Методические указания Пенза 1997 удк 681 06 (стр. 7 из 8)
– построение формальной модели управляющего автомата в виде прямой таблицы переходов;
– минимизация числа состояний управляющего автомата.
В качестве начального языка для описания алгоритма функционирования управляющего автомата с жесткой логикой используется язык СА. Размерность и вычислительная сложность задачи проектирования микропрограммного устройства управления с жесткой логикой намного превышает размерность и сложность аналогичной задачи для устройства с программируемой логикой. В силу этого дальнейшая методика проектирования и последующего моделирования будет изложена для фрагмента схемы алгоритма рис. ט, включающего вершины 9, 10, 11. Для большей общности во фрагмент добавлены вершины Начало и Конец. Выделенный фрагмент показан на рис. 17. По кодированной СА может быть построен граф переходов управляющего автомата, соответствующий автомату Мура или Мили. Автомат Мили имеет, как правило, число состояний меньшее, чем эквивалентный ему автомат Мура. Однако применение автомата Мили в качестве управляющего не всегда возможно.
Рис. 17 Фрагмент схемы алгоритма
В автомате Мили переход в новое состояние осуществляется одновременно с формированием выходных сигналов. Поэтому, если операционный автомат вырабатывает осведомительные сигналы сразу при поступлении управляющих сигналов возможна ситуация, когда автомат Мили еще не сменил состояние, а на его входы уже пришли новые осведомительные сигналы, требующие выполнения иного перехода. В силу вышеназванного замечания чаще управляющий автомат реализуется, как комбинированный автомат, у которого функции переходов реализуются как в автомате Мили, а функции выходов, как в автомате Мура. На рис. יח показан граф переходов управляющего автомата Мура для СА приведенной на рис. 18. Автомат первоначально находится в неизвестном состоянии SX, и на его выходах формируется неопределенный сигнал Х. По сигналу Сброс автомат переходит в начальное состояние S0. Слева от состояний SX, S0, S1, S2, S3 показаны выходные сигналы управляющего автомата Mi и Yi. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что при переходе автомата в начальное состояние S0 на его выходе необходимо формировать пустую микрокоманду М11, по которой в операционном автомате не выполняется никаких действий до появления сигнала Пуск.
Рис. 18 Графическая модель автомата
На основе СА или графа переходов строится таблица переходов управляющего автомата Мура, представляющая закон функционирования управляющего автомата. [2,6,7]. Для ее построения необходимо по исходной СА выполнить сквозную нумерацию всех вершин, каждой из которых поставить в соответствие состояние автомата. Если в СА имеются петли из логических условий, то ввести пустой оператор, который размещается при выходе из условной вершины, определяющей начало пути [2]. При построении таблицы переходов управляющего автомата Мура анализируются все пути между операторными вершинами, начиная с начальной вершины. По таблице переходов управляющего автомата Мура нетрудно построить таблицу переходов и выходов управляющего автомата Мили, объединяя состояния (события), переходы из которых полностью совпадают [1, 2]. В табл. 11 приведена таблица переходов для графа переходов показанного на рис. יח.
Таблица переходов
| Состояние автомата в | Входной | Состояние автомата в | Выходные |
| момент времени (t) | сигнал | момент времени (t+1) | сигналы |
| SХ | _____ Сброс | SХ | Х |
| Сброс | S0 | М11 | |
| S0 | ____ Пуск | S0 | М11 |
| Пуск | S1 | М7,Y6 | |
| S1 | V | S3 | M12 |
| __ V | S2 | M13 | |
| S2 | 1 | S3 | M12 |
| S3 | 1 | S3 | M12 |
4.2. Структурный синтез управляющего автомата.
Структурный синтез управляющего автомата включает следующие этапы:
– кодирование состояний управляющего автомата ;
– выбор элементов памяти;
– составление системы канонических уравнений (СКУ), на основе которой строятся функции возбуждения элементов памяти;
– составление системы выходных функций (СВФ), на основе которой строятся выходные сигналы управляющего автомата;
– реализация принципиальной схемы управляющего автомата.
Основой для структурного синтеза УА с жесткой логикой является таблица переходов управляющего автомата, полученная на этапе абстрактного синтеза. На ее основе строится кодированная таблица переходов, в которой каждому состоянию и выходному сигналу назначен его код. Табл. 12 является кодированной таблицей переходов автомата Мура, построенной на основе табл. 11 с произвольной кодировкой состояний управляющего автомата. Реализация управляющего автомата может выполняться с использованием различных элементов памяти [1], но наиболее просто она выполняется с использованием D-триггеров.
Кодированная таблица переходов
| Состояние автомата в | Код состояния | Входной | Состояние автомата в | Код состояния | Выходные сигналы | |
| момент времени (t) | Q1 Q2 | сигнал | момент времени (t+1) | Q1 Q2 | Мi | Yi |
| SХ | Х | _____ Сброс | SХ | Х | Х | Х |
| Х | Сброс | S0 | 00 | 0000 1010 | 0000 0000 | |
| S0 | 00 | ____ Пуск | S0 | 00 | 0000 1010 | 0000 0000 |
| 00 | Пуск | S1 | 01 | 0000 0110 | 0010 0000 | |
| S1 | 01 | V | S3 | 11 | 0000 1011 | 0000 0000 |
| 01 | __ V | S2 | 10 | 0000 1100 | 0000 0000 | |
| S2 | 10 | 1 | S3 | 11 | 0000 1011 | 0000 0000 |
| S3 | 11 | 1 | S3 | 11 | 0000 1011 | 0000 0000 |
Ниже на основе данных табл. יב строятся функции возбуждения D - триггеров D1 и D2, на которых реализуется управляющий автомат Мура. Для лучшего восприятия записей функций в них используется символ логического умножения (*).
__ __ __ __ __
D1 = S1*V U S1* V U S2*1 U S3*1 = Q1*Q2*V U Q1*Q2*V U Q1*Q2 U Q1*Q2 = Q1 U Q2;
__ __ __
D2 = S0*Пуск U S1*V U S2*1 U S3*1 = Q1*Q2*Пуск U Q1*Q2*V U
___ ___
Q1*Q2 U Q1*Q2 = Q1 U Q2*Пуск U Q2*V.
Ниже приведены выходные функции для отдельных разрядов микрооперации Мi (функции для дополнительных управляющих сигналов Yi не приведены, так как они строятся аналогично).
М8 = M7=M6=M5=0;
М4 = S0 U S2 U S3;
М3 = S1 U S2;
М2 = S0 U S1 U S3;
М1 = S3;
На рис. 19 приведена схема реализующая управляющий автомат с жесткой логикой, формирующая вышеописанные выходные сигналы M1-M8.
Рис. 19 Схема управляющего автомата
Так как выходные сигналы М8, М7, М6, М5 тождественно равны 0, то на схеме они показаны единым сигналом М8765. В схеме в качестве элементов памяти используется D-триггер с динамическим управлением, а смена состояний происходит по переднему фронту синхросигнала S.
4.3. Моделирование управляющего автомата с жесткой логикой
Моделирование управляющего автомата с жесткой логикой проводится на базе пакета PCAD и включает выполнение следующих этапов [4,5]:
– графическое представление принципиальной схемы управляющего автомата. Прорисовка принципиальной схемы выполняется программой PCCAPS с использованием библиотеки элементов серии К155. Библиотека включает графические изображения и программы моделирования микросхем серии К155, К1533 и К1534 [5];