работа "Синтез дискретных устройств управления" (стр. 2 из 5)

Рис. 8

Управление часами с помощью конечного автомата

Нетрудно заметить, что пользоваться часами, которые имеют только вышеперечисленные функции практически невозможно, т.к. нельзя корректировать текущее время. Поэтому при проектировании электронных часов важнейшим является вопрос управления часами. Именно для такого управления извне предназначены внешние входы электронных часов (кнопки “a“ и “b” на рис.8.). Рассмотрим, как построить схему такого управления.

Опишем сначала работу проектируемых часов на пользовательском уровне. В основном режиме работы часы должны показывать текущее время. При этом пусть они не будут реагировать на нажатие кнопки “b”, а при нажатии “а” переходят в состояние корректировки минут (отображаются только минуты). Корректировка минут (только в сторону увеличения) будет производиться последовательным нажатием кнопки “b”. Пусть после каждого нажатия “b” в состоянии корректировки минут значение минут увеличивается на единицу.

Для корректировки значения часов следует ввести новое состояние. Пусть в это состояние можно перейти из режима корректировки минут, нажав кнопку “а”. Порядок изменения (установки) часов можно сделать по кнопке “b”, аналогично установке минут. Далее, нажав кнопку “а”, можно снова вернуться в основной режим (отображение времени). Корректировка, как уже говорилось, осуществляется добавлением единицы в соответствующий счетчик.

Теперь определим, какие управляющие воздействия надо подавать на схему в этом случае. Во-первых, управляющие сигналы “+1” должны подаваться в нужные моменты на счк3 и счк5 для корректировки (подвода) минут и часов. Во-вторых, нужно воздействовать на систему отображения так, чтобы человек мог различать три состояния (режима работы) часов: режим отображения текущего времени, режим корректировки минут и режим корректировки часов. Во время корректировки часов на индикаторе отображаются только часы, и отсутствие отображения минут может свидетельствовать, что схема находится в состоянии корректировки часов. Аналогично, отсутствие отображения часов будет свидетельствовать, что схема находится в состоянии корректировки минут. (Можно еще более наглядно отразить эти состояния схемы, например, периодическим миганием корректируемого значения).

Структурная схема таких часов представлена на рис. 9. На этом рисунке управляющие сигналы L1 и L2 разрешают (или запрещают) отображение часов и минут соответственно, а управляющие сигналы i1 и i2 подаются на дополнительные тактовые входы счетчиков для подвода минут (часов). Выработку управляющих воздействий i1, i2, L1, L2 на основе внешних сигналов a и b осуществляет в электронных часах устройство управления (УУ). Устройство управления, генератор тактовых импульсов (Г), индикаторные преобразователи (ИП) и счетчики (счк) вместе с их связями и образуют электронный блок часов (рис. 9). Нашей дальнейшей задачей является построение функциональной схемы устройства управления электронными часами.

Рис. 9

Очевидно, что управляющие сигналы L1 и L2 необходимо подавать постоянно, поскольку их значения используются непрерывно, а управляющие воздействия i1 и i2 - это кратковременные сигналы, которые подаются в момент нажатия внешних кнопок владельцем часов. Элементарные управляющие воздействия называют микрокомандами. Микрокоманды, действующие на схему продолжительное время, мы будем называть потенциальными, а микрокоманды с кратковременным воздействием - импульсными. Наличие двух типов управляющих элементарных воздействий - потенциальных и импульсных - является характерной особенностью дискретных управляющих устройств.

Перечислим теперь режимы работы часов, которые должно обеспечивать УУ и связанные с этими режимами микрокоманды:

1. Отображение времени: L1 = 1 и L2 = 1; сигналы i1 и i2 подаваться не должны.

2. Корректировка минут: L1 =0, L2 = 1; по сигналу “b” должен возникать импульсный сигнал i1.

3. Корректировка часов: L1 =1 и L2 = 0; по сигналу “b” должен возникать импульсный сигнал i2

Требуемое управление несложно задать с помощью конечного автомата Мили, состояния которого естественно сопоставить с указанными тремя режимами работы часов.

