Синтез цифрового автомата

23

23

После заполнения таблицы 4 составляются логические выражения для комбинационной части схемы. Выходной сигнал   должен быть сформирован, если автомат находится в состоянии ; или в состоянии и признак ; или в состоянии и признаки ; или в состоянии ; или в состоянии и признак ; или в состоянии ; или в состоянии ;. Это выражение в виде логической функции имеет вид:

                                                                (1)

Аналогично записываются функции для выходных сигналов и для сигналов управления триггерами. Для упрощения функций применим закон склеивания и получим следующие выражения:

;                                                                   (2)

;                                                             (3)

;                                                                      (4)

;                                         (5)

.                                                                                            (6)

.                                                                                                   (7)

Сигналы управления триггерами:

;                                                                                              (8)

;                                                                                                          (9)

;                                                                                (10)

;                                                                                            (11)

           ;                                                                                 (12)

;                                                                                             (13)

;                                                                                            (14)

;                    (15)

2.5 Описание используемых элементов

Основные характеристики микросхемы серии 530.

Тип схемотехнической реализации выполняемых функций: ТТЛШ

Типовые параметры:

- время задержки распространения 3 нс;

- удельная потребляемая мощность 19 мВт/лэ;

- работа переключения 57 пДЖ;

- коэффициент разветвления по выходу 10;

- напряжение питания + 5В;

- максимальное напряжение питания +5,5 В;

- максимальное напряжение на входе +5 В;

- минимальное напряжение на входе -0,4 В;

- максимальная емкостная нагрузка 150 пФ;

- частота не более 50 МГц

Выпускается в металлокерамических корпусах с горизонтальным расположением  выводов типа FP и DIP.

Отклонение напряжения питания от номинального значения: ±10 % [3].

2.5.1 Выбор дешифратора и логических элементов

В схему необходимо ввести дешифратор; его назначение – преобразовать кодовую комбинацию памяти в состояние цифрового автомата. Из состава серии 530 выберем дешифратор/демультиплексор ИД7 рисунок 5. 

Рисунок 6 – Дешифратор/демультиплексор ИД7

В режиме демультиплексирования адресный код подают на вход D1, а один из входов Е используется как информационный. При этом, на два разрешающих входа подают логические уровни, при которых выполняется равенство , в предположении, что на произвольно выбранном информационном входе установлена логическая «1». Например, если выбрать в качестве информационного входа , то на входы и следует подавать лог. «0».

Принцип действия дешифратора иллюстрируется таблицей активизированных выходов (таблица 5).

Таблица 5 – Таблица активизированных выходов ИД7

Так как у автомата 11 состояний, а микросхема ИД7 имеет 3 входа 1-2-4, то используем две таких микросхемы. Чтобы первый дешифратор обрабатывал информацию для десятичных цифр от 0 до 7, надо выполнить условие: . В тоже время работа второго дешифратора заблокирована, на его информационном входе =0.

Когда требуется обработать информацию для десятичных цифр 8-11, то, наоборот, работа первого дешифратора должна быть заблокирована , а второй дешифратор воспринимает информацию на входы 1-2-4, . Причем логические уровни, поступающие  на входы и , могут быть любыми. Учтем это при построении схемы.

Также для построения схемы потребуются следующие логические элементы из 530 серии:

530ЛА1 - два логических 4-х входовых элемента И-НЕ;

530ЛА2 - логический 8-ми входовой элемент И-НЕ;

530ЛА3 – четыре логических 2-х входовых элемента И-НЕ;

530ЛА4 – три логических 3-х входовых элемента И-НЕ;

530ЛН1 – шесть логических элементов НЕ.

Для подачи входных и выходных сигналов в схеме предусмотрены разъёмы Х1 и Х2. В схему также подаются сигналы тактирования триггеров С и сигнал начальной установки (Н.У.). Сигнал С подается на входы всех триггеров, а сигнал начальной установки – на соответствующие вход триггеров, так чтобы при его подаче триггеры устанавливались в начальное состояние .

2.6 Построение схемы автомата. Описание работы на  переходе

Проанализировав используемые элементы, схему реализуем в базисе  И-НЕ, с этой целью логические функции (1)-(15) следует преобразовать по де Моргану, применив двойное инвертирование:

;     (16)

;                      (17)

;      (18)

;               (19)

;                                                                    (20)

;                                                             (21)

;                                                                                 (22)

;                                                           (23)

;                                                                                            (24)

;                                                                                             (25)

;                                                            (26)

;                            (27)

           ;                                                            (28)

;                                                                     (29)

.                                                        (30)

По полученным выражения (16)-(30) будем строить схему автомата, учитывая, что все входы МС дешифраторов, триггеров и логических элементов должны быть задействованы. Также будем учитывать, что в логических функциях (16)-(30) есть повторяющие элементы И-НЕ: для ; для ; для ; для ; для ; для ; для

Принципиальная схема цифрового автомата размещена в приложении А.

Для описания работы цифрового автомата задан переход . Для установки автомата в начальное положение необходимо подать высокий уровень (лог. 1) на шестой контакт разъёма Х1. Полученный уровень идет на 4й триггер (МС 530ТВ10), этот сигнал установит эти триггеры в состояние лог.1(остальные в состоянии лог. 0), в результате этого, (с учетом соединения дешифратора и триггера) на второй дешифратор поступит комбинация 0001. Тогда на первом(восьмом) выходе возникает сигнал лог. 0, следовательно, автомат находится в состоянии . На всех остальных выходах дешифратора лог. 1.

Далее лог. 0 с первого(восьмого) выхода дешифратора поступает на входs МС D6.2, D6.3, D6.4, логический 0 здесь будет являться активным уровнем, поэтому вне зависимости от сигналов на остальных входах этих элементов на их выходе образуется сигнал лог. 1. То есть на выходах МС D6.2, МС D6.3 и МС D6.4 будут  лог.1. Полученные логические 1 поступают на второй, третий и четвертый контакт разъёма X2, соответственно, получается выходной сигнал . Оставшиеся Y будут иметь сигнал лог. 0, так как на входы элементов будут приходить одни лог 1 и несовместность будет нарушена.

Также лог. 0 с первого(восьмого) выхода дешифратора поступает на 4 вход D3.2 это опять активный уровень, значит на четвертом выходе D3.2 образуется лог. 1. Она поступает на вход K4 четвертого триггера, и будет являться для него командой установки лог. 0. 

Установка данных состояний будет происходить не сразу, а лишь вблизи среза синхроимпульса, который подается с контакта 7 разъема Х1.

Таким же образом описываются формирования остальных сигналов. В результате перехода образуются сигналы , , , , , , которые поступают на соответствующие контакты разъёма Х2. Также образуются сигналы: на входе четвертого триггера; на остальные входы J и K триггеров будут поступать лог 0. После синхроимпульса третий и первый триггер переключатся, и на выходе триггеров образуется кодовая комбинация 0000. Она поступает на входы дешифратора, в результате чего, на его нулевом выходе возникает сигнал лог. 0, следовательно, автомат находится в состоянии . Далее происходят процессы, связанные с переходом автомата из состояния в . Делаем вывод, что автомат работает по алгоритму, приведённому на рисунке 2.