Переходные процессы в цифровых последовательностных схемах

В лабораторной работе рассматривается устройство, реализованное по следующему заданию:

На выходе устройства формируется сигнал «1» в ответ на каждое входное слово, заканчивающееся последовательностью 00-10-11. При действии любого другого входного слова сигнал на выходе устанавливается нулевым.

Структурно автомат реализован по канонической схеме (рис.4.1): входной регистр (RGX), комбинационная схема (КС), реализующая таблицу переходов и выходов автомата, выходной регистр (RGZ) и синхронный регистр состояний (RGY). Здесь рассматриваются два варианта комбинационной схемы: реализованной по асинхронной таблице переходов и по синхронной.

Рисунок 4. 1

Асинхронная таблица

S^k^-1					Y₁	Y₂
	2,0	1,0	1,0	1,0
	2,0	1,0	1,0	3,0
	2,0	1,0	4,1	3,0
	2,0	1,0	4,1	1,0

Асинхронная таблица переходов и выходов, реализующая исходное задание, представлена на рис. 4.2. Кодирование состояний представлено здесь же. Функции выхода Z и внутренних

Рис. 4.2 состояний Y₁, Y₂ при этом будут:

Синхронная таблица

S^k^-1					Y₁	Y₂
	2,0	1,0	1,0	1,0
	2,0	1,0	1,0	3,0
	2,0	1,0	1,1	1,0

Синхронная таблица переходов представлена на рис. 4.3. Кодирование состояний в данном случае выбрано естественное. Получаемые при этом

Рис. 4.3 функции выхода и внутренних со-

стояний:

Цель работы – исследовать влияние расфазировки синхросигналов триггеров регистра внутренних состояний RGY на правильность функционирования устройства и показать, что в случае асинхронной таблицы переходов здесь все благополучно, тогда как при синхронной реализации таблицы переходов мы будем наблюдать неправильную работу устройства при значительной расфазировке моментов срабатывания двух триггеров регистра RGY.

Действительно, пусть задержка поступления сигнала синхронизации на разные триггеры регистра различны. При этом пусть .

Тогда для синхронной таблицы рассмотрим переход из состояния 2 в 3 при X₁X₂=10. Правильный переход Y₁Y₂=01-10. Однако, поскольку первым сработает триггер Y₂, то мы получим Y₁Y₂=01-00-00. Это возникает тогда, когда до момента прихода синхросигнала C_Y₁ уже успел сформироваться новый Y₁, от измененного по C_Y₂ сигнала Y₂.

Тем самым может быть промоделирована возможная разница в быстродействии триггеров вместе с ситуацией, когда «интервал прозрачности» одного триггера превышает задержку другого триггера более, чем на время задержки комбинационной части. Чтобы промоделировать это, комбинационная схема должна иметь минимальную задержку, поэтому она выполнена одноуровневой на элементах И-ИЛИ-НЕ и И-НЕ. Комбинационные схемы для асинхронного и синхронного вариантов представлены на рис. 4.4.

Рисунок 4.4