Севастопольский национальный технический
Университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К выполнению курсового проекта
По дисциплине
«Прикладная теория цифровых автоматов»
Для студентов дневной формы обучения
Направления 6.0501 – «Компьютерная инженерия»
Севастополь
УДК 681.15
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Прикладная теория цифровых автоматов» для студентов дневной формы обучения направления 6.0501 – «Компьютерная инженерия» / Сост. Шалимова Е.М., Новоселов В.Г. – Севастополь: СевНТУ, 2010.– 20 с.
Целью методических указаний является оказание помощи студенту в изучении дисциплины «Прикладная теория цифровых автоматов». Данные методические указания содержат варианты заданий на курсовое проектирование, рекомендации по выполнению и оформлению пояснительной записки, а также список рекомендуемой литературы.
Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры кибернетики и вычислительной техники, протокол № 4 от 25.11.10.
Рецензенты:
Апраксин Ю.К., доктор техн. наук, профессор кафедры КиВТ;
Первухина Е.Л., доктор техн. наук, профессор кафедры ИС.
Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Ответственный за выпуск заведующий кафедрой кибернетики и вычислительной техники профессор Скатков А.В.
Содержание
1. Общие рекомендации по выполнению курсового проекта....................4
2. Задание на курсовое проектирование …………………….......................8
3. Содержание пояснительной записки ………………................................9
4. Варианты индивидуальных заданий ……..……………………..............10
Библиографический список..….…………………………………………20
Общие рекомендации по выполнению курсового проекта
Курсовой проект по дисциплине состоит в проектировании схем синхронного (СА) и асинхронного (АА) автоматов.
Курсовой проект выполняется по индивидуальным заданиям, приведенным в п.4 настоящих методических указаний.
Выполняемые в рамках проекта задачи, алгоритмы их решения должны быть изложены и обоснованы в пояснительной записке (ПЗ). Кроме того, решение задач должно сопровождаться необходимыми комментариями и включать анализ полученных результатов. ПЗ оформляется на листах формата А4. Приложением к ПЗ должны быть чертежи функциональных схем СА и АА, представленные на листах формата А3. Защита выполненных проектов проходит по графику, утвержденному заведующим кафедрой. За два дня до даты защиты студент должен представить на проверку оформленную ПЗ. Во время защиты студент должен продемонстрировать понимание поставленных задач и методов их решения.
Структура автомата в каноническом виде представляется как совокупность комбинационной схемы и памяти. В СА моменты времени, в которые происходят изменения состояний, задаются специальным сигналами – синхроимпульсами, в АА моменты перехода автомата из одного состояния в другое определяются моментами изменения входных сигналов. Это принципиальное положение позволяет по-разному реализовывать память синхронных и асинхронных автоматов. Память СА реализуется элементарными запоминающими устройствами – триггерами, память АА реализуется цепями обратных связей (рисунок 1).
|
Х1 Y1 Х1 Y1
|
Х 
n Ym Хn Ym
|
w 1
…wk... Z1 …… Z1
Zk Zk
 | |||||
 | |||||
 |
а) б)
Рисунок 1– Каноническое представление структуры
а) синхронного автомата;
б) асинхронного автомата.
КС– комбинационная схема, П– память.
Проектируемым АА является кодовый или секретный замок (СЗ), проектируемым СА, в зависимости от варианта, является СЗ или счетчик (регистр).
В общем случае, проектирование автомата состоит в выполнении следующих этапов:
─ формальное описание алгоритма работы автомата;
─ минимизация числа состояний (если необходимо);
─ кодирование состояний;
─ построение системы канонических уравнений;
─ синтез функциональной схемы, в которой должна быть обеспечена установка автомата в начальное состояние;
─ построение функционального теста (ФТ) и моделирование работы автомата;
─ расчет технических характеристик схемы.
Приведем функциональное описание автомата СЗ (рисунок 2). СЗ – цифровой автомат, который управляет открыванием двери или включает сигнал тревоги.
Пусть СЗ имеет четыре входа и два выхода. На входы Х1, Х2, Х3 СЗ поданы три управляющих сигналаот кнопок имеет К1, К2, К3, установленных на внешней стороне двери. Кнопка К4 установлена на внутренней стороне двери и служит для приведения замка в начальное состояние. Выход Y1 управляет задвижкой замка, Y2 – сигналом тревоги:
0, замок закрыт,
Y1=
1, замок открыт;
0, тревоги нет,
Y2=
1, тревога включена.
 |
Х1 Y1 Y1
Х2
Х3 
Y2
 |
Х4
Рисунок 2– Описание автомата СЗ в виде «черного ящика».
Поведение СЗ определяется двумя ключевыми последовательностями: открывающей последовательностью и последовательностью сброса тревоги. Дверь открывается при подаче на вход СЗ единственной открывающей последовательности наборов входных переменных. Приподаче любой другой последовательности дверь остается закрытой и включается сигнал тревоги. Пользователь имеет возможность выключить сигнал тревоги, если он введет единственную верную последовательность сброса тревоги. Если замок открыт, то нажатие любой кнопки закрывает его. В начальном состоянии замок закрыт, сигнал тревоги отсутствует. Если включен сигнал тревоги, то сначала следует его отключить, и только затем открывать замок. Для СА нулевой набор входных переменных является пассивным, т.е. не изменяющим состояния автомата.
Необходимые теоретические сведения для выполнения всех этапов проектирования СЗ, а также примеры выполнения каждого этапа, изложены в учебных пособиях [1-3].
Счетчики и регистры - основа структурных схем большинства существующих дискретных устройств. Счетчик – последовательностная схема, предназначенная для выполнения микроопераций счета и хранения слов; регистр – последовательностная схема, предназначенная для хранения слов и выполнения заданных микроопераций над ними.
Схемы счетчиков и регистров можно проектировать, используя общие подходы. Однако эти устройства характеризуются тем, что состояния элементов памяти и значения выходных сигналов совпадают. Таким образом, если известны выходные сигналы, то известны и значения внутренних переменных. Это позволяет использовать метод Фистера и строить систему уравнений автоматов непосредственно по исходному описанию их работы.
Структурно–функциональные описания счетчиков и регистров представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.
Zn Z2 Z1
 |
X1 X2
Рисунок 3 – Структурно-функциональное описание счетчика.
Zn Z2 Z1
 |
|
|
X2
a0
An a2 a1
Рисунок 4– Структурно-функциональное описание регистра.
На рисунках символами Z1 – Zn обозначены внутренние переменные автомата, символами X1,X2 – управляющиепеременные, которые инициируют выполнение соответствующей микрооперации. В описании регистра символами a0 – an обозначены внешние переменные, которые определяют поступающий код.
Количество разрядов счетчика определяется модулем счета, количество разрядов регистра – длиной обрабатываемых слов. Счетчики делятся на счетчики с естественным и с произвольным порядком счета. В свою очередь, счетчики с естественным порядком счета могут быть суммирующими и вычитающими.
Наиболее часто выполняемыми операциями в регистрах являются операции сдвига, приема и хранения кода.