Глава 5.

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ ДИСКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА

5.1. Таблица состояний элементов памяти

Таблица состояний элементов памяти, которую иногда называют структурной таблицей переходов, составляется по минимизированной таблице переходов, где каждой строке таблицы задано определенное состояние элементов памяти ЭП.

Таблица состояний элементов памяти, которую в дальнейшем будем называть таблицей ЭП, содержит число столбцов, равное числу состояний входов, и число строк, равное числу внутренних состояний автомата. Единица в клетке матрицы свидетельствует о наличии сигнала на входе ЭП, нуль-о его отсутствии и тильда (~) - о безразличном состоянии (0 или 1).

Способ построения таблицы зависит от свойств и возможностей применяемого элемента. Если в качестве ЭП используется нейтральное электромагнитное реле, то на его вход должен подаваться сигнал в следующих случаях:

1.Во всех устойчивых состояниях строк таблицы переходов, у которых значение элемента памяти равно

1.

2.Во всех неустойчивых состояниях таблицы переходов, соответствующих номерам устойчивых состояний, указанных в предыдущем пункте.

Физически первый случай определяет удержание реле в рабочем состоянии, а второй случай соответствует срабатыванию реле. Поясним сказанное на примере. Пусть работа автомата задана таблицей переходов 5.1. Таблица имеет четыре строки, соответствующие четырем внутренним состояниям автомата. Следовательно, для кодирования четырех состояний требуются два ЭП. Зададимся кодом работы реле у] н УЛ, указанным в табл. 5.1.

Т а б л pi ц а 5.2

Из табл. 5.1 видно, что i/i=l во второй и четвертой строках, а г/2=1 в третьей и четвертой строках. В соответствии с первым случаем на вход t/i сигнал должен подаваться в устойчивых состояниях (2), (4) второй строки и (6), (7) четвертой строки, а в соответствии со случаем 2 - во всех неустойчивых состояниях, соответствующих номерам устойчивых состояний (2), (4), (6), (7). Такими неустойчивыми состояниями являются состояния 2 в первой и четвертой строках и 6 в третьей строке. Аналогично на вход У2 сигнал должен подаваться в устойчивых состояниях (3), (5), (6) и (7) и неустойчивых состояниях 3, 5, 6. Соответственно в первой, второй и третьей строках пустые клетки таблицы соответствуют безразличным состояниям, в которых ЭП может принимать значение «I» или «О».

Для удобства перехода к таблице ЭП и ее последующего упрощения поменяем местами третью и четвертую строки. Получим табл. 5.2. Записав условия работы ЭП, получим таблицы для реле yi (табл. 5.3) и для реле уг (табл. 5.4), где обязательные состояния отмечаются 1, запрещенные 0 и безразличные ~.

При использовании в качестве ЭП триггера типа RS, который переключается в состояние 1 при поступлении сигнала на вход S и отсутствии сигнала на входе R, а в состояние 0 при наличии сигнала на входе ./? и отсутствии сигнала на входе 5, в таблице ЭП необходимо указывать, на какой из входов подается сигнал при . включении или выключении триггера.

Из табл. 5.2. видно, что переключение триггера Yi из состояния и в состояние 1 производится при переходе из неустойчивых состоянии 2. и 6 в устойчивые состояния с теми же номерами а переключение из состояния 1 в состояние О-при переходе из неустойчивых состояний 1 и 5 в устойчивые состояния с теми же номерами. Поэтому в неустойчивых состояниях 2 и 6 должен подаваться сигнал на входе S и отсутствовать сигнал на входе R. Исключение составляет переход от устойчивого состояния (6) или (7) через неустойчивое состояние 2 к устойчивому состоянию (3) где состояние триггера не меняется.

В табл. 5.5 в клетках, соответствующих состояниям 2 и 6 табл. 5.2, записывается 10, а в клетках, соответствующих состояниям 1 и 5, записывается 0,1 где первая цифра определяет состояние входа 1 а вторая - состояние входа R. Во второй и третьей строках, где y1=1 в устойчивых состоядиях (2), (4), (6), (7) и неустойчивом состоянии 2, сигнал не должен подаваться на вход R, а состояние входа S безразлично. Поэтому в клетках таблицы ЭП, соответствующих указанным состояниям, записывается ~0. В первой и четвертой строках, где y1=0 в устойчивых состояниях (1), (3), (5) и неустойчивом состоянии 3, сигнал не должен подаваться на вход S, а состояние входа R безразлично. В клетках таблицы ЭП соответствующих данным состояниям, записывается 0 ~ (табл. 5.5). Аналогично заполняется табл. 5.6 для триггера Y2.

