Структурні схеми автоматів

Задачі та основні етапи структурного синтезу

Автомат із числом внутрішніх станів більше двох є складним цифровим автоматом і реалізується на основі композицій деякого числа більш простих автоматів (тригерів).

При структурному синтезі цифрових автоматів використовується канонічний метод. Суть цього методу складається у зведенні синтезу автоматів до синтезу булевих функцій.

Рис.7.1. Загальна схема цифрового автомата

На рис. 7.1 комбінаційна схема L₂ використовується для реалізації зовнішніх сигналів керування y₁, y₂, …, y_j, за допомогою яких управляють об'єктом керування. Комбінаційна схема L₁ служить для одержання сигналів збудження входів тригерів. Перехід автомата з одного стану в інший виконується сигналом синхронізації C. Канонічний метод синтезу автомата складається з 6 етапів:

1. Кодування вхідних сигналів цифрового автомата (букв вхідного алфавіту) двійковими кодами на вхідних шинах X={x₁, x₂, … , x_i}.

2. Кодування букв вихідного алфавіту двійковими кодами на вихідних шинах автомата Y={y₁, y₂, … , y_j}.

3. Кодування внутрішніх станів автомата двійковими кодами станів тригерів Q={Q₁, Q₂, … , Q_m}.

4. Складання структурних таблиць автомата і запис систем функцій виходу і функцій збудження r₁, r₂, … , r_l входів тригерів.

5. Мінімізація систем функцій виходу і функцій збудження, і перетворення їх до заданого базису.

6. Побудова схеми автомата.

Структурні схеми автоматів

В загальному випадку комбінаційна схема в наведеній структурній схемі автомата може вирішувати кілька різних задач. Якщо цю схему розбити на підсхеми так, щоб кожна задача вирішувалося окремою підсхемою, то структурна схема автомата можуть бути представлена у вигляді, що представлений на рис. 7.2. У цій схемі комбінаційна схема КС1 формує функції виходу, КС2 – функції збудження елементів пам’яті, перетворювач кодів ПК1 використовується для перекодування вхідних сигналів, а перетворювач кодів ПК2 – для перетворення вихідних сигналів. Наявність перетворювачів кодів ПК1 і ПК2 не є обов'язковим у структурній схемі автомата, але в деяких випадках їх включення в схему дозволяє домогтися зменшення складності, спростити процес побудови або контроль роботи схеми автомата.

Рис.7.2. Структурна схема автомата з перетворювачами вхідних і вихідних сигналів

Необхідно відзначити, що вигляд структурної схеми автомата в значному ступені залежить від системи логічних елементів, що використовуються. Наприклад, при побудові схеми на елементах із синхронізацією, що зберігають результат логічної операції до моменту приходу сигналу, необхідність в елементах пам'яті часто відпадає. У цьому випадку структурна схема автомата може бути зображена у вигляді, наведеному на рис. 7.3.

Рис.7.3. Структурна схема автомата, побудованого на елементах із синхронізацією