Asynchroniczne statyczne układy sekwencyjne

Transkrypt

1 Asynchroniczne statyczne układy sekwencyjne Układem sekwencyjnym nazywany jest układ przełączający, posiadający przynajmniej jeden taki stan wejścia, któremu odpowiadają, zależnie od sygnałów wejściowych w poprzednich chwilach czasowych, różne sygnały wyjściowe. W układach sekwencyjnych, w przeciwieństwie do układów kombinacyjnych, stan wyjścia nie jest jednoznaczną funkcją stanu wejścia. Dla określenia stanu wyjścia konieczna jest znajomość poprzednich stanów wejść. Układ sekwencyjny musi w tym celu zawierać blok pamięci, który będzie rejestrował kolejność zmian wartości zmiennych wejściowych. Opis formalny układów sekwencyjnych Stan wejść określa wektor wejściowy: X = [x 1, x 2,...x n ] Stan wyjść określa wektor wyjściowy: Z = [Z 1,Z 2,...Z m ] Stan bloku pamięci określa wektor stanu: q = [q 1,q 2,...q k ] Zależności występujące pomiędzy stanem wewnętrznym a stanem wejść opisywane są za pomocą funkcji przejść. Pozwala ona wyznaczyć następny stan wewnętrzny układu na podstawie wektora wejściowego i wektora aktualnego stanu wewnętrznego: Q = α(x, q) gdzie: q = [q 1,q 2,...q k ] Q = [Q 1,Q 2,...Q k ] Funkcja przejść określa strukturę bloku pamięci. jest wektorem aktualnego stanu wewnętrznego, jest wektorem następnego stanu wewnętrznego.

2 Strukturę układu wyjściowego określa funkcja wyjść. Jeśli funkcja wyjść ta zależy jednocześnie od aktualnego stanu wewnętrznego i stanu wejść : układ nazywany jest układem Mealy ego. Z = λ(x, q) Układ, w którym stan wyjścia zależy jedynie od aktualnego stanu wewnętrznego: nazywamy układem Moore a. Z = λ(q) Rodzaje układów sekwencyjnych: a) układ Mealy ego, b) układ Moore a Projektowanie układów sekwencyjnych polega na określeniu funkcji wyjść i funkcji przejść (lub funkcji wzbudzeń) elementów pamięci na podstawie programu działania układu.

3 Postawowe warunki poprawnej pracy W asynchronicznych układach sekwencyjnych następny stan wewnętrzny Q ustala się po czasie τ od chwili zmiany stanu wejść, to znaczy Q(t) = q(t + τ). Czas τ wynika z opóźnień wnoszonych przez elementy składowe układu. Układ sekwencyjny może znajdować się w stanie (takcie) wewnętrznym stabilnym, jeżeli przebiegi przejściowe ustaliły się, lub w stanie niestabilnym. Stan stabilny oznacza, że upłynął czas τ od chwili zmiany wektora wejściowego. Układ będzie znajdować się w tym stanie do następnej zmiany stanu wejść, co jest warunkiem przejścia układu do kolejnego stanu wewnętrznego. Przejście od jednego stanu stabilnego do drugiego następuje poprzez stan niestabilny, trwający czas τ i odbywa się samorzutnie bez zmiany stanu wejść. W stanie niestabilnym funkcja przejść Q przyjmuje w momencie zmiany wektora wejściowego nową wartość, podczas gdy jej argumenty q mają wciąż wartości wynikające z poprzedniego stanu. Aby zapewnić poprawną pracę asynchronicznego układu sekwencyjnego, przyjmuje się następujące założenia dotyczące sposobu pracy: przy zmianie wektora wejściowego może zmieniać się tylko jeden sygnał wejściowy, kolejna zmiana wektora wejściowego może nastąpić po ustaleniu się stanu wewnętrznego.

4 Sposoby opisu ukladów asynchronicznych Program działania asynchronicznych układów sekwencyjnych można przedstawić w postaci: opisu słownego, przebiegów czasowych powinny zawierać wszystkie możliwe sekwencje zmian sygnałów wejściowych i wyjściowych wynikających z opisu słownego, grafu przejść zawiera wszystkie stabilne stany wewnętrzne (węzły grafu) i przejścia między nimi (gałęzie grafu)