При использовании в качестве ЭП асинхронного триггера типа D, который переключается в

состояние 1 при наличии сигнала на входе и и возвращается в исходное состояние 0 при исчезновении сигнала на входе D, таблица ЭП будет соответствовать табл. 5.3 и 5.4, поскольку действие такого асинхронного триггера аналогично функционированию нейтрального электромагнитного

Если в качестве ЭМ используется триггер типа Т (см. табл. 2.3), который переключается при поступлении каждого импульса на его вход, то в нашем примере первый триггер Y1 должен из состояния 0 в состояние 1 в неустойчивых состояниях 2 и 6 и переключаться из состояния 1 в состояние. О в неустойчивых состояниях 1 и 5. Поэтому в таблице ЭП в клетках, соответствующих указанным неустойчивым состояпиям, записывается 1, а в остальных клетках, кроме тех, где указано безраличное состояние автомата, записывается 0. Аналогичным способом составляется таблица ЭП для триггера У2.

Последовательность выдачи сигналов на вход триггеров Y1 и У2 показаны соответственно в табл. 5.7 и

5.8.

Элемент памяти на триггере типа /А" переключается из состояния 0 в 1 при наличии сигнала на входе /

и безразличном состоянии входа К. и переключается из состояния 0 в 1 при наличии сигнала на входе /< и безразличном состоянии входа /. Поэтому в таблице ЭП в клетках, где указаны неустойчивые состояния, характеризующие переход триггера из состояния 0 в 1, ставится а в клетках с неустойчивыми состояниями, определяющими переход триггера из состояния 1 в 0, ставится (-1), где первое значение характеризует состояние входа /, а второе-входа К.

Для нашего примера (см. табл. 5.2) триггер Y1 переключается из состояния 0 в 1 в неустойчивом состоянии 2 первой строки и в неустойчивом состоянии 6, поэтому в клетках табл. 5.9, соответствующих состояниям 2 и 6, записывается 1~. Переключение триггера из состояния 1 в 0 осуществляется в неустойчивых состо яниях 1 и 5 табл. 5.2, поэтому в соответствующих клетках табл.

Таблица 5.9

5.9 записывается ~1.

В строках таблицы переходов, у которых значение ЭП равно 1 или 0 во всех устойчивых и неустойчивых состояниях, характеризующих переход к строке с тем же значением ЭП, се состояние не должно изменяться. В нашем примере в первой и четвертой строке, где y1=0, на местах устойчивых состояний (1), (3), (5) и неустойчивого состояния 3 табл. 5.2 в соответствующих клетках табл. 5.9 записывается (0~), а для второй и четвертой строки, где y1=1, на местах устойчивых состояний (2), (4), (6), (7) и неустойчивого состояния 2 записывается (~0). Аналогично для триггера У 2 в третьей и четвертой строках, где Y2=1, на местах устойчивых состояний (6), (7), (3), (5) и неустойчивого состояния 6 записывается в табл. 5.9 (~0), а для первой и второй строк, где У2=0, на местах устойчивых состояний (1), (2), (4) и неустойчивого состояния 2 записывается в табл. 5.9 (0~).

5.2. Таблица состояний выходов

Таблица состояний выходов имеет такое же состояние входов (столбцов) и такое же кодирование строк, как и минимизированная таблица переходов. Для построения таблицы состояний выходов (или кратко таблицы выходов) должны быть заполнены ее пустые клетки.

При заполнении пустых клеток необходимо учитывать возможность появления состязаний в результате возникновения кратковременных неправильных состояний выходов при переходе из одного состояния в другое. Если постоянная времени устройств, на которые воздействуют выходные сигналы больше, чем время появления кратковременных нарушений в последовательности появления сигналов, то можно не обращать внимания на появление состязаний. Однако если имеется возможность устранить состязания, то ею всегда следует воспользоваться при условии, что это не приведет к значительному усложнению всей схемы.

При разработке схемы автомата заданием. К их числу относятся:

обеспечение наиболее простой структуры выходных цепей;

обеспечение заданного времени появления сигнала на выходе;

отсутствие состязаний на выходах.

Рассмотрим на примере автомата, условия функционирования которого заданы табл. 5.2, как удовлетворяются эти требования. Автомат имеет два выхода Zi и zs, сигналы на которых появляются Б устойчивых состояниях, как показано в табл. 5.10.

возникают определенные требования, обусловленные исходным