Bài giảng Kỹ thuật số 2 - Chương 2: Thiết kế máy trạng thái bằng lưu đồ máy trạng thái

Chương 2

THIẾT KẾ MÁY TRẠNG THÁI BẰNG

LƯU ĐỒ MÁY TRẠNG THÁI

I. LÖU ÑOÀ MAÙY TRAÏNG THAÙI:

- Heä tuaàn töï coøn ñöôïc goïi laø maùy traïng thaùi thuaät toaùn

(ASM - algorithmic state machine) hay ñôn giaûn hôn laø maùy

traïng thaùi (SM - state machine), goïi taét laø SM.

- Löu ñoà SM ñöôïc taïo bôûi caùc khoái SM; moãi khoái SM

moâ taû hoaït ñoäng cuûa heä trong 1 traïng thaùi.

- Moät khoái SM bao goàm moät Hoäp traïng thaùi (state box),

caùc Hoäp quyeát ñònh (decision box) vaø caùc Hoäp xuaát theo ñieàu

kieän (conditional ouput box).

0

1

ÑIEÀU KIEÄN

Hoäp traïng thaùi

Hoäp quyeát ñònh

Hoäp xuaát theo ñkieän

Ñöôøng vaøo cuûa khoái SM

Maõ traïng thaùi

Teân traïng thaùi

S

xxx

Lieät keâ bieán ra coù giaù trò 1

(bieán Moore)

1

0

ÑIEÀU KIEÄN

Lieät keâ bieán ra coù

giaù trò 1 theo ñieàu

kieän (bieán Mealy)

Caùc ñöôøng ra ñeán caùc khoái SM khaùc

Moät khoái SM coù chính xaùc moät ñöôøng vaøo vaø moät hoaëc nhieàu ñöôøng ra.

- Moät ñöôøng daãn ñi qua khoái SM töø ngoõ vaøo ñeán ngoõ ra ñöôïc goïi

laø ñöôøng daãn lieân keát (link path).

S₁

Z₁, Z₂

0

1

X₁

0

1

Z₃, Z₄

X₂

X₃

0

1

Z₅

1

2

3

n

- Khoái SM coù theå ñöôïc bieåu dieãn baèng nhieàu daïng khaùc nhau.

- Moät löu ñoà SM coù theå bieåu dieãn moät heä toå hôïp khi chæ coù

moät traïng thaùi vaø khoâng coù söï thay ñoåi traïng thaùi xaûy ra.

Z1 = A + A’BC = A + BC

- Ta phaûi tuaân theo moät soá qui taéc khi xaây döïng moät khoái SM.

* Vôùi moïi keát hôïp caùc bieán vaøo hôïp leä phaûi coù chính xaùc

moät ñöôøng ra ñöôïc ñònh nghóa. Ñieàu naøy laø caàn thieát vì moãi toå hôïp

vaøo ñöôïc cho pheùp phaûi daãn ñeán moät traïng thaùi keá duy nhaát.

* Khoâng cho pheùp coù ñöôøng hoài tieáp noäi trong moät khoái SM.

1/0

1/Z2

S0

Za

S1

Zb

S2

Zc

S0

00 = AB

0/0

Za

X

0/0

0/Z1

0

1

S1

01

Zb

1

0

X

S2

11

Zc

1

0

X

Z1

Z2

Giản đồ định thì

Clock

State

X

S0

S1

S2

S0

Za

Zb

Zc

Z1

Z2

0

1

X

S1

Zb

X

1

0

S2

Zc

1

0

X

Z1

Z2

II. CAØI ÑAËT LÖU ÑOÀ MAÙY TRAÏNG THAÙI:

- Vieäc caøi ñaët (realization) löu ñoà SM laø tìm ñöôïc phöông trình

cuûa caùc bieán ra vaø caùc bieán traïng thaùi keá tieáp.

- Caùc böôùc thöïc hieän nhö sau:

* Thöïc hieän gaùn traïng thaùi cho caùc hoäp traïng thaùi.

