ООО X

oof as -о-

011 -о

ЮО X

101 -о-

о

х

1

Рис. У.5.1. Граф переходов схемы управления светофором.

о о

о о

о о о

о о

о о о о о о

б

Рис. У.5.2. Электронный имитатор игральной кости.

о -общая схема устройства; б -граф переходов; в - расположение точек на граияж игрального кубика; г - расположение лампочек на панели.

низкоскоростные н дорогостоящие. Поэтому рациональным следует признать такой режим согласования работы процессора с ВУ, при котором процессор значительную часть времени находится в состоянии ожидания сигналов от ВУ, инициирующих работу интерфейса обмена.

CW 001 Пуск 0J1 Занято \010

Перестть 100 симВ /01 Передача

подгот.

очереди. симв.

начало обмена

сброс

т -о

Рис. у.5.3. Граф переходов схемы асинхронного интерфейса.

На рис. У.5.3 изображен граф переходов для схемы интерфейса. Исход-Шм для схемы Является состояние ОЖИДАНИЕ. При поступлении соответствующего управляющего сигнала (CW) происходит смена состояния на ОПРОС и в процессор посылается ФЛАГ - сигнал готовности к опросу ВУ. По разрешающему сигналу - команде Пуск от процессора - происходит переход в очередное состояние. Если ВУ занято (сигнал Занято), то (через состояние СБРОС) происходит возврат на цикл повторного опроса. Если ВУ освободилось для обмена (сигнал Занято), схема переходит в состояние НАЧАЛО ОБМЕНА. 6 переходе в это состояние схема специальными сигналами информирует остальные устройства*). При поступлении сигнала Передача инициируется цикл посимвольной пересылки информации (состояние ПОДГОТ. ОЧЕРЕДИ. СИМВ. и команда Переслать симв.), пока не будет передан последний символ (LC). После этого схема переходит в исходное состояние ОЖИДАНИЕ.

Спроектируйте эту схему с использованием мультиплексоров.

У.5.4. На рис. У.5.4 представлены две части единого графа переходов для электронной игры Авторалли . Для простоты рассматривается случай только трех гоночных машин: Ci, Са и Сз- На рис. У.5.4, с изображен граф переходов для подсхемы выдачи информации о результатах заезда. Эти данные выдаются в ответ на нажатие кнопки КОНЕЦ. При нажатии кнопки СТАРТ посылается сигнал на входные линии сброса мультиплексоров А, В п С. Это позволяет опустить изображение ветвей возврата на основном графе переходов. Обсуждение подсхемы выдачи информации приведено здесь в целях полноты, и проектировать эту часть схемы в рамках данного упражнения не предлагается. На рис. У.5.4, б изображен граф переходов для основной части схемы этой электронной игры. Началу заезда соответствует исходное состояние схемы (ОЖИДАНИЕ). Это состояние ABC=000. Если первой к финишу приходит машина Ci, система переходит в состояние АБС =001.

*) На ВУ, в частности, может посылаться сигнал резервирования его за данным процессом обмена (перевода в состояние ЗАНЯТО). - Прим. перев.

СТЛРТ

сброс результаты

а

Рис. У.5.4. Граф переходов схемы, управляющей игрой Авторалли .

Если первой финиширует машина Сг, то происходит переход из состояния ЛВС=000 в состояние 100 и т. д.

Спроектируйте управляющую схему для этой игры, используя мультиплексоры,

У.5.5. На рис. У.5.5 изображены два графа переходов для упрощенного варианта электронной игры Торпедная атака .

Играют два игрока. Цель одного из них заключается в том, чтобы провести транспортное судно из района погрузки в район его основного базирования. Этим районам соответствуют отдельные группы состояний на графе переходов, изображенном на рис. У.5.5, а. Когда судно проходит через район боевых действий, оно может подвергнуться торпедной атаке.

