Синтез цифрового автомата (стр. 3 из 5)
Разработка цифрового автомата по алгоритму функционирования
Рисунок 3. Элементы алгоритма
На рисунке 3 изображены элементы алгоритма. Размер a выбирается из ряда 10, 15, 22 мм. Допускается увеличение размера а на число кратное 5. Размер b равен 2a.
В этом разделе выполняется расчет и производится построение схемы цифрового автомата. Для этого требуется по заданному алгоритму функционирования определить множество внутренних состояний автомата, а множества выходных сигналов Y и входных сигналов X заданы алгоритмом. При практическом построении автомата обычно в начале задается его словесное описание с указанием конкретного объекта управления. Далее следует процесс формализации задачи. На этом этапе задание корректируется с учетом особенностей работы объекта, элементов, на основе которых будет построен автомат. В предлагаемой работе задание уже формализовано и представлено в виде алгоритма, где блок РЕШЕНИЕ указывает, какой входной сигнал (признак) определяет условие перехода, блок ПРОЦЕСС – какие выходные сигналы при данном переходе должен сформировать автомат.
Исходное состояние цифрового автомата
. Это значит, что автомат переходит в состояние 
в момент действия сигнала начальной установки. Выход из этого состояния происходит под действием внешнего сигнала, который в данной задаче не учитывается.
Рисунок 4. Алгоритм функционирования МПА
3. Разработка цифрового автомата по алгоритму функционирования
3.1 Определение состояний цифрового автомата по алгоритму
Построение графа
По приведенному алгоритму (рис. 4) при выборе состояний необходимо учитывать следующие рекомендации:
– исходное состояние соответствует заданию;
– следующее состояние выбирается в порядке возрастания после каждого блока ПРОЦЕСС;
– перед каждым блоком РЕШЕНИЕ, после каждой точки примыкания линии, указывающей направление перехода.
На алгоритме состояние обозначается либо точкой, либо крестиком.
По алгоритму функционирования определили, что схема цифрового автомата будет иметь 14 состояний
, где – исходное состояние.Таблица 1. Кодирование состояний ЦА
| Состояние автомата | Двоичный код | |||
 |  |  |  | |
 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| | 0 | 0 | 0 | 1 |
 | 0 | 0 | 1 | 0 |
 | 0 | 0 | 1 | 1 |
 | 0 | 1 | 0 | 0 |
 | 0 | 1 | 0 | 1 |
 | 0 | 1 | 1 | 0 |
 | 0 | 1 | 1 | 1 |
 | 1 | 0 | 0 | 0 |
 | 1 | 0 | 0 | 1 |
 | 1 | 0 | 1 | 0 |
 | 1 | 0 | 1 | 1 |
 | 1 | 1 | 0 | 0 |
 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Для разработки ЦА используем микросхемы серии КР1531, для построения схемы памяти – D-триггер. Каждое из четырнадцати состояний автомата закодируем четырехразрядными двоичными числами. Хранение каждого разряда двоичного кода использует по одному триггеру, следовательно, блок памяти будет являться четырехразрядным параллельным регистром на D-триггерах.
Таблица 2. Таблица переходов D-триггера
| Переход | D |
 | 0 |
 | 1 |
 | 0 |
 | 1 |
По алгоритму функционирования автомата построим граф. Состояние устройства в графе будет соответствовать вершинам (узлам графа), узлы соединяются дугами, показывающими направление перехода. На дугах записываются условия перехода и выходные сигналы.
Читать граф следует так: автомат находится в исходном состоянии
, затем под действием внешнего события он изменяет свое состояние на 
, при этом переходе должны быть сформированы выходные сигналы 
. Затем следует переход в состояние 
с формированием выходных сигналов 
. Из состояния переходим в , затем в 
. Из состояния возможен переход в состояние , либо 
. В состояние автомат перейдет, если внешнее условие (признак) 
равен 1 ( ) с выдачей управляющих сигналов 
, а в состояние автомат перейдет, если этот же сигнал равен 0 ( 
) и т.д. 
Рисунок 5. Граф переходов автомата
3.2 Получение аналитических выражений, преобразование в заданный базис
После построения графа переходим к заполнению таблицы функционирования комбинационного узла графа (см. Приложение 1 табл. 3). Предлагаемая таблица позволяет записать функции для любого числа переменных. Затем их следует внимательно проанализировать с целью возможного упрощения (минимизации) так как табличный способ не позволяет получить МДНФ или МКНФ. В этом случае оказывается достаточным к некоторым выражениям применить закон склеивания.
Заполняется таблица 3 по графу перехода автомата. Пример заполнения первой строки: исходное состояние
, которое закодировано как «0000», переходит в состояние 
с кодом «0001». Этот переход безусловный. Мы видим, что 
, а в новом состоянии 
. По таблице переходов D-триггера, чтобы получить , на вход 
в столбце «Сигналы управления триггерами» нужно подать 1, а на остальные 
подать 0. При данном переходе должны сформироваться сигналы . Аналогично заполняются остальные строки.