Этапы абстрактного и структурного синтеза распределителя импульсов

Словесное описание закона функционирования

Синтез распределителя импульсов в коде Грея

Распределитель импульсов должен формировать последовательно во времени на восьми выходах импульсы, совпадающие по времени со входными импульсами и паузами. То есть, на вход в моменты времени t₁ t₂…t_i …. t₈t₉…t_n, где n любое число, подаются последовательно импульсы и паузы произвольной длительности. При этом в исходном состоянии (в момент t₁) на входе отсутствует импульс (т.е. формируется пауза). На выходе 1 импульс (уровень единицы) появляется в момент t₁ (в исходном состоянии) и совпадает с паузой, на выходе 2 в момент t₂ (совпадает с импульсом) и т.д., на выходе 8 в момент времени t₈ (совпадает с импульсом). Далее состояние выходов повторяется циклически, если меняется состояние входа. Если состояние входа прекращает изменяться, то уровень единицы сохраняется на том выходе, на котором он существовал в этот момент, бесконечно долго.

Как известно, словесное описание закона (алгоритма) функционирования может неоднозначно толковаться.

Далее осуществим переход к формализованному описанию с помощью языка таблиц переходов (таблиц Хаффмена).

Формализованное описание исключит возможную неоднозначность понимания закона функционирования.

В таблице переходов 3.1 вход обозначен буквой «а». Исходное состояние устройства обозначено (1)^I1 при состоянии входа а=0, где символ I1 означает, что в исходном состоянии уровень единицы на выходе I1. Далее при формировании очередного состояния входа а=1, а=0.. и т.д. состояния устройства изменяется от состояния (2) до состояния (8), а затем устройство снова переходит в состояние (1), т.е. работает циклически. При этом при переходе к очередному устойчивому состоянию устройство принимает неустойчивое состояние, которое имеет такой же номер, но записано без скобок.

Каждому устойчивому и неустойчивому состоянию соответствует выход I (справа над записью состояния) с номером, соответствующим номеру состояния, на котором в этом состоянии формируется уровень 1.

Отметим, что в момент изменения состояния входа изменяется и состояние выхода устройства (неустойчивое состояние и соответствующее ему устойчивое состояние имеют одно и тоже состояние выхода). Это обеспечивает большее быстродействие устройства, так как реакция выходов появляется сразу после изменения состояния входа, до того как устройство переходит в устойчивое состояние, т.е. до того как переключаются элементы памяти, на переключение которых уходит время. Полученная первичная таблица переходов не требует дальнейшего преобразования, так как сжатие ее невозможно ввиду занятости всех клеток.

Далее необходимо каждому из внутренних состояний устройства, т.е. каждой строке таблицы, присвоить кодовую комбинацию, являющейся комбинацией состояний элементов памяти. При этом в совокупности кодовые комбинации примем соответствующими коду Грея. В коде Грея переход от одной кодовой комбинации к другой осуществляется измененной состояния только одного элемента памяти. Это позволяет исключить состязание элементов памяти, а следовательно исключить кратковременные паразитные импульсы на выходах распределителя. По отношению к счетчикам и распределителям, в которых происходит последовательное переключение триггеров (последовательный перенос) [3,11], достигается повышение быстродействия.

Кроме того, устранение одновременного переключения многих элементов, характерного для двоичных счетчиков и распределителей, исключает токовые импульсы в цепях питания, которых могут вызвать сбои в работе схемы.

Недостатком таких счетчиков является резкое увеличение числа элементов при увеличении коэффициента счета.

Следует отметить, что этот недостаток может быть в значительной степени устранен при использовании многоблочных структур устройств циклического действия, предложенных авторами, защищенных патентом на изобретение [28] и описанных в главе 4.

Последовательность комбинаций кода Грея может быть выбрана разной. Для выбора конкретной последовательности можно воспользоваться таблицей аналогичной карте Карно [3,5].

В качестве элементов памяти используем RS-триггеры с прямыми входами [рис. 2.2, Табл. 2.6]. Для кодирования восьми состояний используем три триггера в соответствии с формулой 2.1

На этом заканчивается этап абстрактного синтеза, в результате которого определены четыре объекта, характеризующие цифровое устройство: множество состояний входа (а=0, а=1), множество состояний выходов (I₁, I₂,…. I₈), множество внутренних состояний (S=8) и начальное состояние устройства (1).

Далее следует этап структурного синтеза, когда необходимо определить функции переходов триггеров и функции выходов. Эти функции в данном случае можно определить не прибегая к записи таблицы состояний и к алгоритмам минимизации (например методу Квайна-Мак-Класки) путем подбора соответствующих выражений для функций и убеждаясь при этом в невозможности исключить букву из полученного выражения. Соответствующие функции переходов F(R1), F(S1), F(R2), F(S2), F(R3), F(S3) и функции выходов F(I1), F(I2), ….. F(I8) приведены справа от таблицы 3.1. В соответствии с функциями переходов и выходов построен логический преобразователь (совокупность схем «И»). При этом все функции выходов являются конъюнкциями, входящими в функции переходов, что значительно сокращает количество используемых вентилей. Полная схема представлена на рис. 3.1. Отметим, что принцип построения подобного рода схем использован, например в [26].

Дата добавления: 2014-11-29