Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Методика структурного синтеза






Задача структурного синтеза автоматов заключается в построении структурной схемы в виде композиции более простых автоматов, называемых элементарными, автоматами (ЭА) и комбинационных логических схем (КЛС).

Обычно в качестве ЭА выбираются автоматы Мура с двумя состояниями, которые должны удовлетворять требованиям полноты по переходам и выходам. В свою очередь КЛС должны удовлетворять требованию функциональной полноты реализуемых функций алгебры логики (ФАЛ). Наиболее известным методом решения данной задачи является канонический метод структурного синтеза [2, З], предусматривающий выполнение следующих шагов.

Шаг 1. Выбор набора элементарных автоматов (ЭА) Мура и системы логических элементов; наименьшее число ЭА определяется величиной ] log2n [, где n – число внутренних состояний автомата.

Шаг 2. Кодирование входных, выходных сигналов и внутренних состояний автомата; для борьбы с «состязаниями» ЭА применяется методика противогоночного кодирования, предотвращая любую возможность перехода в «чужое» состояние под воздействием входных сигналов; в результате строится кодированная таблица (проще -кодированный граф) переходов и выходов.

Шаг 3. Формирование по имеющейся кодированной таблице (графу) переходов и выходов функций возбуждения для каждого ЭА и выходных функций в виде соответствующих ФАЛ; синтез входной и выходной КЛС; для этой цели применяются классические методы минимизации ФАЛ.

В дополнение к каноническому методу структурного синтеза приведем ряд практических рекомендаций, учитывающих особенности современного элементного базиса и направленных на повышение эффективности синтезируемых относительно простых (см. варианты заданий) автоматов:

1. Выбор типа триггера в качестве ЭА оказывает вполне определенное влияние как на сложность реализации входной логики, так и конструкцию автомата в целом. На рис. 2.1 приведены графы переходов наиболее распространенных триггеров с одним входом.

Рис. 2.1. Граф схемы переходов: а) Т –триггера, б) D –триггера

 

Если граф переходов автомата содержит большое число петель возврата, то выбор D — триггера может привести к некоторому усложнению функций возбуждения. Такая ситуа­ция возникает, если единичное состояние D — триггера соответствует коду возвратного

состояния автомата. Как видно из рис. 2.1, б для сохранения этого состояния на вход D — триггера необходимо падать логическую единицу. Однако окончательное заключение о сложности входной КЛС можно сделать лишь по окончании ее синтеза с использованием как D –триггера, так и Т –триггера.

2. Еще труднее оценить сложность получаемой конструкции автомата по числу корпусов используемых микросхем (кристаллов).

При большом числе состояний автомата обычно выгоднее использовать D –триггеры. Так, микросхема ТМ8 серии К155 представляет из себя регистр из 4 D –триггеров (рис. 2.2), а микросхема ТМ9 той же серии – регистр из 6 D –триггеров, имеющих общие цепи синхронизации и установки в 0-е состояние.

Для получения Т –триггера лучше взять многоцелевой JK –триггер, объединив его J, К – входы на Т –вход. Оставшиеся R, S – входы могут использоваться для установки триггера в исходное состояние. Другие способы взаимного преобразования триггеров приводятся на стр. 73 в [5]. Следует заметить, что в одном корпусе микросхемы размещается меньшее число – триггеров (не более двух для микросхем серий К155, К555, К531). Поэтому, если граф переходов автомата имеет относительно небольшое число состояний и почти не содержит петель, предпочтение можно отдать использованию JK –триггера в качестве Т –триггера.

3. Необходимость борьбы с гонками в автомате не следует преувеличивать особенно тогда, когда время переключения триггеров (десятки, нс) много меньше периода поступления входных сигналов. Если же автомат (например, кодовый преобразователь) работает в реальном времени, предлагается кодировать состояние автомата, начиная с минимального числа триггеров (] log2n [) и в случае возникновения гонок последовательно увеличивать это число на 1.

4. С точки зрения упрощения входной КЛС определенный эффект может дать следующий прием. Наиболее «популярные» состояния (по числу заходящих дуг) абстрактного автомата предлагается кодировать наименьшим числом единиц.

Необходимо также предусмотреть возможность принудительной установки автомата в начальное состояние. Поэтому его необходимо закодировать с учетом условия установки всех триггеров в соответствующее состояние одним сигналом (Т или S). Можно также предусмотреть дополнительную возможность автоматической установки автомата в начальное состояние при выключении питания.

