Понятие цифрового автомата

В последовательностных схемах выходные сигналы в любой момент времени зависят не только от комбинации входных сигналов в данный момент времени, но и от предыстории их изменения, то есть от последовательности входных сигналов во времени. Как правило, последовательностные схемы характеризуются некоторым внутренним строением, от которого зависит значение выходного сигнала(ов). Внутреннее состояние такой схемы сохраняется на запоминающих элементах (триггерах), в связи с чем ,схемы этого типа называются схемами с памятью.

В общем случае последовательностная схема представляет собой некоторый цифровой автомат. Последовательностные схемы характеризуются наличием так называемых петель, по которым выход некоторого элемента соединяется с входом этого же самого элемента (через другие элементы схемы).

Серии микросхем, выпускаемые промышленностью, содержат широкую номенклатуру элементов, выполняющих не только простейшие логические функции (И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ), но и более сложные операции, например, выполняемые мультиплексорами и демультиплексорами, шифраторами и дешифраторами, преобразователями кодов, сумматорами и т.д. Поэтому не может быть речи о синтезе комбинационных схем только в базисах И, ИЛИ, НЕ, или ИЛИ-НЕ, а также И-НЕ, а следует наиболее полно использовать функциональные возможности всех логических элементов.

Пример 7.1.Для оповещения зрителей, наблюдающих за ходом состязаний по тяжелой атлетике, изготовлен светящийся транспа рант: “Вес взят правильно”. Подсвечивание транспаранта осуществляется по команде, выдаваемой автоматом. Этот автомат обрабатывает сигналы, поступающие от трех судей А, В, С. Судья А - старший. Сигнал на подсвечивание транспаранта автомат выдаст тогда, когда нажмут кнопки все трое судей или двое, один из которых - старший. Сконструировать автомат.

Решение.Описание задачи, которую должен решать автомат принято называть словесной формой задания автомата. Автомат предстает при этом как некий “черный ящик”: еще неизвестно как будет устроен внутри, но уже ясно, что ему предстоит делать, известно как он связан с внешней средой. В данном случае будущий автомат имеет три входа - это линии, по которым поступают сигналы от судей А, В и С и один выход Х (сигнал для подсвечивания транспаранта “вес взят правильно”).

Теперь можно составить таблицу работы автомата.

Располагая таблицей, выпишем структурную формулу автомата. Эта формула имеет вид:

Ниже приведена схема автомата.

Пример 7.2. Небольшая электростанция, на которой установлены два генератора - Х и Y, обеспечивает электроэнергией три цеха - А, В и С. Если в энергии нуждается один из трех цехов, то достаточно включить генератор Y, если же в энергии нуждаются два цеха одновременно, достаточно генератора Х. Снабжение обеспечивается совместной работой генераторов X и Y. Необходимо построить такой автомат, который, получая заявки от цехов А, В и С на снабжение энергией, может разумно перераспределять нагрузку между генераторами.

Решение.Составим таблицу истинности:

По таблице истинности составим структурную формулу разрабатываемого автомата.

Представим схему автомата: