Синтез устройства управления

Устройство управления представляет собой цифровой автомат. В зависимости от структуры различают два класса автоматов: автомат Мили и автомат Мура. Различие между ними заключается в том, что в автомате Мили управляющие сигналы зависят как от текущего состояния, так и от входных сигналов, а у автомата Мура - только от текущего состояния. В соответствии с этим можно выделить следующие преимущества : автомат Мили может иметь меньше состояний, чем аналогичный автомат Мура, но автомат Мура более помехозащищённый и надёжный. Таким образом, выбираем в качестве структуры устройства управления автомат Мура.

При синтезе цифрового автомата необходимо определить разрядность регистра состояний и синтезировать комбинационные схемы КС1 и КС2.

Построение автомата Мура начинается с создания графа, описывающего работу схемы. Граф, описывающий работу разрабатываемого устройства управления, представлен на рис.3.8

Рисунок 3.8 Граф переходов устройства.

Далее определяем разрядность регистра состояний по формуле:

n = ]log₂N[ (3.19)

где n - разрядность регистра состояния;

N - количество состояний в графе.

В нашем случае получим n = 2. Таким образом, для реализации регистра состояний потребуется два триггера.

По графу строим таблицу состояний цифрового автомата (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Обозначения управляющих сигналов:

V1 – запись информации в регистр RgX;

V2 – сброс регистра RgY;

V3 – запись информации в регистр RgY;

V4 – разрешение работы счётчика;

V5 – сигнал готовности результата Ready;

По таблице истинности определим функции, описывающие работу КС1 и КС2, и приведем их к заданному элементному базису. Для КС2:

; (3.20)

; (3.21)

. (3.22)

Для КС1:

; (3.23)

. (3.24)

Из равенства выражений для сигналов , и можно сделать вывод, что на этапе проектирования управляющего автомата выявляются возможности оптимизации, упущенные при разработке структурной схемы операционной части. Схема цифрового автомата представлена на рисунке 3.10.

Для реализации цифрового автомата потребуется 13 логических элементов и 2 триггера. Таким образом, мощность потребления определим по формуле

. (3.25)

Подставляя численные значения, получим:

.

Рисунок 3.10 Принципиальная схема управляющего автомата.

Максимальный путь сигнала через комбинационную схему КС1 равен 2-м элементам, и через КС2 – 2-м. Тогда время задержки комбинационных схем определим по формулам:

, (3.26)

. (3.27)

По формулам (3.26), (3.27) определим:

,

.

Время задержки и время предустановки регистра состояний будет полностью определяться соответствующими параметрами триггеров:

, .