Входом в управляющий автомат являются преобразованные внешние воздействия, выходы - это два типа управляющих воздействий: импульсные и потенциальные. Структурная схема устройства управления электронными часами для нашего случая изображена на рис. 10. Здесь управляющий автомат является асинхронным, т.е. переход из одного состояния в другое может происходить в любой момент времени при наличии внешнего воздействия. В структурной схеме автомата (рис. 10) блоки F и ЭП - это функциональный блок и блок элементов памяти соответственно. Возможный вариант графа переходов такого управляющего автомата представлен на рис. 11. Здесь z1 и z2 обозначены выходные сигналы автомата, которые выполняют корректировку минут и часов. Можно заметить, что потенциальные сигналы являются функцией состояния автомата, в то время как импульсные появляются лишь в момент перехода.

Рис. 10. Рис. 11

Таким образом, значение импульсной микрокоманды (кратковременное воздействие) может быть отлично от нуля лишь во время перехода из одного состояния в другое. Потенциальная микрокоманда (продолжительное воздействие) действует в период нахождения автомата в определенном состоянии (или в группе состояний) и может измениться только при переключении автомата в другое состояние.

Построение функциональной схемы конечного автомата

В общем виде структура конечного автомата задается функциональным преобразователем (F) и блоком элементов памяти (ЭП). Как уже говорилось, потенциальные выходы автомата (микрокоманды) реализуются как функции состояния, запоминаемого в ЭП, а импульсные выходы реализуются в функциональном преобразователе F. Структурная схема управляющего автомата, таким образом, может быть представлена рис. 12.

Прежде чем приступать к реализации автомата рис. 11, заметим, что его граф переходов не полностью определен; переходы под воздействием сигнала “а” не имеют выходных сигналов, а из состояния “отображение времени” переход под воздействием сигнала “b” вообще не определен. Неопределенность первого типа, очевидно, означает следующее: в результате перехода под воздействием сигнала “а“ неявно предполагается, что на выходе возникает нейтральный сигнал, которому не соответствует никакой микрокоманды. Очевидный метод устранения этой неопределенности – это явное введение такого сигнала. Второй вид неопределенности - отсутствие перехода из состояния отображения времени под воздействием сигнала “b”- также должен быть устранен. Поскольку в этом состоянии внешний сигнал “b” может быть подан, следует явно определить реакцию автомата на этот сигнал. Примем следующее решение: в упомянутом состоянии автомат на входной сигнал “b” не реагирует, т.е. остается в том же состоянии, выдавая на выход нейтральный сигнал (обозначим его z3). Полностью определенный граф переходов управляющего автомата электронных часов представлен на рис. 13.

Рис. 12 Рис. 13

Этому графу переходов соответствует следующая таблица переходов.

Таблица 1

Вход	Текущее состояние	Следующее состояние	Выход
a	Отображение времени	Коррекция минут	z3
b	Отображение времени	Отображение времени	z3
a	Коррекция минут	Коррекция часов	z3
b	Коррекция минут	Коррекция минут	z1
a	Коррекция часов	Отображение времени	z3
b	Коррекция часов	Коррекция часов	z2

Для реализации автомата в соответствии с графом переходов (рис. 13) необходимо закодировать входы, выходы и состояния автомата двоичными наборами, после чего из графа или таблицы переходов можно легко построить таблицы истинности выходов схемы F и FL. В нашем случае для кодирования трех состояний достаточно двух двоичных разрядов. Выберем кодирование так:

Отображение времени ........ 00

Коррекция часов ........ 01

Коррекция минут ........ 11

Два входных сигнала “a” и “b” можно закодировать одним двоичным разрядом: x=1 для “a” и x=0 для “b”. Кодирование выходных импульсных сигналов проведем так, чтобы разряды кода соответствовали импульсным управляющим микрокомандам i1 и i2: пусть двоичный разряд у1 соответствует микрокоманде i1. Тогда:

y1 y2

z1 закодируем 1 0

z2 закодируем 0 1

z3 закодируем 0 0

Кодировка выходных потенциальных сигналов проста: каждый разряд кода соответствует одной потенциальной управляющей микрокоманде. Таких команд две, L1 и L2, поэтому теперь можно легко построить таблицы истинности для преобразований F и FL; обозначая q1 и q2 - двоичные разряды кода текущего состояния, а Q1 и Q2 -двоичные разряды кода следующего состояния, составляем Таблицы 2 и 3.

Таблица 2

Вход	Текущее	состояние	Следующее	состояние	Выход
X	q1	q2	Q1	Q2	y1	y2
0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	1	1	0	0
0	1	1	1	1	1	0
1	1	1	0	1	0	0
0	0	1	0	1	0	1
1	0	1	0	0	0	0

Таблица 3