LOGIKA UKŁADÓW CYFROWYCH – LABORATORIA Olga Pawłowicz 200822

Piotr Czarny 200851

Grupa 2

Sprawozdanie nr 10

212 AUTOMAT ASYNCHRONICZNY

18.12.2013

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest nabycie praktycznej umiejętności projektowania automatów asynchronicznych statycznych z uwzględnieniem metod eliminacji hazardu i wyścigów, realizacji technicznej tych układów oraz zbadanie wpływu hazardu i wyścigów na ich pracę.

1. Wstęp Teoretyczny.

Automat asynchroniczny należy do grupy automatów pozbawionych zewnętrznej organizacji czasu (zewnętrznego taktowania). Zmiany stanów wewnętrznych występują bezpośrednio po wprowadzeniu sygnałów wejściowych. Automaty asynchroniczne wykazują wiele zalet m.in. można je budować z prostszych i tańszych elementów, jednakże brak synchronizatora stwarza inne problemy , związanie z występowaniem zjawisk hazardu i wyścigów.

Automaty asynchroniczne dzielimy na:

statyczne, czyli takie, które do sterowania wykorzystują tylko poziomy sygnałów.

dynamiczne

1. Przebieg ćwiczenia

   1. Zapoznanie się ze zjawiskami hazardu i wyścigów

Hazard statyczny polega na krótkotrwałych zmianach sygnału wyjściowego podczas zmiany jednego z sygnałów wejściowych.

Wyścigi powstawanie podczas przejść z jednego stanu do drugiego stanu pośredniego, na skutek niejednakowych opóźnień pracy elementów. Wystąpienie stanu pośredniego może powodować nieprawidłowe przejścia stanów automatu.

Przykład: Tabela przejść: Q1Q2\X1X2 00 01 11 10 Y1Y2 00 00 00 00 01 00 01 10 - 00 01 10 10 10 00 - 11 10 11 11 00 00 11 11 Przypuszczamy że stan wejść zmieni się z 10 na 00, co odpowiada przejściom stanu automatu z 01 do 10. Przejście to może odbywać się na 2 sposoby: Q1Q2: 01-> 00 -> 10 Q1Q2: 01-> 11 -> 10 W pierwszym przypadku sygnał O2 ustanowił się wcześniej niż O1. W konsekwencji podczas trwania stanu pośredniego Q1Q2=00 oraz jednoczesnego trwania sygnału wejściowego 00 może nastąpić przejście stanów wewnętrznych do 00 zamiast do 10. Zjawisko to nazywamy wyścigami.

1. Metody eliminacji wyścigów i hazardu

   1. Eliminacja wyścigów w tabeli przejść

Warunkiem wystarczającym do eliminacji wyścigów krytycznych jest takie zakodowanie stanów, aby podczas każdej ich zmiany zmieniał się co najwyżej jeden sygnał pamięci. Nie zawsze takie rozwiązanie jest możliwe.

Przykład: Tabela przejść: Q1Q2\X1X2 00 01 11 10 Y1Y2 q1 00 00 00 00 01 q3 01 10 - 00 01 q3 10 10 00 - 11 q4 11 11 00 00 11 Tabela po eliminacji wyścigów krytycznych: Q1Q2\X1X2 00 01 10 11 Y1Y2 q1 00 00 00 00 01 q3 01 11 00 00 01 q3 11 11 00 - 10 q4 10 10 00 00 10 Efekt uzyskano poprzez zmianę kodowania q3 i q4.

1. Eliminacja hazardu za pomocą tabeli Karnaugha

Możliwość wystąpienia hazardu można stwierdzić analizując siatkę Karnaugha danego układu. Jeżeli sąsiadujące ze sobą mintermy nie są pokryte przez wspólny implikant, hazard może wystąpić. Aby wyeliminować hazard należy umieścić dodatkowe implikanty, które pokrywają sąsiadujące mintermy.

Przykład 1: Przykładowa tabela Karnaugha ab\cd 00 01 10 11 00 1 1 0 0 01 1 1 0 0 10 1 1 1 1 11 0 0 0 0 Zaznaczono dwa implikanty użyte w realizacji funkcji. Komórki wypełnione oznaczają przejścia, przy których może wystąpić hazard. Wykorzystując siatkę Karnaugha łatwo można zaprojektować układ bez hazardu. Wystarczy umieścić dodatkowe implikanty, które pokrywają sąsiadujące mintermy. W omawianym przypadku będzie to jeden implikant b/c.

Przykład: Przedstawiamy tabelę przejść osobno dla Q1 i Q2 Q1Q2\X1X2 00 01 11 10 q1 00 0 0 0 q3 01 1 0 0 q3 11 1 0 - q4 10 1 0 0 Q1Q2\X1X2 00 01 11 10 q1 00 0 0 0 q3 01 1 0 0 q3 11 1 0 - q4 10 0 0 0 Określenie funkcji Q1=/x2(Q1+Q2)(Q1+/x1) Q2=/x2(x1+Q2)(/x1+/Q1) Wszystkie łączone grupy zazębiają się wzajemnie, nie wystąpi zjawisko hazardu

1. Schematy układów

   1. Schemat automatu zbudowanego z przerzutnikami RS

1. Schemat automatu zbudowanego w technice NOR ze sprzężeniami zwrotnymi

   

1. Wnioski

Oba schematy podłączono i działały poprawnie. Można zauważyć, że schemat w technologii NOR ze sprzężeniami zwrotnymi jest prostszy, i zawiera mniej elementów, natomiast należało przekształcić trzywejściową bramkę NOR, gdyż powyższej nie było w laboratorium.

Zastosowanie automatów asynchronicznych pozwala na zbudowanie prostych schematów, jednakże należy przeprowadzić eliminację szkodliwych zjawisk hazardu i wyścigów.