2.2 Кодирование состояний цифрового автомата и выбор триггеров

Буквенным обозначениям полученных состояний присваивается двоичный код 8-4-2-1, чтобы кодовые комбинации имели меньше разрядов и, следовательно, меньше было триггеров. Соответствие кодовых комбинаций внутренним состояниям приведено в таблице 1.

Таблица 1 – Кодирование состояний МПА.

Состояние автомата	Двоичный код 8-4-2-1
	0000
	0001
	0010
	0011
	0100
	0101
	0110
	0111
	1000
	1001

Выполним подбор триггера. Так как начальное состояние автомата задано, и оно не соответствует нулевой комбинации, то регистр состояния строится на триггерах, если бы начальное состояние было «нулевое» то можно было бы выбрать МС регистр с параллельной записью. Переход автомата из одного состояния в другое происходит под действием входных сигналов . Изменения входных сигналов допускается только после окончания всех переходных процессов в автомате. Переход автомата в новое состояние связан с переключением триггеров. Скорость переключения их может быть не одинаковой. Выходные сигналы триггеров используются для управления этими же триггерами. Может случиться так, что один из триггеров, переключившись раньше другого, изменит сигналы на входах другого триггера так, что переключение второго триггера не состоится, то есть при переходе автомата в новое состояние может возникнуть ситуация, при которой не произойдет переключение всех триггеров, как предусмотрено законом функционирования данного автомата. Это явление называется явлением гонок. Наиболее удачным способом устранения гонок является использование двухступенчатых триггеров. В этом случае одна ступень запоминает исходное состояние автомата, а в другой происходит подготовка к переключению в новое состояние. Также можно использовать динамические триггеры, у которых переключение происходит в короткий момент времени, либо на фронте, либо на срезе.

В данной работе по заданию необходимо использовать микросхему 530ТВ10, которая представляет собой два динамических JK-триггера с инверсными синхровходами , МС изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Микросхема 530ТВ10

Данные от входов J и K переносятся на выходы и по отрицательному перепаду импульса . Когда импульс на входе переходит от высокого уровня к низкому, сигналы на входах J и K не должны изменяться. Информацию от входов J и K следует загружать в триггер, когда на входе присутствует напряжение высокого уровня. У триггеров микросхемы 530ТВ10 нет входа предварительного сброса (при ), имеется вход установки единичного состояния при [2].

Так как триггер перед началом работы нужно установить в начальное состояние, то соответствующие изменения будем учитывать при построении схемы цифрового автомата.

Число триггеров для построения схемы равно разрядности кодовой комбинаций состояний автомата. Число разрядов, исходя из таблицы 1 равно четырем, поэтому необходимо использовать 4 триггера, т. е. две микросхемы 530ТВ10. В таблице 2 указаны комбинации J и K при различных переходах.

Таблица 2 – Таблица переходов JK-триггера

Переход		K
00	0	-
01	1	-
10	-	1
11	-	0

Такая таблица составляется исходя из таблицы функционирования JK триггера, таблица 3.

Таблица 3 – Таблица функционирования JK-триггера

J	K
0	0
0	1	0
1	0	1
1	1

Рассмотрим пример заполнения первой строки таблицы 2. Для осуществления первого переход из 0 в 0 необходима одна из двух комбинаций входных сигналов:

1) J=0, K=0 (Q= Q₀); 2) J=0, K=1 (установка 0). Видим в обеих комбинациях J=0, а К может быть любым, то есть получили первую строку.

2.3 Построение графа

Задавать цифровой автомат удобно с помощью графа, который строиться на основе алгоритма, изображённого на рисунке 2. Графом называется непустое конечное множество узлов (вершин) вместе с множеством дуг (ветвей), соединяющих пары различных узлов. Граф обычно представляется в наглядной форме, при этом вершины изображаются точками или кругами, которые помечаются с целью идентификации, а ветви изображаются линиями, соединяющими соответствующие узлы. Вершины обычно соответствуют объектам некоторого вида (в цифровом автомате – внутренним состояниям), а дуги – физическим или логическим связям между ними. На дугах записываются условия перехода, под действием которых он имеет место, и выходные сигналы, которые при этом должны быть сформированы, такой граф называется ориентированным, если же направления не указанны то – неориентированным. Граф переходов автомата изображён на рисунке 4.

Рисунок 4 – Граф переходов микропрограммного автомата

Автомат находится в исходном состоянии , затем под действием управляющего внешнего сигнала он изменяет своё состояние на , при этом переходе должны быть сформированы выходные сигналы . Затем следует переход в состояние с формированием выходного сигнала . Далее идет переход в состояние с формированием выходного сигнала . Потом идет переход в состояние при этом переходе должны быть сформированы выходные сигналы Затем следует переход в состояние с формированием выходных сигналов .

Из состояния возможен переход в два состояния. В состояние автомат перейдёт, если признак (внешнее условие) равен 0 ( ), с формированием выходных сигналов . В состояние автомат перейдёт, если сигнал равен 1 ( ), с формированием выходных сигналов . Аналогично следует читать и весь граф.