5. Для того чтобы не прибегать к построению громоздкой кодированной таблицы переходов, предлагается следующий прием формирования ДНФ функций возбуждения непосредственно по граф-схеме переходов автомата (см. рис. 3.4).

Пусть тип ЭА выбран и все состояния закодированы. Тогда, сравнивая коды смежных или возвратных (с петлями) состояний, для выбранного типа триггера (см. рис. 2.1) решается вопрос о необходимости подачи на вход i -гo триггера единичного сигнала V i=l. Этот факт отражается на соответствующей дуге граф-схемы переходов меткой V i,. Искомая функция возбуждения для i -гo триггера определяется совокупностью (сбором) всех меток V i, каждой из которых

 

Рис. 2.2. Примеры микросхем традиционных серий типа ТТЛ и ТТЛШ

сопоставляется конъюнкция состояний триггеров для исходящего (левого по дуге) состояния и входных (на дуге) сигналов. Для абстрактной модели Мили формирование ДНФ функций выходов осуществляется аналогичным путем.

6. В отличие от канонического метода синтеза следует не прибегать к «уплотняющему» двоичному кодированию входных и выходных сигналов, если последние имеют явный физический смысл (например, состояния кнопок, вход двоичного числа, фиксирующие и установочные сигналы) лишь при использовании на входе автомата предварительного синтезированного шифратора. Искусственное уменьшение числа входных/выходных сигналов, достигаемое за счет двоичного кодирования, создает лишь видимость упрощения автомата и не решает вопроса о последующем декодировании периферийных сигналов.

7. Если автомат содержит большое число выходов, то иногда бывает выгодно исходить из абстрактной модели Мура. Тогда каждый выходной сигнал определяется конъюнкцией состояний триггеров, определяющих соответствующее состояние автомата. Следует также рассмотреть вариант использования на входе автомата стандартной микросхемы дешифратора.

8. Синтез входной и выходной КЛС следует проводить с учетом свойств реальной элементной базы (см. рис. 2.2). Если формируемые ФАЛ содержат не более 5 – 6 переменных, их минимизацию проще всего проводить с использованием наглядных диаграмм Вейча или карт Карно (Карнау).

Полученные минимальные ДНФ следует преобразовать с использованием скобочных форм и правил де Моргана к виду, позволяющему применить схемы типа И, ИЛИ, составные логические схемы и мультиплексоры ТТЛ [5].

Дополнительные соображения на этот счет и эффективные приемы синтеза КЛС приводятся в практическом пособии И.С. Потемкина [б].

9. Качество синтезируемого автомата можно еще более повысить, если перейти к использованию настраиваемых логических микросхем повышенного уровня интеграции. К их числу относятся программируемые логические матрицы (ПЛМ), составляющие основу построения большинства управляющих схем микропроцессорных комплектов [4].

Структура ПЛМ определяется двумя матрицами М 1= K L, M 2= L F где К —число входов (входных шин), L —число элементарных конъюнкций (минитермов), ДНФ, F —число выходов (выходных функций). Предполагается, что внутри микросхемы каждый вход имеет инверсную шину, отмечаемую жирной черточкой (инвертором). Результат программирования ПЛМ представляется точками (соединениями) на пересечении соответствующих строк и столбцов Ml, M2. В случае если логика матриц Ml, M2 реализуется в терминах элементарных функций , следует помнить, что на входы Ml должны поступать инверсии входных сигналов, а выходы M2 заранее проинвертированы.

Будем считать, что синтезируемый автомат реализуется на ПЛМ с произвольной, но обозримой структурой соединений (заказной БИС). Можно также ориентироваться и на использование стандартных ПЛМ. В качестве примера назовем отечественную ПЛМ КР556РТ1, со структурой М1=16 48, М2=48 8. Вопросы повышения эффективности синтеза микропрограммных автоматов на ПЛМ достаточно подробно изложены в [3]. Здесь мы предлагаем использовать ПЛМ для синтеза автоматов более широкого класса.

Большая часть из приведенных рекомендаций носит многоальтернативный характер. Поэтому в процессе проектирования желательно синтезировать несколько логических схем, воплощающих искомый автомат.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.