Особливості синтезу послідовнісних пристроїв

Всі послідовнісні автомати або пристрої можна поділити на три класи: асинхронні потенціальні автомати, асинхронні імпульсні автомати та синхронні автомати.

До основних функціональних ПП, що виконані, як окремі інтегральні мікросхеми СІС або ВІС, належать регістри, лічильники, тощо.

Структурний синтез ПП зводиться до побудови такої схеми автома­та, яка функціонує відповідно до заданих таблиць переходів і виходів автомата. Вихідними даними для структурного синтезу ПП є опис алго­ритму його функціонування, згідно з таблицями станів заданий елемент­ний базис ЛЕ і запам’ятовувачів iнформації, а у випадку побудови конструкції ВІС ПП - вимоги до електричних параметрів з урахуванням конструкторсько-топологічних особливостей реалізації вибраного еле­ментного базису. Процес структурного синтезу ПП можна розкласти на такі етапи:

1) оцінка складності алгоритму і при необхідності каскадування ПП;

2) формалізований опис aлгоритму функціонування пристрою або його каскаду;

3) мінімізація станів пристрою i визначення кількості запам’ятовувачів;

4) кодування внутрішніх станів пристрою;

5) складання таблиць переходів, a також функцій збудження i виходів та мінімізація останніх;

6) перетворення мінімізованих функцій збудження i виходів до за­даного функціонального безису ЛЕ i зaпам’ятовувачiв;

7) побудова структурної логічної схеми ПП;

8) тестування.

Критерієм якості економного способу кодування станів є простота схемної реалізації, яка передбачає мінімальне число ЛЕ. Цей спосіб кодування є ефективним особливо для синхронних ПП, бо наявність кіл синхронізації усуває у них такі недоліки, як змaгання (гонки) сигна­лів, що викликають ризик збою. Економний спосіб кодування полягає у тому, що суміжні кодові комбінації станів автомата відрізняються одна від одної тільки однієї цифрою (0 або 1).

Так само, як і у КС, у асинхронних ПП гонки мо­жуть виникати через різні затримки у спрацюванні запам’ятовувачів інформації. Між синтезом тригера на основі ЛЕ і синтезом ПП на основі триге­рів є певна різниця, яку треба враховувати у процесі проектування того чи іншого пристрою.

Логіка роботи будь-якого тригерa як послідовнісного автомата ха­рактеризується таблицями станів - переходів i виходів. Але враховуючи те, що тригер - це автомат Мура, у якого вихідна змінна уt+1 повторює значення його внутрішнього стану Qt+1 , можна обмежитись таблицею переходів тригера.

На основі таблиці переходів можна отримати функцію переходів тригера, тобто логічну функцію, яка показує зв’язок зміни стану тригера Qt→Qt+1 під дією комбінації вхідних сигналів. Якщо під вхідними сигналами Xit, тригера розуміти як iнформаційні, так i керуючі,сигнали, функцією переходів тригера є залежність Qt+1 = f(Qt, Xt), за якою, як і за таблицею переходів, можна визначити тип тригера. Як і у КП, функцію переходів тригера потрібно мінімізу­вати, наприклад, з допомогою карт Карно. Далі у заданому базисі ЛЕ можна будувати структуру тригера. Отже, для синтезу тригера у базисі ЛЕ досить мати мінімізовану функцію переходів тригера.

При синтезі послідовнісних схем на базі тригерів виникає оберне­на задача - треба визначити, при яких наборах вхідних змінних Xі той чи інший тригер перейде з відомого або заданого стану Qit у наступний стaн Qit+1 . Для цього служать таблиці переходів або матриці переходів тригера, які будуються зв принципом перебору всіх мож­ливих переходів Qt→Qt+1 (їх є чотири: 0→0, 0→1, 1→0, 1→1). Цим переборам залежно від типу тригера від­повідають конкретні комбінації вхідних сигналів, і в тому числі невизначені їх значення, які позначаємо тильдою “~”.