также длину наибольшего подцикла с пяти до шести переходов. При этом число переходов становится четным, что теперь позволяет нанести этот подграф на схему графа.

5. Меньший подграф содержит три перехода (нечетное число). Этого можно избежать:

а) увеличив подграф введением дополнительного естественного перехода;

0001

Reset

ООН

0100 usSfg 0101

CFL 1100

1000 -о-

0111

1101 Ss5 1111

1001 SB

1011 СБ

0010 )0110

1110

1010

Рис. 8.4. Граф переходов схемы управления запуском дизельной энергетической установки.

б) вернувшись к началу данного подграфа путем обратного выполнения последовательности переходов. Автор книги привык завершать построение небольших подграфов путем обратного выполнения переходов в основном цикле. Поэтому в данном примере использован именно этот прием.

6. Остались неиспользованными пять состояний. Они вводятся в последовательность состояний таким образом, чтобы из образованной ими цепочки осуществлялся переход в состояние ожидания.

Нам нужно решить еще одну задачу - построить граф переходов для схемы управления повторным запуском. Она должна вырабатывать сигналы повторного запуска R и безуспешного запуска US. Задача проектирования этой схемы может быть сформулирована следующим образом.

Необходимо разработать схему, которая должна вырабаты-

вать сигнал US, когда последовательность состояний схемы запуска установки аварийного энергоснабжения ABCD = 001U 0111, 0101 повторяется три раза подряд. Кроме того, проектируемая схема должна вырабатывать сигнал R, когда последовательность состояний ABCD = 0011, 0111, 0101 полностью завершается, но не вырабатывать его, когда эта последовательность выполняется лишь частично, т. е. ABCD = 0011, 0111. Для

взаимодействия с проектируемой схемой используется специально предусмотренный разработчиком выходной сигнал X схемы запуска, вырабатываемый ею в состоянии ABCD = 0101.

Первый шаг при разработке графа переходов схемы повторного запуска состоит в определении входных сигналов. Выходными для схемы повторного запуска являются выходные сигналы схемы управления запуском установки аварийного энергоснабжения. Для этой цели выбраны сигналы EN и.Х, так как последовательность событий, в ходе которых появляются эти два сигнала, соответствует последовательности прохождения состояний ABCD = 0011, 0111, 0101. В качестве еще одного входного сигнала схемы повторного запуска, необходимого для воз-

Ожидание .

Ожидание

Рис. 8.6. Предварительный граф переходов схемы повторного запуска.

вращения ее в начальное состояние, используется выходной сигнал ОЖИДАНИЕ схемы управления запуском установки аварийного энергоснабжения. Выходными сигналами схемы повторного запуска являются R и US.

Блок-схема с входными и выходными сигналами представ-

лена на рис. 8.5. Граф переходов в предварительной форме показан на рис. 8.6. Согласно структуре этого графа, после трехкратного поступления входного сигнала X вырабатывается выходной сигнал US (Запуск не состоялся). Этот сигнал подается на схему управления запуском установки аварийного энергоснабжения, где он объединяется по схеме И с сигналом 5о, чтобы определить, была ли третья попытка запуска так же безуспешна, как и предыдущие. После первого и второго появлений входного сигнала X происходят переходы в состояния, вырабатывающие выходной сигнал R. По входному сигналу Еп схем переходит в состояния, в которых вырабатывается сигнал R. Это гарантирует появление выходного сигнала R только в результате поступления последовательности сигналов Еп, X, а выходного сигнала R только после прихода последовательности X, Еп.

Граф переходов в предварительной форме содержит шесть состояний. Так как 2 6 при п = 3, всего схема может иметь восемь состояний. На рис. 8.7 показан граф переходов схемы ловторного запуска в окончательном виде. Вторичным перемен-

(000

Овкидаиие X R Ожидание

Ожидание , 100 X

-о- us

Ожадание

hOlO

R R .

Рис. 8.7. Окончательный граф переходов схемы повторного запуска.

ным присвоены имена К, L и М. Граф переходов в законченном виде воспроизводит последовательность изменения состояний на графе в предварительной форме. Отметим, что основной цикл графа содержит шесть состояний, и, кроме того, имеются два малых цикла (подграфа). Так как число переходов во всех этих подграфах четно, нет необходимости в какой-либо модификации переходов, гарантирующей замкнутость циклов графа. Однако наибольший подграф замкнут с помощью обратного перехода. Тем самым исключаются трудности, возникающие при одновременном наличии циклов из четырех и шести состояний.

8.8. ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ГРАФА ПЕРЕХОДОВ

ИМПУЛЬСНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНОЙ i

СХЕМЫ

В данном разделе рассматривается пример импульсной последовательностной схемы. Это интерфейс прямого доступа к памяти, служащий для сопряжения микропроцессора и банка данных (периферийного устройства).

На рис. 8.8 приведена типовая структурная схема микропроцессорной системы. Центральное процессорное устройство

ОЗУ

цпи

Рис. 8.8. Структурная схема микропроцессорной системы М6800.

ВВод/ВыВод

(ЦрУ) работает под управлением программы, обычно хранящейся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Загрузка данных в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) производится, как правило, через порт ввода-вывода.

