КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Анализ и синтез работы последовательностных устройств
Содержание лекции: - анализ работы типовых последовательностных схем, этапы синтеза последовательностного устройства. Цели лекции: - изучить работу триггеров, получить навыки анализа работы типовых последовательностных схем, освоить методику синтеза конечных автоматов. Последовательностное устройство или конечный автомат – это устройство, выход которого определяется не только состоянием его входа, но и тем состоянием, в котором оно находилось в предшествующий момент времени. На рисунке 7 представлена одна из разновидностей конечного автомата, называемого автоматом Мура. Рисунок 7
Как видно из рисунка 7 конечный автомат состоит из комбинационного устройства и элементов памяти (ЭП), в качестве которых применяют триггеры. Аналитически работу автомата можно записать как . Синтез конечного автомата сводится к определению типа и количества элементов памяти, а также схемы комбинационного устройства в выбранном базисе. Триггер – это простейший автомат, который обладает двумя устойчивыми состояниями (1 и 0) и способен переходить из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. При определенной комбинации входных сигналов триггер не изменяет своего состояния, то есть он способен хранить один бит информации, поэтому он является элементарной ячейкой памяти и часто используется для организации триггерных структур памяти. По способу управления триггеры подразделяют на асинхронные, переключение которых непосредственно зависит от входных сигналов, и синхронные, переключение которых возможно только с поступлением синхроимпульса на специальный вход С, который может иметь как статическое, так и динамическое управление. В первом случае триггеры реагируют на информационные сигналы при подаче на вход С уровня логической 1 (прямой вход) или логического 0 (инверсный вход). Во втором случае триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении сигнала на вход С от 0 до 1 (прямой динамический вход) или от 1 до 0 (инверсный динамический вход). Синхронные триггеры со статическим управлением могут иметь двухступенчатую структуру), поэтому они всегда срабатывают по заднему фронту синхроимпульса. По функциональным возможностям триггеры подразделяют на асинхронные RS-триггеры с прямыми или инверсными входами, универсальный синхронный JK-триггер, Т-триггер (счетный триггер) и D-триггер (триггер задержки). На рисунке 8 соответственно представлены графические обозначения этих триггеров.
Рисунок 8
Как видно из рисунка 8 у всех триггеров для удобства использования предусмотрено два выхода: прямой и инверсный. Выходы триггеров принято обозначать буквой - прямой выход и - инверсный выход. Переключение RS-триггера с прямыми входами в состояние логической 1 происходит при S=1,R=0, а в состояние логического 0 при S=0, R=1, при этом вход S называется входом установки, а вход R – сбросом. При S=R=0, триггер хранит 1 бит информации, а комбинация S=R=1 – запрещена в силу неопределенности состояния триггера. RS-триггер с инверсными входами делает все наоборот. JK-триггер реагирует на входные информационные сигналы только при поступлении прямоугольного импульса на вход синхронизации С. Переключение JK-триггера происходит также, как у RS-триггера с прямыми входами, принимая, что J=S а K=R, за исключением одной комбинации J=R=1, при которой триггер будет переключаться в противоположное состояние при поступлении очередного синхроимпульса, а так работает Т-триггер. Отсюда вытекает способ построения Т-тиггера из JK-триггера. D-триггер способен задерживать прохождение информационного сигнала cо входа D на выход до поступления очередного синхроимульса, подаваемого на вход синхронизации С. Путем последовательного соединения триггеров можно построить такие типовые последовательностные устройства, как регистры и двоичные счетчики. В первом случае используют D-триггеры, во втором – T-триггеры. Регистры предназначены для записи, хранения и выдачи информации в виде двоичного кода числа. Занесение новой информации в регистр называется записью, ее вывод – считыванием, а установка в нулевое состояние – сбросом. Если запись и считывание производятся параллельно, то есть всеми разрядами одновременно, то регистр называется параллельным. Достоинство таких регистров – высокое быстродействие. Регистр, в котором код записывается и считывается последовательно во времени, то есть разряд за разрядом, называется последовательным. Достоинство таких регистров – возможность сдвигать двоичную информацию вправо или влево. Цифровой счетчик называется двоичным, если его коэффициент счета () будет равен по модулю два, то есть 2,4,8,16 и т.д. Коэффициент счета – это то количество счетных импульсов, которые надо подать на вход счетчика, чтобы он вернулся в исходное состояние. Если , где n – целое положительное число, то счетчик называется недвоичным. У суммирующего счетчика исходное состояние равно нулю, а с приходом очередного счетного импульса его состояние будет увеличиваться на 1. У вычитающего счетчика исходное состояние равно , а с приходом очередного счетного импульса его состояние будет уменьшаться на 1. Реверсивные счетчики могут работать как в режиме сложения, так и вычитания. Типовые разновидности регистров и счетчиков, обычно, выпускают в виде цифровых микросхем. Нетиповые регистры или счетчики можно синтезировать на базе логических элементов и триггеров. В качестве примера рассмотрим синтез синхронного счетчика на базе JK-триггеров с = 3. 1. Синхронный счетчик с = 3 строится на основе двоичного счетчика, состоящего из двух JK-триггеров, так как n = ] log [ = ] log 3 [» 2, где n – число триггеров в счетчике; ]log[ - двоичный логарифм, округленный до большого целого числа. 2. Число избыточных состояний счетчика равно М =22 –= 4 – 3 = 1, где: 22 – число устойчивых состояний двоичного счетчика. 3. Граф переходов счетчика и матрица переходов JK-триггера имеют вид, представленный на рисунке 9.
Вид перехода Входные сигналы
0 0 0 Ф 0 1 1 Ф 11 - избыточное состояние (*) 1 0 Ф 1 Ф – факультативное состояние 1 1 Ф 0
Рисунок 9
4. На основании графа и матрицы строим таблицу 3, которая соответствует таблице истинности функций возбуждения автомата. Таблица 3
5. Полученные в таблице 3 функции возбуждения минимизируем с помощью двух карт Карно, представленных на рисунке 10.
0 0
1 1
Рисунок 10
6. На рисунке 11 представлена схема реализации синтезируемого счетчика, полученная на основе минимизированных логических функций. 1 1
. 1 Q2
Рисунок 11 ЛЕКЦИЯ №4
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1030; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |