Technika cyfrowa

Wykład XIII

Asynchroniczne układy

sekwencyjne –

opis i minimalizacja

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 1

Technika cyfrowa

Plan wykładu

‹ Cechy i struktury asynchronicznych układów sekwencyjnych

‹ Tworzenie pierwotnych tablic

przejść-wyjść automatów

asynchronicznych

‹ Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-wyjść

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 2

Technika cyfrowa

Sekwencyjne układy asynchroniczne

‹ W układach asynchronicznych sygnały wejściowe x bezpośrednio oddziaływają na stan wewnętrzny układu, powodując jego zmianę.

‹ Nowy stan wewnętrzny ustala się po czasie τ, wynikającym z opóźnień elementów logicznych, od chwili zmiany stanu wejść

s(t + τ) = δ(s(t), x(t)

‹ W układach asynchronicznych wyróżnia się stabilne stany wewnętrzne trwające przez cały czas, gdy stan wejść się nie zmienia

s(t + τ) = s(t)

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 3

Technika cyfrowa

Sekwencyjne układy asynchroniczne

‹ W układach asynchronicznych wyróżnia się również stany niestabilne występujące w momencie zmiany stanu wejść.

s(t + τ) ≠ s(t)

‹ Dla zapewnienia prawidłowej pracy układu asynchronicznego wymagane jest spełnienie dwóch warunków:

Î przy zmianie stanu wejść zmienia się tylko jeden sygnał wejściowy

Î następna zmiana stanu wejść może nastąpić dopiero po czasie τ niezbędnym dla ustalenia się stanu wewnętrznego układu

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 4

Technika cyfrowa

Struktury automatów asynchronicznych

‹ układ kombinacyjny ze sprzężeniami zwrotnymi x

y

1

1

.

.

.

Układ

.

.

.

x

y

n

m

kombinacyjny

.

.

Q1

.

.

.

.

Qk

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 5

Technika cyfrowa

Struktury automatów asynchronicznych

‹ układ kombinacyjny z przerzutnikami statycznymi x

y

1

1

.

.

.

.

.

.

Układ

x

y

n

m

kombinacyjny

Q

.

1

.

.

.

.

.

Qk

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 6

Technika cyfrowa

Tworzenie pierwotnych tablic przejść-wyjść

‹ Na podstawie opisu słownego, wykresu czasowego lub grafu przejść buduje się tzw. pierwotną tablicę przejść-wyjść automatu.

‹ Każdej kombinacji sygnałów wejściowych i wyjściowych przypisuje się odrębny stan stabilny automatu

‹ Należy rozróżnić stany wewnętrzne o identycznych sygnałach wejściowych lecz różnych stanach następnych (stany obciążone różną historią) Piotr Kawalec

Wykład XIII - 7

Technika cyfrowa

Przykład tworzenia pierwotnych tablic przejść-wyjść

Przykład 1

‹ Zaprojektować układ sterowania lampami ostrzegawczymi umieszczonymi przed dwutorowym przejazdem kolejowym. Zakładamy że pociągi poruszają się po torach jednokierunkowo. Przy torach zostały umieszczone czujniki sygnalizujące pojawienie się pociągu. Czujniki wykrywają cały skład pociągu.

‹ Układ sterowania powinien zapewnić palenie się lamp ostrzegawczych od momentu wjazdu czoła pociągu na czujniki przed przejazdem, do momentu zjechania końca pociągu z czujników za przejazdem Piotr Kawalec

Wykład XIII - 8

Technika cyfrowa

Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-

wyjść

‹ Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-wyjść jest operacją prostszą niż minimalizacja tablic automatów synchronicznych:

Î tablice pierwotne są tablicami automatu Moore’a Î stany stabilne występują w wierszach pojedynczo

Î stan niestabilny może wystąpić tylko w tej kolumnie, w której występuje odpowiadający mu stan stabilny

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 9

Technika cyfrowa

Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-wyjść Def.

Dwa stany zgodne mające stany stabilne w jednej kolumnie nazywamy stanami pseudorównoważnymi

‹ Dla stanów pseudorównoważnych należy przeprowadzić minimalizację, uwzględniając możliwość warunkowej pseudorównoważności Î metodą tablicy trójkątnej

Î bezpośrednio z tablicy przejść-wyjść

‹ Po usunięciu stanów pseudorównoważnych w tablicy automatu asynchronicznego nie może wystąpić zgodność warunkowa

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 10

Technika cyfrowa

Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-wyjść Przykład 2 Usunąć stany pseudorównoważne w tablicy s x 00

01

11

10

y

1

1

4

10

--

--1 stany pseudorównoważne

2

--

2

8

9

00

1,3,5 pod warunkiem

3

3

2

10

--

01

2,4

4

1

4

--

9

00 stany 2,4

5

5

--

10

--

0--

8 i 10 pod warunkiem

6

3

6

8

7

00

3,5

7

1

6

8

7

01

8

3

--

8

7

00

9

1

6

8

9

11

10

5

--

10

7

00

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 11

Technika cyfrowa

Minimalizacja pierwotnych tablic przejść-wyjść Tablica po usunięciu stanów pseudorównoważnych s

x 00

01

11

10

y

{1,3,5} 1

1

2

5

--

01

{2

,4} 2

1

2

5

6

00

{6} 3

1

3

5

4

00

{7} 4

1

3

5

4

01

{8,10} 5

1

--

5

4

00

{9} 6

1

3

5

6

11

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 12

Technika cyfrowa

Wyznaczanie maksymalnych grup stanów zgodnych

‹ Tworzymy wykres zgodności na którym punkty odpowiadające stanom łączymy:

Î linią ciągłą jeżeli porównywane stany są zgodne i mają niesprzeczne wyjścia

Î linią przerywaną jeżeli porównywane stany są zgodne i mają sprzeczne wyjścia

‹ Stany połączone linią ciągłą tworzą grupy dla tablic automatu Moore’a

‹ Stany połączone w dowolny sposób tworzą grupy dla tablic automatu Mealy’ego

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 13

Technika cyfrowa

Tworzenie minimalnej tablicy przejść-wyjść

‹ Dla wyznaczonego zbioru maksymalnych grup stanów zgodnych tworzymy minimalną tablicę przejść Î przy łączeniu stanu stabilnego z niestabilnym otrzymujemy stan stabilny

‹ Dla automatu Moore’a tworzymy kolumnę wyjść

‹ Dla automatu Mealy’ego tablicę wyjść tworzymy w następujący sposób:

Î dla stanów stabilnych- wartości wyjść takie jak w odpowiadającej im tablicy pierwotnej Î dla stanów niestabilnych - wpisać wartość wyjścia dla docelowego stanu stabilnego jeśli występuje w wierszu, jeśli nie występuje - wpisać nieokreślony Piotr Kawalec

Wykład XIII - 14

Technika cyfrowa

Etapy minimalizacji tablic przejść-wyjść automatu asynchronicznego

‹ Znaleźć grupy stanów pseudorównoważnych i połączyć je

‹ Narysować wykres zgodności i wyznaczyć minimalny zbiór maksymalnych grup stanów zgodnych dla automatu Moore’a i Mealy’ego

‹ Wyznaczyć minimalną tablicę przejść-wyjść automatu Moore’a, oraz minimalną tablicę przejść automatu Mealy’ego

‹ Wyznaczyć tablicę wyjść automatu Mealy’ego Piotr Kawalec

Wykład XIII - 15

Technika cyfrowa

Przykłady tworzenia pierwotnych tablic przejść-wyjść

Przykład 3

‹ Zaprojektować układ sterowania dwoma wentylatorami chłodzącymi centralę telefoniczną.

Przy temperaturze t ≤ t1 oba wentylatory są wyłączone, przy t > t2 oba wentylatory są włączone, natomiast przy t1< t ≤ t2 powinien pracować ten wentylator, który ostatnio pojedynczo nie pracował

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 16