книги / Реализация цифровых автоматов в системе Quartus фирмы Altera
..pdf6) |
ПФ №29 |
22) |
ПФ №151 |
7) |
ПФ №183 |
23) |
ПФ №181 |
8) |
ПФ №248 |
24) |
ПФ №39 |
9) |
ПФ №234 |
25) |
ПФ №157 |
10) |
ПФ №77 |
26) |
ПФ №251 |
11) |
ПФ №253 |
27) |
ПФ №79 |
12) |
ПФ №249 |
28) |
ПФ №67 |
13) |
ПФ №71 |
29) |
ПФ №60 |
14) |
ПФ №224 |
30) |
ПФ №142 |
15) |
ПФ №229 |
31) |
ПФ №43 |
16) |
ПФ №90 |
|
|
51
Лабораторная работа №2 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОГО
АВТОМАТА-АКЦЕПТОРА (РАСПОЗНАВАТЕЛЯ) НА «ЖЕСТКОЙ» ЛОГИКЕ
Задание: синтезировать автомат-распознаватель заданной последовательности двоичного двухразрядного сигнала на «жесткой» логике.
Пример. Пусть необходимо распознавать последовательность 013 двоичного двухразрядного сигнала. При ее получении сформировать выходной сигнал z1 «верно», при нарушении последовательности – сигнал z2 «неверно».
Получим переключательные функции (ПФ), описывающие соответствующий конечный автомат-распознаватель последовательности (рис. 1).
a1 z1
b1 |
z2 |
|
Рис. 1. Автомат-распознаватель
Последовательность поступает на входы a, b конечного автомата (КА):
20 a 0 0 1
21 b 0 1 1
Это правильная последовательность изменения входов a, b в соответствии с заданием.
Возможны и неправильные последовательности из алфавита
{0,1,2,3}.
Ограничим возможные неправильные коды изменением только одного двоичного разряда.
52
Построим первичную таблицу переходов (ПТП, табл. 1) соответствующего конечного автомата-распознавателя последовательности 0 1 3.
Таблица 1
Получим минимизированную таблицу переходов (МТП, табл. 2).
Таблица 2
Теперь получим таблицу переходов-выходов (ТПВ, табл. 3).
53
Таблица 3
y(t)
Получаем все ПФ, описывающие наш автомат в символической форме:
y(t +1)yab = 1,4,5,7[0], |
|
|
= 7[0,1,2,4,5], |
z1yab |
|
z |
= 2,4[0,1,5,7]. |
|
|
2 yab |
|
По этим ПФ можно построить схему автомата, предварительно проведя минимизацию.
Используя ТПВ как карту Карно, получаем:
y(t +1) = b y;
z1yab = ab;
z2 yab = yb ab.
54
1. Выполнение эксперимента
Соберем схему автомата в произвольном базисе И, ИЛИ, НЕ
(рис. 2).
Рис. 2. Схема автомата–распознавателя последовательности 013
Здесь y(t+1) – вход соответствующего D-триггера. Подготовим данные для временного моделирования (рис. 3).
Рис. 3. Подготовка временного моделирования
55
Для задания требуемой последовательности входов нужно выделить мышью интересующий участок так, чтобы он был выделен голубым цветом, а затем использовать кнопки 1 или 0. Сформируем правильную последовательность 013. Сформируем синхросигналы CLK с помощью соответствующей кнопки, а также сигнал сбросапослезавершенияпоследовательности (рис. 4).
Рис. 4. Задание входных сигналов 013
Выполним моделирование (рис. 5).
Рис. 5. Результаты моделирования последовательности 013
56
Видим формирование 1 по z1. На «иголку» по выходу z2 не обращаем внимания. Синтез автомата с отсутствием таких выбросов – отдельная задача. Будем считать, что эта «иголка» некритическая, она не приведет к неправильной работе автомата.
Сформируем неправильную последовательность 02 (рис. 6).
Рис. 6. Моделирование последовательности 02
Видим, что формируется z2 = 1.
Сформируем неправильнуюпоследовательность010 (рис. 7).
Рис. 7. Моделирование последовательности 010
57
Все работает!
Измеряем задержку – примерно 11 наносекунд (рис. 8).
Рис. 8. Измерение временной задержки
2. Варианты заданий
Задание 1. Синтезировать автомат по заданной трехэлементной последовательности (табл. 4) и выполнить его моделирование на заданной элементной базе в «жесткой» логике.
Таблица 4
Наименование |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Последовательность |
023 |
102 |
132 |
131 |
231 |
232 |
320 |
313 |
310 |
202 |
Задание 2. Синтезировать автомат по заданной четырехэлементной последовательности (табл. 5) и выполнить его моделирование на заданной элементной базе в «жесткой» логике.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование |
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
Последовательность |
0202 |
0131 |
0232 |
0201 |
0102 |
0231 |
1020 |
1023 |
1013 |
|
|
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
18 |
Последовательность |
1310 |
1313 |
1320 |
1323 |
2310 |
2313 |
2320 |
2323 |
2010 |
|
|
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
|
27 |
Последовательность |
2013 |
2023 |
3201 |
3231 |
3132 |
3102 |
3101 |
3232 |
3131 |
|
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа №3 СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ МИКРОПРОГРАММНОГО
УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ НА «ЖЕСТКОЙ» ЛОГИКЕ ПО ЗАДАННОЙ ГСА
Задание: синтезировать микропрограммное устройство управления на «жесткой» логике по заданной графической схеме алгоритма (ГСА).
Пример. Построим микропрограммное устройство управления (МПУУ) на «жесткой» логике по заданной ГСА (рис. 1).
Начало
|
|
|
|
z1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
z4 |
|
z5 |
||
|
|
|
|
|
Конец
Рис. 1. ГСА работы МПУУ
Выполним отметку ГСА для автомата Мили. Получим отмеченную ГСА – ОГСА (рис. 2).
59
Начало
|
|
|
|
x |
Y0 |
|
|
|
|
z1 |
|
|
|
|
|
|
Y1 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z2 |
|
|
|
|
|
|
Y2 |
|
|
|
1 |
x |
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
|
|
Y3 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
0 |
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
z4 |
|
z5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
x Y0
Конец
Рис. 2. Отмеченная ГСА (ОГСА)
Получим граф автомата (рис. 3).
|
y1y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y1y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
~ / z |
|
01 |
|
|
|
|
|
|
Y |
|
z1 |
YY |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
0 |
|
|
|
11 |
|
|
|
|
xx2 |
/ z4 |
x22 /z5z5 |
|
|
~ / zz2 |
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xx / zz |
|
|
|
|
|
||
|
Y3 |
1 |
1 |
33 |
Y |
x |
z |
2z |
|
|
|
|
|
Y 2 |
x1 |
/ |
2 |
||
|
3 |
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
11 |
|
|
|
|
Рис. 3. Граф автомата
Построим обобщенную таблицу переходов-выходов для триггеров типа D (таблица).
60