Синтез конечных автоматов

наглядности будем полагать, что пустые ячейки в картах Карно являются неопределёнными.

6.   Формирование функций выходов и функций возбуждения памяти автомата.

Функция выходов:

В качестве элементов памяти возьмём RS-триггеры.

Функции выходов RS-триггеров:

Таблица формирования функций возбуждения элементов памяти автомата:

7.  Минимизация функции выходов и функций возбуждения памяти автомата, отображение результатов на картах Карно.

8.  Составление логической схемы устройства.

Логическая схема устройства приведена в Приложении №1.

9.  Выбор метода обеспечения контролепригодности и преобразование схемы устройства.

Для повышения контролепригодности разрабатываемого устройства можно предусмотреть ряд мер:

1) Обеспечение простоты начальной установки элементов памяти. В схеме должна обеспечиваться возможность установки всех элементов в начальное состояние.

2)   Улучшение характеристик наблюдаемости можно достичь за счет обеспечения доступа к ключевым точкам схемы.

Преобразованная логическая схема с учётом контролепригодности представлена в Приложении №2.

10. Выбор элементной базы.

Основные параметры типовых ИС:

_.- средняя потребляемая мощность.

_.- время задержки распространения сигнала типовое, максимальное.

- потребление энергии на один бит информации (энергия переключения).

В соответствии с вариантом рассчитываем параметры:

P = 132 мВт

f=0,85 МГц       t_пер = 1/8f = 147 нс

В соответствии с логической схемой допустимая глубина схемы должна быть не менее 11, а сложность – 67.

Допустимые значения внешних воздействующих факторов:

Характеристики надежности и сохраняемости ИС:

Данная серия удовлетворяет техническому заданию.

11.  Преобразование схемы устройства с учетом выбранной элементной базы.

12. Разработка принципиальной схемы устройства.

Чтобы исключить низкочастотные помехи, на печатных платах вблизи разъёма устанавливают развязывающие конденсаторы. Для ТТЛ ИС их ёмкость обычно выбирается из расчёта не менее 0.1 мкФ на одну ИС.

Для исключения ВЧ помех, развязывающие конденсаторы рекомендуется размещать по площади печатной платы из расчёта один конденсатор на группу не более чем из 10 ИС. Для ТТЛ ИС их ёмкость обычно выбирается из расчёта не менее 0.002 мкФ на одну ИС.

Выберем для установки на плате один конденсатор типа КМ-6-Н90-2.0мкФ и два конденсатора типа КМ-6-Н50-0.1мкФ.

13.  Расчет основных показателей устройства.

Оценим быстродействие полученной схемы. Для этого рассмотрим путь прохождения сигнала от входа к выходу максимальной глубины:

НЕ→2И-НЕ→4И-НЕ→ НЕ →2И-НЕ→ТР1(2И-НЕ + 3И-НЕ) →3И-НЕ→3И-НЕ→НЕ→2И-НЕ

Таким образом, t.з=9,5+9,5+4+(9,5+14,5)+14,5+14,5+9,5+9,5=95 нс

Максимальная тактовая частота синтезированной схемы равна 1.05МГц, что соответствует требованиям технического задания.

Максимальная потребляемая схемой мощность определяется исходя из характеристик ИС и вариантов их коммутации. Вычислим потребляемую схемой мощность как сумму произведений потребляемых микросхемами мощностей на количество микросхем:

Pмакс= 7*4мВт(КР1533ЛА3)+ 7*6мВт(КР1533ЛА4)+ 2*10мВт                  (КР1533ЛН1)+ 3*8мВт(КР1533ЛА1)= 114 мВт.

Технические характеристики серии КР1533:

- диапазон рабочих температур -10⁰ С до +70⁰ С ;

-f тактовых импульсов до 70 МГц

Элементы Серии КР1533 слабо зависит от t и f.

Интенсивность отказов устройства, содержащего разнотипные элементы, определяется следующим соотношением:

Среднее время наработки на отказ устройства составляет:  

Перечень комплектующих элементов устройства и значений интенсивности их отказов:

Время наработки на отказ составит:

 часа.