При такой организации системы имеет место потеря времени. Так, в случае необходимости принять большой объем данных они проходят из порта ввода-вывода в ОЗУ через ЦПУ. Можно сократить затраты времени вдвое, если данные из порта ввода-вывода загружать непосредственно в ОЗУ, как показано на рис. 8.8 штриховыми линиями. Такой метод обмена данными с ОЗУ называется прямым доступом к памяти (ПДП).

Формулировка задачи проектирования схемы управления прямым доступом к памяти сводится к следующим требованиям.

Линия ОСТАНОВ используется для подачи сигнала запроса на прямой доступ к памяти. Линия доступности шины (ВА) служит для передачи сигнала подтверждения запроса на ПДП. Роль синхросигналов выполняют тактовые импульсы Ф^. Подсистема ПДП должна выдавать сигнал разрешения обращения

К памяти (VMA), разрешающий блокам ОЗУ участвовать в обмене информацией, и сигнал чтения/записи (R/W), устанавливающий направление передачи данных.

Можете ли вы нарисовать блок-схему интерфейса ПДП, показав на ней входные и выходные сигналы? Перечитав предшествующий раздел, мы обнаруживаем, что сигнал ОСТАНОВ служит запросом на ПДП, т. е. выходным сигналом интерфейса. Сигнал В А является сигналом подтверждения, т. е. входным для интерфейса.

Так как схема ПДП вырабатывает сигналы VMA и R/W для интерфейса, они являются входными. Но для того чтобы интерфейс можно было использовать, для него необходимо предусмотреть команду запуска, а периферийное устройство должно быть информировано о наличии данных или потребности в них.

ОСТАНОВ

Рис. 8.9 Блок схема интерфейса ПДП для системы М6800.

Поэтому приходится сделать некоторые предположения. Будем считать, что к порту ввода-вывода подсоединен егистр, загрузка которого сигналом LD в случае ввода производится перед поступлением сигнала VMA, а в случае вывода {RIW) - после поступления сигнала УМА Для обеспечения выполнения

АБС

ООО/Пуск 001 в А 017 B/w \piO

Рис. 8.10. Граф переходов интерфейса ПДП системы М6800.

необходимого обмена периферийное устройство, связанное с регистром, должно вырабатывать сигнал Загрузка завершена

Блок-схема с указанием входных и выходных сигналов приведена на рис. 8.9, а соответствующий граф переходов изображен на рис. 8.10. Последовательность изменения состояний соответствует описанной выще очередности событий. Возможны некоторые отклонения от указанного построения графа; например, порядок следования сигналов RIW (R/W) и ВА может быть обратным. Обратите внимание, что подграф замыкается с помощью введенного для этой цели сигнала Пуск.

8.9. ГРАФ ПЕРЕХОДОВ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМ НА СИС

Для интерфейса ПДП микропроцессорной системы граф переходов, представленный в предварительной форме на рис. 8.8, преобразуется при использовании СИС в граф в заверщенном виде на рис. 8.11.

ООО Пуск 007 В А

т

flO УМА

RlW W1

Рис. 8.11. Граф переходов интерфейса ПДП, реализованного на СИС.

8.10. ОБОБЩЕННЫЙ ПОДХОД

К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

По мере усложнения последовательностных схем количество их состояний может быстро увеличиваться. Методы проектирования не накладывают ограничений на число состояний последовательностной схемы, однако схемы с большим числом состояний представляют трудности с точки зрения размещения элементов, разводки соединений, конструирования и отладки. Из практических соображений максимальное приемлемое число состояний составляет восемь.

Если для реализации схемы требуется больше восьми состояний, то хорошим приемом является организация вспомога-

8.И. ПОСТРОЕНИЕ ОБОБЩЕННЫХ ГРАФОВ ПЕРЕХОДОВ И УПРАВЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫМИ СХЕМАМИ

Между графами переходов с ограниченным числом состояний имеется большое сходство. Поэтому за счет добавления регистра можно использовать обобщенный граф переходов для. реали-

тельных схем, каждая из которых в свою очередь должна иметь не больше восьми состояний. Таким образом, каждое состояние исходной схемы может породить вспомогательную схему с числом состояний в пределах восьми. Например, исходная диаграмма, содержащая восемь состояний, может послужить основой для построения диаграммы с 64 состояниями. Такого числа состояний достаточно для решения восьми сложных задач. Подобное каскадное соединение позволяет схеме иметь неограниченно большое число состояний, тогда как отдельные составляющие ее вспомогательные схемы относительно просты с точки зрения изготовления и отладки.

Исследуя возможности каскадного соединения, автор пришел к выводу, что по мере возможности следует стремиться к использованию исходных схем с числом состояний от двух до четырех и вспомогательных схем, имеющих 6-8 состояний. Если соответствующее разбиение проектируемой схемы может быть осуществлено, то результат разработки схемы наиболее эффективен с точки зрения использования объема конструкции числа -элементов.

Для большинства тактируемых последовательностных схем внешние входные сигналы поступают с меньшей частотой, чем тактовые импульсы. При этом по существу отпадают всякие ограничения на полное число состояний схемы и переходов между ними.

