Методика синтеза последовательностных схем

Логический синтез последовательностной схемы состоит из ряда этапов:

1 этап. Анализ технического задания;

2 этап. Формализация задания. Автомат обычно строится для управления каким-либо техническим объектом с нестандартным алгоритмом работы. Задание на разработку автомата, как правило, дается в виде словесного описания закона управления, допускающего неоднозначное толкование, поэтому задание необходимо формализовать. В процессе формализации задание уточняется и при необходимости корректируется. При этом разработчик либо сам должен хорошо знать условия работы объекта, либо иметь тесный контакт с заказчиком. Формализацию задания целесообразно разбить на ряд шагов:

а) 1-й шаг - формирование списка входных Х и выходных Z сигналов.

На входы Х автомата поступают:

- команды оператора или вышестоящего автомата;

- сигналы, описывающие окружающую обстановку;

- сигналы о ситуациях, возникающих в управляемом объекте.

Выходы автомата Z являются управляющими воздействиями на технический объект;

б) 2-й шаг - определение требуемого числа состояний автомата и требуемого объема памяти;

в) 3-й шаг - построение таблицы состояний или графа переходов.

Результатом 3-го шага является синтез абстрактного автомата. Это еще не схема, а лишь модель или алгоритм функционирования некоторого преобразователя кодовых последовательностей;

г) 4-й шаг - построение расширенной таблицы состояний или расширенного графа переходов.

Формальное описание абстрактного автомата не позволяет выполнить по нему синтез схемы заданного ЦА. Для этого необходимо дополнительно рассмотреть и формализовать не учтенные моделью абстрактного автомата вопросы:

- неиспользуемые (запрещенные) состояния автомата. Если из-за воздействия помехи автомат установится в неиспользуемое состояние, то он «зависнет» и никакие внешние сигналы не смогут вернуть его в рабочее состояние;

- начальная установка. При включении питания на выходах триггеров триггерной подсистемы автомата случайным образом устанавливаются уровни логического 0 или 1, поэтому состояние автомата будет не начальным, а случайным, в том числе может быть и неиспользуемым. По этой причине при включении питания автомат может «зависнуть». Для установки начального состояния используются способы:

1) первый холостой (установочный) прогон до конца цикла. Это допустимо, если цикл может начинаться с произвольной промежуточной точки;

2) ручная начальная установка (начальный сброс). Это техническое решение является устаревшим и обычно не используется;

3) автоматическая начальная установка при включении питания, например, с использованием RС -цепочки;

4) выполнение триггеров в схемах СИС и БИС асимметричными, чтобы при включении питания они устанавливались в необходимое состояние (0 или 1);

- совпадение входных сигналов во времени. Автомат, как управляющее устройство, должен реагировать на входные сигналы определенным образом. Однако возможности совпадения входных сигналов во времени, по крайней мере при наличии независимых источников, исключить нельзя.

В таблице состояний абстрактного автомата реакция на возможные совпадения сигналов не отражена, поэтому схема, построенная по такой таблице, может реагировать на совпадение входных сигналов самым неожиданным образом. Для исключения такой ситуации разработчик должен предусмотреть адекватные реакции автомата во всех случаях совпадения входных сигналов во времени.

В то же время в устройствах управления возможно реагировать при совпадении входных сигналов на наиболее важный из них, как на единственный в данный момент времени, а все остальные сигналы игнорировать. Ранжирование входных сигналов по приоритетам упрощает составление как таблицы состояний, так и синтез схемы автомата. При этом ранжировать нужно не все сигналы, а только порождающие конфликтные ситуации, прежде всего состояние неопределенности или генерации.

В результате устранения неиспользуемых состояний, выбора способа начальной установки и ранжирования входных сигналов строится расширенная таблица состояний или расширенный граф переходов;

3 этап. Синтез схемы цифрового автомата. Синтез схемы автомата целесообразно разбить на ряд шагов:

а) 1-й шаг – выбор типа триггеров. Однозначных рекомендаций по выбору типа триггеров, обеспечивающих наиболее простую реализацию автомата, не существует. В то же время схема автомата, как правило, получается более простой при выборе триггеров с меньшим числом активных входов, поэтому предпочтение следует отдавать RS - и JK -триггерам;

б) 2-й шаг - построение полной таблицы состояний или полного графа переходов с учетом выбранного типа триггеров;

в) 3-й шаг – синтез схемы триггерной подсистемы автомата;

г) 4-й шаг - построение ФАЛ или таблицы истинности комбинационной подсистемы автомата и ее минимизация;

д) 5-й шаг - синтез схемы комбинационной подсистемы автомата.