Устройство синхронизации информационных импульсов, поступающих в произвольные моменты времени, с ближайшим спадом тактового импульса - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
З А Д А Н И Е
на курсовое проектирование
ТЕМА: Устройство синхронизации сигналов
Требования:
- напряжение питания 5в +- 5%
- потребляемая мощность: не более 80 мВт
- время наработки на отказ не менее 500000 час
- частота тактовых импульсов 1 мГГц.
Условия эксплуатации:
- диапазон рабочих температур от -300 С до +400 С;
- перегрузки до 5g;
- одиночные удары с ускорением не более 10g длительностью 0.1-1 мкс;
- вибрация с частотой 10 - 500 Гц и ускорением не более 10g.
Срок эксплуатации 15 лет, наработка за время эксплуатации до 85 тыс. часов.
Дополнительные требования.
Предусмотреть меры обеспечения контроля при изготовлении и эксплуатации
Содержание пояснительной записки.
1. Анализ технического задания
2. Формализация описания конечного автомата (граф автомата, таблицы
переходов и выходов)
3. Минимизация памяти абстрактного автомата
4. Выбор способа противогоночного кодирования
5. Противогоночное кодирование состояний автомата
6. Формирование функций выходов и функций возбуждения памяти автомата
7. Минимизация графическим методом функций выходов и функций возбуждения
памяти автомата
8. Составление логической схемы устройства
9. Выбор метода обеспечения контролепригодности и преобразование схемы
устройства
10. Разработка принципиальной схемы устройства
11. Расчет основных параметров устройства (время переключения, потребляемая
мощность, время наработки на отказ)
12. Моделирование работы устройства или составление временной диаграммы его
работы, анализ правильности функционирования
13. Оценка степени выполнения задания
Примечание: При проектировании полагать, что очередной информационный
импульс на вход устройства не поступает до окончания цикла его работы и
возвращения в исходное состояние.
Плакаты и чертежи
1. Принципиальная схема устройства
Конечный автомат должен осуществлять синхронизацию информационных
импульсов, поступающих в произвольные моменты времени, с ближайшим спадом
тактового импульса, начинающимся после поступления фронта информационного
импульса. Длительность формируемого синхронизированного импульса равна
периоду следования тактовых импульсов. Максимальная длительность
информационного импульса не ограничена
[pic]
X = {00, 01, 10, 11}
Y = {0, 1}
| |ТИ |ИИ |
|X0 |0 |0 |
|X1 |1 |0 |
|X2 |0 |1 |
|X3 |1 |1 |
[pic]
Таблица переходов ?(q,x)
| |q0 |q1 |q2 |q3 |q4 |q5 |
|X0 |q0 |q1 |q3 |q3 |q0 |q0 |
|X1 |q0 |q2 |q2 |q4 |q4 |q0 |
|X2 |q1 |q1 |q3 |q3 |q5 |q5 |
|X3 |q2 |q2 |q2 |q4 |q4 |q5 |
Таблица выходов ?(q,x)
| |q0 |q1 |q2 |q3 |q4 |q5 |
|X0 |0 |0 |1 |1 |1 |0 |
|X1 |0 |0 |0 |1 |0 |0 |
|X2 |0 |0 |1 |1 |0 |0 |
|X3 |0 |0 |0 |1 |1 |0 |
Минимизация памяти абстрактного автомата
Таблица выходов ?(q,x)
| |q0 |q1 |q2 |q3 |q4 |q5 |
|X0 |0 |0 |1 |1 |1 |0 |
|X1 |0 |0 |0 |1 |0 |0 |
|X2 |0 |0 |1 |1 |0 |0 |
|X3 |0 |0 |0 |1 |1 |0 |
| |A0 |A0 |A1 |A2 |A3 |A0 |
A0 = {q0, q1, q5}
A1 = {q2}
A2 = {q3}
A3 = {q4}
| |q0 |q1 |q5 |q2 |q3 |q4 |
|X0 |A0 |A0 |A0 |A2 |A2 |A0 |
|X1 |A0 |A1 |A0 |A1 |A3 |A3 |
|X2 |A0 |A0 |A0 |A2 |A2 |A0 |
|X3 |A1 |A1 |A0 |A1 |A3 |A3 |
| |B0 |B1 |B2 |B3 |B4 |B5 |
Таким образом, невозможно минимизировать память абстрактного автомата.
Выбор способа противогоночного кодирования
Существует ряд способов противогоночного кодирования, которые можно разбить
на две группы:
1. Методы, позволяющие устранить все состязания. Используется “соседнее
кодирование”, когда всем соседним внутренним состояниям приписывают
соседние кодовые комбинации, отличающиеся значением только 1 разряда.
В случае использования таких методов уменьшается быстродействие, но
зато устраняются все состязания.
2. Методы, устраняющие только критические состязания (состязания при
которых в дальнейшей работе автомат не переходит из ошибочных
состояний в состояние, предусмотренное алгоритмом функционирования)
Для упрощения схемы и увеличения быстродействия устраняем только
критические состязания.
Противогоночное кодирование осуществляется путем развязывания пар
переходов.