Если для последовательностной тактируемой схемы частота подачи внешних сигналов приближается к частоте тактовых импульсов, то с возрастанием числа состояний увеличивается суммарное время, необходимое для прохождения всего цикла состояний. Иногда такое увеличение времени приводит к воз-яикновению трудностей. Один из способов устранения этих трудностей состоит в ограничении числа состояний тактируемой последовательностной схемы с таким расчетом, чтобы оно .соответствовало максимальному времени, отводимому для переходов через весь цикл состояний. Внешние сигналы, которые должны вызывать переходы в состояния, не входящие в указанное ограниченное число, переадресуются вспомогательным схемам, которые строятся в этом случае как асинхронные.

зации различных схемных функций. С помощью, например шести таких схем можно реализовать до 100 различных функций.

Функции могут выполняться в любом заданном порядке и повторяться сколько угодно раз путем загрузки регистра команд необходимыми командами в должной последовательности. Это легко осуществить, если хранить последовательность команд в банке памяти и предусмотреть регистр-указатель для обеспечения выборки команд в правильном порядке.

Такая обобщенная организация может быть названа машиной. Последовательностные схемы, которые организуют функционирование подобной машины, называются устройствами управления. Говорят, что каждый раз, когда выполняется команда, машина выполняет командный цикл, который может состоять из нескольких машинных циклов.

Возможности этой последовательностной, или управляющей, схемы могут быть расширены путем введения регистра, который функционирует либо как комбинационное логическое устройство, либо как управляемый блок. Работу этого регистра можно рассматривать как составную часть всего управляемого процесса. Так как регистром можно управлять, его наличие придает соответствующим управляющим действиям оттенок интеллектуальности .

Применение регистров описывается в гл. 9, в конце которой рассматриваются регистры, предназначенные для выполнения арифметических и логических операций, которые должны расширить возможности последовательностных схем, используемых в качестве универсальных контроллеров.

8.12. УПРАЖНЕНИЯ

У.8.1. Разработайте граф переходов для описания следующей игры. Крестьянин (игрок) везет на рынок лису (F), гуся (G) и пшеницу (S). Он должен переехать реку на лодке, причем может либо взять с собой в лодку каждый раз только один из видов своего товара (лису, гуся или пшеницу), либо переправляться без груза (Е). Он не может оставить гуся и пшеницу вместе без присмотра ни на одном из берегов, потому что в этом случае гусь съест пшеницу. По той же причине он не может оставить без присмотра лису и гуся, так как лиса съест гуся. Разработайте игру так, чтобы было три исхода:

С - продолжать, сделать следующий ход;

L - игра проиграна, так как съедены либо гусь, либо пшеница; W - игра выиграна, игрок перевез лису, гуся и пшеницу на противоположный берег.

У.8.2. На рис. У.8.1 показана правосторонняя запись цифры 9 с помощью пробелов и узких вертикальных полос в соответствии с форматом универсального производственного кода (UPC) бакалейной промышленности, указываемого на упаковке бакалейных товаров в США [30]. Символ содержит 95 пробелов/полос, причем с каждой стороны имеется по одной сторожевой

Рис. У.8.1. Код из пробелов и полое для правосторонней цифры 9 (1II0I00).

полосе и по девять пробелов. В набор из 95 пробелов/полос входят следующие элементы:

а) стартовая последовательность 101;

б) шесть 7-битовых символов, аналогичных показанному на рис. У.8.1

в) центральный символ-разделитель 01010; г)

шесть 7-бнтовых символов, аналогичных показанному на рис. У.8.1. д) стоповая последовательность 101. Цифры кодируются по-разному в зависимости от того, находятся они слева или справа от центрального символа. Эти коды приведены в табл. У.8.1.

Постройте граф переходов схемы, вырабатывающей импульс в начале каждого 7-битового символа.

У.8.3. На рис. У.8.2 приведена примерная схема универсального интерфейса прямого доступа к памяти одной из широко распространенных мини-ЭВМ.

Сигнал ПУСК посылается в устройство пользователя в качестве стартового и при этом указывает, что значение сигнала ЧТЕНИЕ/ЗАПИСЬ достоверно. Устройство пользователя должно в ответ выдать сигнал Управление=

Рис. у.8.2. Универсальный интерфейс ПДП.

=0, если данные будут передаваться от единой шины к .устройству пользователя, или Управление=1, если данные должны передаваться от устройства пользователя иа единую шину.

WC INC ENA Разрешение работы счетчика слов ВА INC ENA Разрешение приращения шинного адреса А00=0 Бит шинного адреса, указывает на последовательную адре-

сацию слов

А00=1 Бит шинного адреса указывает на последовательную адре-

сацию байтов

Этот набор сигналов должен быть сформирован до посылки сигнала ЗАПРОС ЦИКЛА, порождающего значение сигнала ЗАНЯТ=1. После завершения одиночной передачи (слова или байта) устанавливается значение ЗАНЯТ=0.

Изобразите граф переходов для устройства пользователя в предположении, что оно снабжено работающим на вычитание счетчиком, который вырабатывает сигнал завершения пересылки.