудований автомат. У пропонованій роботі завдання вже формалізовано і представлено у вигляді алгоритму, де блок РІШЕННЯ вказує, який вхідний сигнал (ознака) визначає умова переходу, блок ПРОЦЕС - які вихідні сигнали при цьому переході повинен сформувати автомат.

 
Початковий стан цифрового автомата. Це означає, що автомат переходить

в стан в момент дії сигналу початкової установки. Вихід з цього стану відбувається під дією зовнішнього сигналу, який у даній задачі не враховується. 

     Абстрактного  автомата граф (діаграма станів, англ. statechart) — спрямований граф, вершинам якого відповідають стани автомата, а дугам — вхідні сигнали. Якщо вхідний сигнал x_i спричиняє перехід автомата зі стану a_j в стан a_k, то на графі цьому факту відповідає дуга, позначена символом x_i, яка з'єднує вершину a_j з a_k. Такий граф задає функцію переходів автомата. Для визначення функції виходів, дуги цього графа позначаються ще й відповідними вихідними сигналами. Визначення автомата за допомогою його графа є особливо наочним за умов невеликої кількості станів.

     

     Приклад діаграми станів автомата. 

     Скінче́нний автома́т, є особливим видом автомату — абстракції, що використовується для описання шляху зміни стану об'єкту в залежності від досягнутого стану та інформації отриманої ззовні. Його особливістю є скінченність множини станів автомату. 

     Формально скінченний автомат — записується як п'ятірка <A, X, Y, δ, λ>, де A, X, Y — скінченні множини, які називаються відповідно множиною внутрішніх станів, множиною вхідних сигналів, та множиною вихідних сигналів, δ: A × X → A — функція переходів, λ: A × X → Y — функція виходів.