Кодирование состояний управляющего автомата

Выбор способа кодирования внутренних состояний автомата, типа используемых элементов памяти и варианты структуры МПА - взаимосвязанные вопросы, решаемые параллельно. От их правильного решения зависит сложность комбинационной схемы проектируемого МПА.

Основным ориентиром при выборе структуры и метода кодирования является граф автомата, наглядно представляющий переходы между состояниями при выполнении автоматом заданной микропрограммы.

Кодирование заключается в сопоставлении каждому состоянию МПА набора состояний элементов памяти одинаковой длины. Если N - число состояний автомата, n - число ЭП, используемых для кодирования состояний, то n определяется из интервала

] log₂ N [ <= n <=N ,

То есть наименьшее число ЭП nесть ближайшее большее целое от log₂ N , а наибольшее число ЭП равно числу состояний автомата N.

Формального способа выбора метода кодирования состояний автомата предложить нельзя, можно лишь дать некоторые рекомендации, а окончательный выбор остается за разработчиком проектируемого МПА, который он делает после сопоставления вариантов.

Наиболее простым является унитарный способ кодирования, при котором n = N. Этот способ кодирования в совокупности с вариантом 3 структуры УА целесообразен в тех случаях, когда ]log2 N[ ненамного меньше N, иначе будут значительными затраты на память автомата, которые поглотят выигрыш от уменьшения цены КС, формирующей функции возбуждения ЭП

Другой простой способ кодирования связан с вариантами 4 и 5 структур УА на основе счетчика. Здесь состояния автомата кодируются последовательными двоичными числами, а формирование функций возбуждения ЭП на нестандартных переходах определяется типом элементов памяти, на которых построен счетчик. Этот способ кодирования и структуры УА целесообразен, как уже указывалось, для графов автомата, имеющих большое количество последовательных переходов.

Далее несколько слов о связи типа ЭП со способом кодирования. Среди различных типов триггеров особое место занимают синхронизируемые D-триггеры, имеющие вход данных D и вход синхронизации С. По сигналу С-входа триггер переключается в состояние, предписываемое D входом.

При использовании D-триггеров в качестве ЭП для получения смены состояний на каждом переходе (a_m -> a_s) сигналы возбуждения должны быть поданы на те триггеры, которые в коде состояния перехода a_s содержат "1". Отсюда основное требование к выбору кодов состояний: чем больше переходов в какое-либо состояние, тем меньше "1" должен содержать код этого состояния. Здесь удобно строить инверсные таблицы переходов. Этот способ кодирования позволит получить КС меньшей сложности.

Для триггеров, имеющих отдельные входы установки в "1" и в "0", (RS - триггеры, JК - триггеры) целесообразно использовать метод кодирования, минимизирующий число переключений ЭП, в сочетании с методом соседнего кодирования. При этом сначала следует выделить пары соседей 1-го и 2-го рода и закодировать их соседними кодами, используя диаграмму Вейча-Карно. А затем применить метод, минимизирующий число переключений ЭП.

Замечание.

При выборе числа элементов памяти следует учитывать, что в стандартных сериях логических элементов одна микросхема может содержать 2, 4 или 8 триггеров. Поэтому, если по расчетам, например, минимальное число ЭП получилось равным 3, то можно использовать 4 элемента памяти. Это позволит в большинстве случаев уменьшить цену КС для функций возбуждения ЭП.

Таким образом, после выбора типа ЭП и кодирования внутренних состояний автомата следует вернуться к структурной таблице переходов автомата и заполнить столбцы кодов состояний и столбец обязательных функций возбуждения ЭП.

При определении сигналов, которые должны быть поданы на входы триггеров для получения требуемой смены состояний на каждом переходе автомата, следует учитывать следующее.

При использовании D-триггеров сигналы возбуждения подаются на те триггеры, для которых в коде состояния перехода a_s записаны "1", то есть анализируется столбец кодов состояний перехода К(a_s) структурной таблицы.

При использовании RS- и JK-триггеров сигнал возбуждения подают на S-вход (J-вход), если на переходе триггер требует смены состояний 0 -> 1; сигнал возбуждения надо подать на R-вход (K-вход), если требуемая смена состояний триггера 1 -> 0.

При использовании Т-триггеров сигналы возбуждения подают на те триггеры, которые изменяют свое состояние на переходе (0 -> 1, 1 -> 0).