За каждый шаг судно продвигается в соседнее состояние (по направлению стрелок) на графе переходов при нажатии игроком одной из кнопок м или V. Выбрав конкретную цель (L1-L10), второй игрок производит выстрел нажатием кнопки ВЫСТРЕЛ. Поскольку район боевых действий имеет ширину в три состояния для любого маршрута его прохождения, второй игрок обладает тремя шансами достижения его цели - уничтожения корабля противника. Текущее положение транспортного судна известно только первому игроку.

На рис. У.5.5, б изображен граф переходов подсхемы, следящей за очередностью действий игроков. Отсутствуют элементы графа, отражающие работу схемы подсчета очков и схем сброса для мультиплексоров А, В, С„ D и е.

Разработайте иа мультиплексорах схему, отвечающую графу переходов на рис. У.5.5, а.

У.5.6. На рис. У.5.6 представлен граф переходов для системы сбора данных. Система содержит схему опроса группы каналов и фиксации определенного канала, аналоговый мультиплексор, преобразователь аналог-код буферы и регистры команд. Система предназначена для выполнения преобразования с большой скоростью. Длительность преобразования не превышает среднего периода между моментами поступления сигналов, и поэтому схема не нуждается в синхронном управлении. Работой схемы управляют следующие входные сигналы:

Район погрузни

ОЮО ей/ то ей

Район SbeBb/x действий

0001 ей/

S /

OOff ей

LB Vey ООЮ ёи

0Ю1 ей

L3 ev

от ВЦ

и

mi ёи

1111 ёи/

1001 LS /

0110 et/

у

L8 / /

1110 ёи

1011

Район ev Базирокний

1010

00 О--

ДВИЖЕНИЕ КОРАБЛЯ

торпедиыи залл

3ajm+s*h

очередные ходы сделаны

Рис. У.5.5. Игра Торпедная атака .

- граф иаршрутов движения; б-граф последовательности действий игроков..

Аналоговый мультиплексор

Преобразователь то лаг-под

ПОСЛЕД. ОПРРС/ФИК-СЛЦМЯ КАНАЛА

НОМЕР КАНАЛА ИЛИ ЧИСЛО КАНАЛОВ

ЗАПУСК ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРЕОВ- БЫПОЛНЕНй РАЗОВА-ТЕЛЯ

Пуск 100 рд

OOf ОВсчетчике 011 Продолж. 01О -о -р --о

ОСТАТ. СНЕТЧ.

Режим Z

О в счетчике

ПреобразоВо-111 пае выполнено

послед. опрос, данные каналов, режим равоты

фикс. канала

запьск преобр.

Продолж. режим 1

т

Рис. у.5.6. Асинхронная система сбора информации. а - упрощенная блок-схема системы; б - граф переходов.

Щек-команда поступает от управляющего устройства;

pg - запущен генератор отсчета временнйх интервалов;

Д - окончание установленной временной задержки, необходимой для затухания переходных процессов в схеме опроса;

Преобразование выполнено - закончено преобразование аналогового сигнала в цифровую форму;

Режим 1-сигнал, характеризующий тип преобразования: опрос одного канала;

Режим 2 - сигнал о преобразовании данных по нескольким каналам; Продолж. - команда продолжения операций, поступающая от управляющего устройства.

О в счетчике - нулевое значение в остаточном счетчике числа каналов.

Схема вырабатывает следующие выходные сигналы:

ПОСЛЕД. ОПРОС - схема опроса установлена в режим последовательного опроса каналов;

ДАННЫЕ КАНАЛОВ - введена информация о номере канала или числе каналов;

РЕЖИМ РАБОТЫ - определен режим работы с одним или несколькими каналами;

ФИКС, КАНАЛА - схема опроса переведена в режим фиксации определенного канала;

ЗАПУСК ПРЕОБР. - запуск преобразователя аналог - код;

ОСТАТ. СЧЕТЧ. - уменьшено иа 1 значение остаточного счетчика числа= опрашиваемых каналов.

Разработайте схему управления системой сбора данных на основе мультиплексоров.

У.5.7. На рис. У.5.7 изображен упрощенный граф переходов для интерфейсной схемы между двумя ЭВМ. Меньшая из ЭВМ (МЭ) функционирует

ООО Код ООГ Пуск

внимание

т

010 -о

активн.