* Xaùc ñònh phöông trình cuûa bieán ra Zi

- Tìm caùc traïng thaùi coù xuaát hieän bieán ra (Zi = 1)

- Nếu laø bieán MOORE thì ta ñöôïc tích soá (AND) cuûa

caùc bieán traïng thaùi; coøn neáu laø bieán MEALY thì ta coù tích soá

cuûa caùc bieán traïng thaùi vaø bieán ñieàu kieän vaøo.

- Phöông trình cuûa bieán ra baèng toång (OR) caùc tích soá

ñaõ tìm thaáy ôû caùc böôùc treân laïi vôùi nhau.

* Gaùn traïng thaùi:

S0: AB = 00; S1: AB = 01 vaø S2: AB = 11

S0

00 = AB

Za

X

* Phöông trình cuûa caùc bieán ra:

0

1

Za = A B

Zb = A B

S1

01

Zc = A B

Z1 = A B X

Z2 = A B X

Zb

1

0

X

S2

11

Zc

X

1

0

Z1

Z2

* Xaùc ñònh phöông trình caùc bieán traïng thaùi keá Q⁺

- Tìm ra taát caû caùc traïng thaùi trong ñoù Q_j=1

j

- Taïi moãi traïng thaùi naøy, tìm taát caû caùc ñöôøng daãn lieân keát

(link path) maø daãn vaøo traïng thaùi ñoù.

- Vôùi moãi ñöôøng daãn lieân keát naøy, tìm ra moät soá haïng laø 1

khi ñi theo ñöôøng daãn lieân keát naøy. Nghóa laø, vôùi ñöôøng daãn

lieân keát töø Sa ñeán Sb, soá haïng seõ laø 1 tích soá cuûa caùc bieán

traïng thaùi ôû traïng thaùi Sa vaø caùc bieán ñieàu kieän ñeå coù theå

daãn ñeán Sb.

- Bieåu thöùc Q⁺ñöôïc taïo thaønh baèng caùch laáy toång (OR) caùc

j

tích soá ñöôïc tìm thaáy ôû böôùc treân laïi vôùi nhau

* Phöông trình caùc bieán traïng thaùi keá:

A⁺=

S0

00 = AB

A B X + A B X

(S1→ S2)

(S2→ S2)

Za

X

B⁺=

A B X + A B X + A B X

0

1

(S1→ S2)

(S2→ S2)

(S0→ S1)

S1

01

Zb

1

0

X

S2

11

Zc

1

0

X

Z1

Z2

2.2 THÀNH LẬP LƯU ĐỒ SM

Phương pháp suy ra lưu đồ SM cho một hệ

điều khiển tuần tự thì giống với phương pháp

dùng suy ra giản đồ trạng thái:

1. Vẽ sơ đồ khối của hệ thống mà ta đang điều khiển.

2. Định nghĩa các tín hiệu vào và ra cần cho hệ điều

khiển.

3. Xây dựng lưu đồ SM để kiểm tra các tín hiệu vào

và ra cần cho hệ điều khiển.

4. Xây dựng lưu đồ SM để kiểm tra các tín hiệu vào

và tạo ra chuỗi các tín hiệu ra đúng.

Thí dụ 2.1 Xây dựng một khối SM có ba biến vào (A, B,

C), 4 biến ra (W, Z, Y, Z), và đường ra (1 và 2). Với khối

này, ngõ ra Z luôn luôn là 1, và W là 1 nếu cả hai A và B

bằng 1. Nếu C = 1 và A = 0 thì Y = 1 và đi ra đường 1.

Nếu C = 0 hoặc A = 1 thì X = 1 và đi ra đường 2.

 Theo đề bài ta thấy Z phải là biến ra Moore, còn các

biến ra khác là biến Mealy; và ta có lưu đồ SM sau:

Thí dụ 2.2 Vẽ lưu đồ SM

của hệ kiểm tra chẵn lẻ số

bit nhận được ở ngõ vào X,

nếu số bit 1 nhận được ngõ

vào X là số lẻ thì Z = 1, là

số chẳn thì Z = 0.

 Nếu gọi EVEN là trạng thái

chỉ số bit 1 nhận được là

chẵn và ODD là trạng thái

chỉ số bit 1 nhận được là lẻ

thì ta có được lưu đồ SM

như hình 2.12.