Две пары двоичных наборов длины “l” – (?,?) и (?,?) называются
развязанными, если i-ый разряд кода принимает одно значение на паре (?,?) и
другое на паре (?,?)
Противогоночное кодирование состояний автомата
|M0 |M1 |M2 |M3 |
|q0, q0 |q0, q0 |q0, q1 |q0, q2 |
| | | | |
|q1, q1 |q1, q2 |q1, q1 |q1, q2 |
| | | | |
|q2, q3 |q2, q2 |q2, q3 |q2, q2 |
| | | | |
|q3, q3 |q3, q4 |q3, q3 |q3, q4 |
| | | | |
|q4, q0 |q4, q4 |q4, q5 |q4, q4 |
| | | | |
|q5, q0 |q5, q0 |q5, q5 |q5, q5 |
| |?1 |?2 |?3 |
|q0 |0 |0 |0 |
|q1 |1 |0 |0 |
|q2 |1 |1 |0 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |0 |1 |1 |
|q5 |0 |0 |1 |
Развязывание пар переходов в массиве М0
|1 |q0|q0|q1|q1|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q0|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |Q0|q0|q2|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|4 |q1|q1|q2|q3| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|6 |q1|q1|q4|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|5 |q0|q0|q2|q3| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|7 |q1|q1|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|8 |q2|q3|q4|Q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|9 |q2|q3|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q3|q3|q4|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|11|q3|q3|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание пар переходов в массиве М1
|1 |q0|q0|q1|q2|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |q0|q0|q2|q2|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q0|q3|q4| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|4 |q0|q0|q4|q4| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|5 |q1|q2|q3|q4| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |0 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|6 |q1|q2|q4|q4|
| |1 |1 |0 |0 |
|7 |q1|q2|q5|q0|
| |0 |0 |1 |1 |
|8 |q2|q2|q3|q4| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|9 |q2|q2|q4|q4|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q2|Q2|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|11|q3|q4|q5|q0| |
| |1 |0 |0 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?2|
|12|q4|q4|q5|q0| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?2|
Развязывание пар переходов в массиве М2
|1 |q0|q1|q2|Q3| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|2 |q0|q1|q3|q3| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|3 |q0|q1|q4|q5| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |0 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|4 |q0|q1|q5|q5| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |0 |0 |0 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|5 |q1|q1|q2|q3| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|6 |q1|q1|q3|q3| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?2|
|9 |q2|q3|q4|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|7 |q1|q1|q4|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|8 |q1|q1|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q2|q3|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|11|q3|q3|q4|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|12|q3|q3|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание пар переходов в массиве М3
|1 |q0|q2|q3|q4| |
| |0 |1 |1 |0 | |
| |0 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|2 |q0|q2|q4|q4| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|3 |q0|q2|q5|q5| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |1 |0 |0 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|4 |q1|q2|q3|q4| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |0 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|5 |q1|q2|q4|q4|
| |1 |1 |0 |0 |
|6 |q1|q2|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|7 |q2|q2|q3|q4| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |1 |1 |?2|
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|8 |q2|q2|q4|q4|
| |1 |1 |0 |0 |
|9 |q2|q2|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q3|q4|q5|q5| |
| |1 |0 |0 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?2|
|11|q4|q4|q5|q5| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?2|
Таблицы состояний при кодировании пошагово
Iй шаг
| |?1 |?2 |
|q0 |0 |- |
|q1 |1 |0 |
|q2 |1 |1 |
|q3 |1 |1 |
|q4 |0 |- |
|q5 |0 |- |
IIй шаг
| |?1 |?2 |?3 |
|q0 |0 |0 |- |
|q1 |1 |0 |0 |
|q2 |1 |1 |0 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |0 |1 |1 |
|q5 |0 |0 |- |
IIIй шаг
| |?1 |?2 |?3 |
|q0 |0 |0 |0 |
|q1 |1 |0 |0 |
|q2 |1 |1 |0 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |0 |1 |1 |
|q5 |0 |0 |1 |
IVй шаг
| |?1 |?2 |?3 |
|q0 |0 |0 |0 |
|q1 |1 |0 |0 |
|q2 |1 |1 |0 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |0 |1 |1 |
|q5 |0 |0 |1 |
Развязывание без ?1
Развязывание пар переходов в массиве М0
|1 |q0|q0|q1|q1| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |0 |0 |?3|
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|3 |q0|q0|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |q0|q0|q2|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|6 |q1|q1|q4|q0| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |0 |0 |1 |0 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|4 |q1|q1|q2|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|5 |q1|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|7 |q1|q1|q5|q0| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |0 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|8 |q2|q3|q4|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |0 |1 |1 |0 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|9 |q2|q3|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q3|q3|q4|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |1 |0 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|11|q3|q3|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание пар переходов в массиве М1
|1 |q0|q0|q1|q2| |
| |0 |0 |0 |1 | |
| |0 |0 |0 |0 |?3|
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|2 |q0|q0|q2|q2|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q0|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|4 |q0|q0|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|5 |q1|q2|q3|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|6 |q1|q2|q4|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|7 |q1|q2|q5|q0| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |0 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|8 |q2|q2|q3|q4| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |1 |1 |?3|
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|9 |q2|q2|q4|q4| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|10|q2|q2|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|11|q3|q4|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
|12|q4|q4|q5|q0|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание пар переходов в массиве М2
|1 |q0|q1|q2|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |q0|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q1|q4|q5| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|4 |q0|q1|q5|q5| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|5 |q1|q1|q2|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|6 |q1|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|7 |q1|q1|q4|q5| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|8 |q1|q1|q5|q5| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|9 |q2|q3|q4|q5| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |0 |1 |1 |1 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|11|q3|q3|q4|q5| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |1 |1 |?3|
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|10|q2|q3|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|12|q3|q3|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание пар переходов в массиве М3
|1 |q0|q2|q3|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|2 |q0|q2|q4|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|3 |q0|q2|q5|q5| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|4 |q1|q2|q3|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|5 |q1|q2|q4|q4| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|6 |q1|q2|q5|q5| |
| |0 |1 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|7 |q2 |q2 |q3 |q4| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|8 |q2|q2|q4|q4| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?3|
|9 |q2|q2|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
| |?2 |?3 |?4 |
|q0 |0 |0 |0 |
|q1 |0 |0 |1 |
|q2 |1 |0 |1 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |1 |1 |0 |
|q5 |0 |1 |0 |
|11|q4|q4|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
|10|q3|q4|q5|q5|
| |1 |1 |0 |0 |
Развязывание без ?2
Развязывание пар переходов в массиве М0
|1 |q0|q0|q1|q1| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|3 |q0|q0|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |q0|q0|q2|q3| |
| |0 |0 |0 |1 | |
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|4 |q1|q1|q2|q3| |
| |0 |0 |0 |1 | |
| |1 |1 |1 |1 |?4|
| |0 |0 |1 |1 |?5|
|6 |q1|q1|q4|q0| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|5 |q1|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|7 |q1|q1|q5|q0| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|8 |q2|q3|q4|q0| |
| |0 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|9 |q2|q3|q5|q0| |
| |0 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|10|q3|q3|q4|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|11|q3|q3|q5|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
Развязывание пар переходов в массиве М1
|1 |q0|q0|q1|q2| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|2 |q0|q0|q2|q2| |
| |0 |0 |0 |0 | |
| |0 |0 |1 |1 |?4|
|3 |q0|q0|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|4 |q0|q0|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|5 |q1|q2|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|6 |q1|q2|q4|q4|
| |1 |1 |0 |0 |
|7 |q1|q2|q5|q0| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|8 |q2|q2|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|9 |q2|q2|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|10|q2|q2|q5|q0| |
| |0 |0 |1 |0 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|11|q3|q4|q5|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |1 |0 |0 |0 |?4|
| |1 |1 |0 |0 |?5|
|12|q4|q4|q5|q0| |
| |1 |1 |1 |0 | |
| |0 |0 |0 |0 |?4|
| |1 |1 |0 |0 |?5|
Развязывание пар переходов в массиве М2
|1 |q0|q1|q2|q3| |
| |0 |0 |0 |1 | |
| |0 |1 |1 |1 |?4|
| |0 |0 |1 |1 |?5|
|2 |q0|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q1|q4|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|4 |q0|q1|q5|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|5 |q1|q1|q2|q3| |
| |0 |0 |0 |1 | |
| |1 |1 |1 |1 |?4|
| |0 |0 |1 |1 |?5|
|6 |q1|q1|q3|q3|
| |0 |0 |1 |1 |
|7 |q1|q1|q4|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|8 |q1|q1|q5|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|9 |q2|q3|q4|q5| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|10|q2|q3|q5|q5| |
| |0 |1 |1 |1 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|11|q3|q3|q4|q5| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
|12|q3|q3|q5|q5| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |1 |1 |0 |0 |?4|
Развязывание пар переходов в массиве М3
|1 |q0|q2|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|2 |q0|q2|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|3 |q0|q2|q5|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|4 |q1|q2|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|5 |q1|q2|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|6 |q1|q2|q5|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|7 |q2|q2|q3|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|8 |q2|q2|q4|q4|
| |0 |0 |1 |1 |
|9 |q2|q2|q5|q5|
| |0 |0 |1 |1 |
|10|q3|q4|q5|q5| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |1 |0 |0 |0 |?4|
| |1 |1 |0 |0 |?5|
|11|q4|q4|q5|q5| |
| |1 |1 |1 |1 | |
| |0 |0 |0 |0 |?4|
| |1 |1 |0 |0 |?5|
Развязывание переходов без ?1, ?2, ?3 не уменьшает сложность. Получаем:
| |?3 |?4 |?5 |
|q0 |0 |0 |0 |
|q1 |0 |1 |0 |
|q2 |0 |1 |1 |
|q3 |1 |1 |1 |
|q4 |1 |0 |1 |
|q5 |1 |0 |0 |
В дальнейшем используем исходную таблицу:
| |?1 |?2 |?3 |
|q0
|