Окончить

<}100

0 101

011Г

Полн. запрос:

Рис. У.5.7. Граф переходов схемы интерфейса между двумя ЭВМ.

в качестве контроллера большой ЭВМ (БЭ) при связи ее с внешними устрой-ствами. БЭ пользуется интерфейсом для определения статуса (занятости)-одного из периферийных устройств, подключенных к МЭ.- При посылке от БЭ соответствующего кода интерфейс формирует сигнал ВНИМАНИЕ для МЭ: Последняя отвечает сигналом Пуск, вследствие чего интерфейсная схема посылает в БЭ сигнал АКТИВН., означающий, что процесс установления связи-завершен. Схема автоматически переходит в следующее состояние. Таким образом сигнал АКТИВН. инициирует начало полного запроса состояния. Полный запрос начинается по специальному сигналу Поли, запрос от БЭ. Перейдя в состояние МЛГР=110; интерфейс передает в МЭ информацию СТАТУС. При этом происходит передача кода состояния от МЭ к БЭ. Пс окончании чтения БЭ вырабатывает сигнал Окончть, прекращающий взаимодействие этих ЭВМ. Разработайте схему этого интерфрйса-на мультиплекг сорах.

ГЛАВА 6 ТАКТИРУЕМЫЕ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ

Методы проектирования, описанные в гл. 4 и 5, составляют мощный аппарат разработки последовательностных схем. Однако для таких схем в общем случае характерно одно существенное ограниче11ие, заключающееся в том, что при любом переходе может изменяться значение только одной переменной состояния. Это ограничение определяет некоторые трудности проектирования. Рассмотрим, например, схему двоичного счета-двоичный счетчик, который весьма щироко применяется на практике. Его можно использовать для подсчета событий, указания на определенные события в упорядоченной последовательности и т. д. Для того чтобы состояние счетчика могло изменяться с 01 на 10, с 011 на 100 и т. д., необходимо, чтобы при переходе изменялось значение более чем одной переменной состояния.

В общем случае для осуществления переходов, в ходе которых требуется одновременное изменение значений нескольких переменных, используются (-триггеры. В данной главе описываются построение и работа (-триггеров, которые используются лри проектировании последовательностных схем.

6.1. ПРОЦЕССЫ В СИНХРОННЫХ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМАХ

Чтобы лучше понять цели данной главы, рассмотрим конкретную задачу проектирования счетчика. В этом разделе сделана .попытка построить счетчик на /?5-триггерах. Проанализированы встречающиеся при этом трудности. С учетом этих трудностей в последующем разделе разработан модифицированный триггер, использование которого позволяет осуществлять групповые переходы [3]. Разработке этого триггера посвящено упражнение 4.1.

Схема, граф переходов которой представлен на рис. 6.1, .предназначена для подсчета числа повторений некоторого события (подаваемого на вход х). После каждых четырех повторений события X на выходе пересчетной схемы имеет место сигнал К. Согласно изложенному в гл. 4, единичное значение переменной 5

Рис. 6.1. Граф переходов 00 ~

счетчика для тырех событий.

X 11

счетчика для подсчета че- Ч^ /К

ДОЛЖНО присваиваться в соответствии с логическим выражением Sb=Ax+Ax. Аналогичным образом описывается операция сброса единичного значения этой переменной: Rb=Ax+Ax. В данном случае такой подход не применим, так как нарушается требование изменения только одной переменной состояния пр№ выполнении перехода.

Согласно рис. 6.1, проектируемая схема должна удовлетворять следующим требованиям: при каждом наступлении входного события x значение переменной В должно устанавливаться, если она имеет низкий логический уровень, и сбрасываться, если этот уровень высокий. Таким образом, логическое выражение для сигнала установки В имеет вид 8в=Вх, а выражение для сигнала сброса записывается как Rb=Bx.

На рис. 6.2 показана только связь, описываемая формулой для сигнала сброса. Триггер типа RS функционирует в данном случае некорректно. Входной сигнал х здесь можно рассматривать как последовательность импульсов, или, что то же самое, как серию тактовых сигналов. На рис. 6.3 схема показана в функциональном виде. В некорректности ее работы можно убедиться двумя способами. Если сигнал установки подан, т. е. S=l. и на линии x появляется импульс, переменная В приобретает высокий логический уровень, порождая сигнал сброса, т. е^ R = l. При этом возникает ситуация S,= ll. Когда на оба входа- установки и сброса - iS-триггера поданы высокие уровни, невозможно предсказать, в какое состояние придет триггер & конце концов. Другой подход к рассмотрению той же проблемы заключается в анализе обыкновенной обратной связи с выхода-вентиля 603 на входы вентилей 604 и 602. Ее наличие вызывает некорректное поведение схемы из-за противоречивости требований, поступающих по двум цепям обратной связи. В противоречивости этих требований легко убедиться, если рассмотреть схему подробно. При В=1 на выходе вентиля 602 должен быть ло-

Рис. 6.2. Обратная связь в RS-трш-гере.

RS-траггер

Ш*ис. 6.3, /?5-триггер с двойной обратной связью.

тический нуль. Следовательно, два входных сигнала вентиля 604 имеют значения 1 и О, и выходной сигнал вентиля 604 пытается приобрести высокий логический уровень. В случае В=0 выход- ной сигнал вентиля 602 должен быть 1, при этом на входах вентиля 604 будут сигналы О и 1 и его выходной сигнал опять пытается приобрести высокий уровень. Аналогичная ситуация возникает при В=0 и 1, если в схему ввести цепь обратной связи ст В к S. Очевидно, что предлагаемое решение не приемлемо.

т.2. ДВУХФАЗНАЯ СИНХРОННАЯ ЛОГИКА

Схема, удовлетворяющая поставленным требованиям, показана а рис. 6.4; она содержит два последовательно соединенных ?5-триггера. Входной сигнал х объединен по схеме И с каждым

Рж. 6.4. Последовательное соединение /?5-триггеров.

из двух входных сигналов и 5 первого iS-tpnrrepa) а его инверсия X объединена по схеме И с входными сигналами R-&S второго /?5-триггера. При введении обратных связей от В к и от В к S работа схемы остается корректной. При поступлении входного сигнала 5 на /?5-триггер 605 его выходной сигнал Q приобретает высокий уровень. Если В имеет низкий уровень, то он и остается низким, потому что д;=0. Когда х=\, значение Q лередается в /?5-триггер 606 и В приобретает высокий уровень. Несмотря на наличие обратной .связи от В к i?, нарушений в

работе схемы не происходит, потому что х=0. При такой организации ?5-триггеров и обратных связей от В к R и от к S неопределенностей в работе схемы не возникает ни при каких передачах. Таким образом, применение этих триггеров в схеме позволяет снять ограничение, в соответствии с которым на каждом переходе может изменяться не более чем одна переменная состояния [3].

6,3. РАБОТА Ж-ТРИГГЕРА

Схема, изображенная на рис. 6.4, представлена в другом виде на рис. 6.5. Ее основные входы обозначены буквами J и К, чтобы подчеркнуть принципиальное отличие работы этого триггера от ?ч$-триггера. Входной сигнал х становится синхронизирующим. Введены обратные связи, охватывающие все устройство, так как предполагается, что оно должно работать именно при их наличии. Дополнительно введены входы S и С, чтобы

сигна/т

Рис. 6.5. Функциональная схема /iC-триггера.

данный триггер мог выполнять функции обычного 7?5-триггера. Название вход сброса R заменено на вход очистки С , что больше соответствует стандартным названиям, принятым в промышленности, так как схема реагирует на сигналы низкого, нулевого уровня, поступающие на входы S и С, а не на сигналы высокого, единичного уровня.

На рис. 6.6 приведено описание работы С-триггера [3, 12]. Рис. 6.6, а иллюстрирует функционирование С-триггера в виде таблицы входных сигналов. Исходное состояние и состояние перехода обозначены соответственно как q и Q. Таблица представляет собой вариант карты Карно, отличающийся от традиционного изображения тем, что в ней приведены значения сигналов