5 Przykład. Układ sterujący pracą silnika z akustyczną sygnalizacją startową. Opis słowny: Układ posiada dwa sygnały wejściowe X l i X 2 (z przycisków niestabilizowanych X l i X 2 ) oraz dwa sygnały wyjściowe Z l i Z 2 (służące do sterowania syreną alarmową Z 1 i stycznikiem silnika Z 2 ). Algorytm pracy automatu jest następujący: naciśnięcie przycisku X l przy wyłączonym silniku (Z 2 = 0) i wyłączonej syrenie alarmowej (Z 1 = 0) powoduje włączenie syreny (Z l = l), naciśnięcie przycisku X l przy załączonej syrenie (Z l = l) powoduje włączenie silnika (Z 2 = l), zwolnienie przycisku X l po włączeniu silnika wyłącza syrenę (Z 1 = 0), naciśnięcie przycisku X l przy włączonym silniku (Z 2 = l) nie ma wpływu na pracę automatu, naciśnięcie przycisku X 2 powoduje wyłączenie silnika lub syreny zależnie od tego, które z tych urządzeń było aktualnie włączone. Zakłada się, że jednoczesne naciskanie na przyciski X l i X 2 jest zabronione. Przebiegi czasowe Graf przejść

6 Elementarne układy sekwencyjne przerzutniki. Bloki pamięci układu sekwencyjnego budowane są z przerzutników. Przerzutnik (element pamięci, sekwencyjny element logiczny) jest układem, który może się znaleźć w jednym z dwóch wyróżnionych stanów stabilnych, co pozwala na zapamiętywanie kolejności zmian sygnałów wejściowych. Elementarne układy pamiąciowe, obok bramek kombinacyjnych i elementów czasowych wchodzą w skład strukturalnie pełnego zestawu elementów logicznych. System taki pozwala na realizację dowolnego układu przełączającego. Klasyfikacja przerzutników W zależności od sposobu oddziaływania w czasie na stan przerzutnika wyróżnia się: przerzutniki asynchroniczne (bez sygnału taktującego), przerzutniki synchroniczne (z sygnałem taktującym). Ze względu na postać oddziaływania sygnałów wejściowych wyróżnia się: przerzutniki statyczne, przerzutniki dynamiczne. W zależności od postaci tablicy wzbudzeń wyróżnia się: przerzutniki asynchroniczne typu: sr, jk, t, przerzutniki synchroniczne typu: SR, JK, T, D.

7 Przerzutniki asynchroniczne statyczne Przerzutniki asynchroniczne statyczne: realizują funkcję przejść (pamięci), którą można zapisać w postaci: Q = w~ ~ 1 + w0q Q = w~ ( w ~ + q) gdzie: w ~ - oznacza w lub w w 1 - wejście wpisujące; w o wejście zerujące; q - wyjście główne, czyli stan pracy przerzutnika; Q - funkcja, według której jest realizowany sygnał q, czyli stan wzbudzenia przerzutnika (lub inaczej: q - jest stanem poprzednim w stosunku do Q); q' - wyjście pomocnicze, które jest negacją wyjścia głównego q pod warunkiem, że przynajmniej jedno z wejść: w 1 lub w o jest w stanie nieaktywnym. 0 Ze względu na wartość stanu aktywnego wejść wyróżnia się przerzutniki: klasy A - o wejściach prostych, dla których stanem aktywnym wejść jest wartość l (w symbolu przerzutnika brak znaku kropki obok wejść), klasy B - o wejściach zanegowanych, dla których stanem aktywnym wejść jest wartość O (w symbolu przerzutnika negacja wejść zaznaczona jest znakiem kropki), klasy C i D - "mieszane", w których jedno z wejść jest proste a drugie zanegowane. Ze względu na wartość wyjścia, jaka jest generowana w stanie aktywności jednoczesnej obydwu wejść, rozróżnia się przerzutniki: z dominującym wejściem zerującym, z dominującym wejściem wpisującym. 1

8 Przerzutniki klasy A Przerzutnik o wejściach prostych z dominującym wejściem zerującym Przebieg czasowy Realizacja Przerzutnik o wejściach prostych z dominującym wejściem wpisującym Przebieg czasowy Realizacja

9 Przerzutniki klasy B Przerzutnik o wejściach zanegowanych z dominującym wejściem zerującym Przebieg czasowy Realizacja Przerzutnik o wejściach zanegowanych z dominującym wejściem wpisującym Przebieg czasowy Realizacja

10 Przerzutniki klasy C i D

11 Przerzutniki typu sr Gdy przerzutniki klasy A i B są tak sterowane, że stan aktywny obydwu wejść tych przerzutników, nie jest możliwy, to q = q oraz: obydwa przerzutniki klasy A nie różnią się i mają nazwę: przerzutnik s r, gdzie: w 1 = s; w 0 = r, obydwa przerzutniki klasy B nie różnią się i mają nazwę: przerzutnik s r, gdzie: s w1 =, w 0 = r.