14.  Моделирование работы устройства и составление временной диаграммы его работы, анализ правильности функционирования.

Моделирование осуществлялось в Turbo Pascal 7.0

Код программы:

program kurs;

uses crt;

const

     n=39;

type

    mas=array[1..n] of integer;

var

   x1,x2,y:mas;

   q1,q2,q3,q4,q5,sq1,sq2,sq3,sq4,sq5,r1,r2,r3,r4,r5,rr3:integer;

   a,b,i,k,nq1,nq2,nq3,nq4,nq5,s1,s2,s3,s4,s5,nx1,nx2:integer;

   p:boolean;

procedure out(x:mas);

var

   i,j:integer;

   p:boolean;

   s1,s2:string;

begin

     p:=false;

     s2:=' ';

     s1:=s2;

     for i:=1 to n do

         if x[i]=1 then begin

            if not p then begin

               s1:=s1+'Ъ';

               s2:=s2+'Щ';

            end

            else begin

               s1:=s1+'Д';

               s2:=s2+' ';

            end;

            s1:=s1+'Д';

            s2:=s2+' ';

            p:=true;

         end

         else begin

            if p then begin

               s1:=s1+'ї';

               s2:=s2+'А';

            end

            else begin

               s1:=s1+' ';

               s2:=s2+'Д';

            end;

            s1:=s1+' ';

            s2:=s2+'Д';

            p:=false;

         end;

         writeln(s1);

         writeln(s2);

end;

procedure zadx1(n:integer; var x:mas);

var

   i,k:integer;

begin

     for i:=1 to n do begin

         k:=(i div 4) mod 2;

         if k=1 then x[i]:=1

         else x[i]:=0;

     end;

end;

procedure zadx2(n:integer; var x:mas);

var

   i:integer;

begin

     for i:=1 to n do

         read(x[i]);

end;

function nand2(v1,v2:integer):integer;

begin

     if v1*v2=1 then nand2:=0;

     if v1*v2=0 then nand2:=1;

end;

function nand3(v1,v2,v3:integer):integer;

begin

     if v1*v2*v3=1 then nand3:=0

     else nand3:=1;

end;

function nand4(v1,v2,v3,v4:integer):integer;

begin

     if v1*v2*v3*v4=1 then nand4:=0

     else nand4:=1;

end;

function non(v1:integer):integer;

begin

     if v1=1 then non:=0;

     if v1=0 then non:=1;

end;

function rs(v1,v2,v3:integer):integer;

begin

     if (v1=1) and (v2=1) then rs:=v3

     else if v1+v2=0 then begin writeln(v1,v2);

                                readln; end

          else if v1=0 then rs:=1

               else if v2=0 then rs:=0;

end;

begin

     clrscr;

     randomize;

     zadx1(n,x2);

     writeln('x2');

     out(x2);

     writeln;

     zadx2(n,x1);

     readln;

     q1:=0; nq1:=1;

     q2:=0; nq2:=1;

     q3:=1; nq3:=0;

     q4:=1; nq4:=0;

     q5:=1; nq5:=0;

     for i:=1 to n do begin

         k:=0;

         repeat

               k:=k+1;

               sq1:=q1;

               sq2:=q2;

               sq3:=q3;

               sq4:=q4;

               sq5:=q5;

               nx2:=non(x2[i]);

               nx1:=non(x1[i]);

               s1:=nand3(nx2,nq1,nand2(nx1,nq2));                  r1:=nand4(nand2(nx2,nq5),nand2(x1[i],q2),nand2(nx2,q4),nand2(x1[i],q3));

               rr3:=nand2(nand3(x2[i],q2,q3),q1);

               r1:=nand2(non(r1),non(rr3));

               s2:=nand4(x1[i],x2[i],q3,nq1);

               r2:=nand4(nand2(x2[i],q3),nand2(x1[i],nq3),nand2(nx2,nq3),q1);

               s3:=nand3(nand2(x2[i],nq1),nand2(nx2,q2),nand2(nq2,q4));

               r3:=nand3(x1[i],nq1,q3);               s4:=nand4(nand2(x1[i],nq2),nand2(x2[i]