Программная реализация последовательных схем на микроконтроллере К1-20: Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине “Микропроцессорные информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте”

6.1.7.6. «Методические указания по отдельным видам занятий»

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: ”Автоматика и телемеханика на железных дорогах”

ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СХЕМ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ К1-20

Методические указания к лабораторной работе №4 по дисциплине “Микропроцессорные информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте”

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1997

Цель лабораторной работы - изучение методов программной   реализации последовательных схем (автоматов с памятью).

1.   ТРИ СПОСОБА ЗАДАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СХЕМ

Последовательная схема   или   конечный автомат (КА) может быть задана одним из трех способов:

1. Графом переходов;

2. Таблицами переходов и выходов;

3. Булевыми функциями [1].

Рассмотрим их на примере автомата,    имеющего один вход и один выход (рис.  1).

Рис.1

Алгоритм работы: лампа Zзагорится при числе нажатий кнопки X, кратном трем.

На рис.2 показан граф переходов состояний КА, представленного как автомат Мили.

Рис. 2

Вершины графа. соответствуют внутренним состояниям автомата, а дуги, обозначенные как Х/Z, переходам с соответствующим входом X и выходом Z. Состояния автомата имеют следующий смысл:

1 - начальное состояние, кнопка X отжата, лампа Zне горит(Х=0;Z=0);

2 - кнопка X нажата первый раз, лампа Z не горит (Х=1:Z=0);

3 - кнопка X отжата первый раз, лампа Zне горит (Х=0:Z=0);

4 - кнопка X нажата второй раз, лампа Zне горит (Х=1;Z=0);

5 - кнопка X отжата второй раз, лампа Zне горит (Х=0;Z=0);

6 - кнопка X нажата третий раз (число нажатий кратно трем),

лампа Z горит (Х=1;Z=1):

Другим способом задания алгоритма работы автомата является составление таблицы переходов (табл.1) и таблицы выходов (табл.2)

S	X         0              1
1	(1)              2
2	3              (2)
3	(3)              4
4	5              (4)
5	(5)              6
6	1               (6)

                                                                                   Таблица 1                              

S	X         0              1
1	0               0
2	0               0
3	0               0
4	0               0
5	0               1
6	0               1

                                                           Таблица 2

Строки таблиц соответствуют внутренним состояниям S автомата, а столбцы - состояниям входа X. В клетках таблицы переходов ука­зываются переходы автомата из одного состояния в другое, а в клетках таблицы выходов проставляются значения выхода 2, соот­ветствующие состояниям автомата.

При аппаратной реализации автомата производится кодирование его состояний, составляются кодированные таблицы переходов (табл. 3) и выходов (табл.4).

S	Y1 Y2 Y3	X      0        1
1	0 0 0	(000)     001
2	0 0 1	011     (001)
3	0 1 1	(011)     010
4	0 1 0	110     (010)
5	1 1 0	(110)     111
6	1 1 1	000     (111)
7	1 0 1	~        ~
8	1 0 0	~        ~

Таблица 3

S	Y1 Y2 Y3	X      0        1
1	0 0 0	0        0
2	0 0 1	0        0
3	0 1 1	0        0
4	0 1 0	0        0
5	1 1 0	0        1
6	1 1 1	0        1
7	1 0 1	~        ~
8	1 0 0	~        ~

Таблица 4

Затем вычисляются булевы функции для цепей включения элемен­тов памяти и выходных цепей. В данном примере будем считать, что в качестве элементов памяти используются линии задержки (на рис.3 представлены карты Карно для функций Y1, Y2, Y3, Z ), тогда авто­мат будет задан следующей системой функций:

В соответствии с тремя способами задания конечных автоматов рассмотрим три способа их программной реализации.

В дальнейшем будем рассматривать способы программной реализа­ции КА с использованием микроконтроллера К1-20 и языка ассемблер К-580.

Структура технических средств и программная модель микро-кон­троллера рассмотрены в [2], табл.1, табл.2, на рис.1. Для вво­да и вывода входной и выходной переменных используется параллель­ный периферийный адаптер (ППА), обозначенный на структурной схеме и программной модели как Д58 [2]. Формирование входной переменной X и индикация выходной функции Z производятся любым из одиночных тумблеров и светодиодов, расположенных на лицевой панели лабора­торного макета соответственно.