Особливості синтезу синхронних автоматів

У синхронних автоматах, на відміну від асинхронних, використовується тактовий сигнал С, що задає моменти часу, в які можуть мати місце зміни внутрішніх станів автомата. У синхронних автоматах здебільшого використовуються D- або JK-тригери. З особливостей роботи синхронних тригерів витікає, що зміна інформаційних сигналів не може викликати зміни стану ЕП. Звідси витікає, що особливість синхронних тригерів, яка полягає в тому, що інформаційні сигнали лише керують змінами станів тригерів, переноситься і на синхронні автомати. Тому, оскільки на всі тригери автомата синхросигнал подається одночасно, то вони і спрацьовують одночасно, незалежно від моменту подачі інформаційних сигналів.

У той же час, для синхронних автоматів, як відмічалось раніше, характерним є дискретний час, і стан автомата можна розглядати лише в дискретні моменти часу. Це дозволяє виключити з розгляду перехідні процеси, що протікають у комбінаційній схеми при зміні її вхідних сигналів.

Оскільки таблиці станів синхронних і асинхронних D- і JK-тригерів у цілому співпадають, то методи структурного синтезу синхронних автоматів ідентичні методам, використовуваним для синтезу асинхронних автоматів. У той же час, наявність синхронного режиму роботи всіх ЕП приводить до появи ряду особливостей проектування:

· комбінаційні схеми можуть проектуватись не вільними від гонок;

· допускаються несусідні зміни станів входу;

· допускаються критичні змагання ЕП, тобто допускається несусіднє кодування внутрішніх станів.

У великій кількості практичних задач із синтезу синхронних автоматів перехід від словесного опису до стандартних способів задання функцій переходів і виходів буває дуже простим. Тому для синхронних автоматів часто можливо, минаючи етап абстрактного синтезу, зразу ж перейти до етапу структурного синтезу. Таке спрощення процедури синтезу є наслідком використання синхронних ЕП, які виконують значно складніші функції, ніж асинхронні потенційні тригери.

Розглянемо приклад синтезу лічильника за модулем 5, що задається таблицею переходів (табл. 7.16) з використанням D- і JK-тригерів. Характеристичні таблиці переходів для D- і JK-тригерів приведені в табл. 7.17.

Таблиця 7.16.

Таблиця 7.17

Будуємо таблицю збудження для D-входів в D-тригерах (табл. 7.18).

Таблиця 7.18.

З цієї таблиці отримуємо функціональні залежності входів D-тригерів D₀ … D₂ від попереднього стану виходів тих же тригерів (функція збудження):

;

;

.

За отриманими функціями збудження розробляємо функціональну схему лічильника (рис. 7.30).

У початковому стані всі прямі виходи лічильника , а їх інверсні еквіваленти . Тому на вході тригера DD5 маємо , а на входах тригерів DD6 і DD7, відповідно, і . Тому при подачі синхросигналу DD5 записує на своєму прямому вході . Це приводить до зміни значень входів перед другим тактовим імпульсом. Тепер ми маємо, що , , і по фронту С обнуляється , а . Схема циклічно змінюватиме свої стани у відповідності до алгоритму роботи.

Рис.7.30. Схема лічильника на D-тригерах

Тепер розглянемо особливості синтезу з використанням JK-тригерів. Будуємо таблицю збудження для входів JK-тригерів (табл. 7.19).

Таблиця 7.19.

Після мінімізації знаходимо:

;	;
;	;
;	.

Схема лічильника з використанням синхронних лічильників приведена на рис. 7.31.

Рис.7.31. Схема лічильника на JK-тригерах

Легко проаналізувати і впевнитись, що робота схеми повністю відповідає заданому алгоритму.