ПЦУСБ/Лекция 4 — различия между версиями

Версия 23:21, 16 октября 2013

Slide Show

Заголовок

Цифровые автоматы

Автор

Авдеев Н.А.

Нижний колонтитул

ПЦУСБ/Лекция 4

Дополнительный нижний колонтитул

Авдеев Н.А., 18:44, 25 марта 2014

Слайд: Провести анализ схемы (1)

Слайд: Провести анализ схемы (2)

Слайд: Автомат Мили

• Следующее состояние = F (текущее состояние, вход)
• Выход = G (текущее состояние, вход)

Слайд: Автомат Мура

• Следующее состояние = F (текущее состояние, вход)
• Выход = G (текущее состояние)

Слайд: Граф состояний и переходов

Слайд: Выбор состояний для выходов и кодирование состояний

Слайд: Таблица переходов

Слайд: Таблица истинности выходной логики

Слайд: VHDL-модель автомата

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
 
entity automat is
 
  port (
    x   : in  std_logic_vector(2 downto 1);
    rst : in  std_logic;
    clk : in  std_logic;
    y   : out std_logic_vector(1 downto 0));
 
end automat;
 
architecture beh of automat is
 
  signal state      : std_logic_vector(3 downto 0);
  signal next_state : std_logic_vector(3 downto 0);
 
begin  -- beh
 
  -- Задание логики переходов (F)
  next_state <=
    "0010" when state="0001" and x(1)='1' else
    "0001" when state="0001" else
    "0100" when state="0010" and x(2 downto 1) = "10" else
    "1000" when state="0010" and x(1)='1' else
    "0010" when state="0010" else
    "0001" when state="1000" and x(1)='1' else
    "1000" when state="1000" else
    "0100" when state="0100" else
    "0000";
 
  -- Задание выходной логики (G)
  y <=
    "00" when state="0001" else
    "10" when state="0010" else
    "00" when state="0100" else
    "11" when state="1000" else
    "00";
 
  -- регистр, хранящий текущее состояние
  p1: process (clk, rst)
  begin  -- process p1
    if rst = '1' then
      state <= "0001";
    elsif clk'event and clk = '1' then
      state <= next_state;
    end if;
  end process p1;
 
end beh;

architecture beh2 of automat is
 
  type state_type is (Q1, Q2, Q3, Q4);
  signal state      : state_type;
  signal next_state : state_type;
 
begin  -- beh
 
  c1: process (state, x) is
  begin  -- process c1
    case state is
      when Q1 =>
        y <= "00";
        if x(1)='1' then
          next_state <= Q2;
        else
          next_state <= Q1;
        end if;
      when Q2 =>
        y <= "10";
        if x = "10" then
          next_state <= Q3;
        elsif x(1) = '1' then
          next_state <= Q4;
        else
          next_state <= Q2;
        end if;
      when Q3 =>
        y <= "00";
        next_state <= Q3;
      when Q4 =>
        y <= "11";
        if x(1) = '1' then
          next_state <= Q1;
        else
          next_state <= Q4;
        end if;
      when others => null;
    end case;
  end process c1;
 
  -- регистр, хранящий текущее состояние
  p1: process (clk, rst)
  begin  -- process p1
    if rst = '1' then
      state <= Q1;
    elsif clk'event and clk = '1' then
      state <= next_state;
    end if;
  end process p1;
 
end beh2;

Слайд: VHDL-модель тестбенча

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
 
entity tb is
 
end tb;
 
architecture beh of tb is
 
  component automat
    port (
      x   : in  std_logic_vector(2 downto 1);
      rst : in  std_logic;
      clk : in  std_logic;
      y   : out std_logic_vector(1 downto 0));
  end component;
  signal x   : std_logic_vector(2 downto 1);
  signal rst : std_logic;
  signal clk : std_logic := '0';
  signal y   : std_logic_vector(1 downto 0);
 
begin  -- beh
 
  automat_1: automat
    port map (
      x   => x,
      rst => rst,
      clk => clk,
      y   => y);
 
  clk <= not clk after 10 ns;
  rst <= '1', '0' after 30 ns,
         '1' after 400 ns, '0' after 405 ns;
 
  process
  begin  -- process
 
    x <= "00";
    wait for 55 ns;
    x <= "01";
    wait for 20 ns;
    x <= "01";
    wait for 20 ns;
    x <= "01";
    wait for 20 ns;
    x <= "01";
    wait for 40 ns;
    x <= "10";
    wait for 40 ns;
    x <= "11";
    wait for 40 ns;
    x <= "10";
    wait for 40 ns;
    x <= "01";
    wait;
  end process;
 
end beh;

Слайд: Последовательный оператор CASE

• Последовательный — значит может использоваться только в process

case Выражение is
   when Значение =>
     Последовательные операторы
   when Значение [ | Значение ] =>
      Последовательные операторы
end case;

• Значение может быть числом (литералом), простым выражением (например, a + b), диапазоном значений (1 to 10), ключевым словом others.

Примеры
case SEL is when "01" => Z <= A; when "10" => Z <= B; when others => Z <= 'X'; end case;	case INT_A is when 0 => Z <= A; when 1 to 3 => Z <= B; when 4|6|8 => Z <= C; when others => Z <= 'X'; end case;
Примеры ошибок
перекрытие диапазонов case INT_A is when 0 => Z <= A; when 1 to 3 => Z <= B; when 2|6|8 => Z <= C; -- illegal when others => Z <= 'X'; end case;	Диапазон для вектора задавать нельзя signal VEC : unsigned(2 downto 0); .... case VEC is when "000" to "010" => Z <= A; -- illegal when "111" => Z <= B; when others => Z <= 'X'; end case;

Слайд: Временные диаграммы

Временные диаграммы проверки автоматов

Слайд: Словесное описание автомата

Панель ввода пароля

• обеспечить возможность задания нового пароля по нажатию специальной кнопки и ввода старого пароля (пароль по умолчанию 000), а затем ввода нового. При неправильном вводе переходит в начальное состояние (ожидание ввода). При правильном старом пароле включить сигнал "доступ открыт", а после ввода нового пароля отключить сигнал "доступ открыт".
• ввод пароля с клавиатуры (3х значное десятичное число от 000 до 999). Предусмотреть кнопку сброса введённого пароля (при неправильный вводе).
• после ввода 3 цифр система проверяет введённый пароль с внутренним значением:
  • если пароли совпадают, то включается светодиод "Доступ открыт" на 3 сек., после чего система переходит в режим ввода пароля
  • если пароли не совпадают, то включается звуковой сигнал "Доступ закрыт" на 0.5 сек., после чего система переходит в режим ввода пароля
  • если после ввода 1й или 2й цифры, следующая цифра (т.е. 2-я или 3я соответственно) не введены более чем через 5 секунд, то включается звуковой сигнал "Доступ закрыт" на 0.5 секунды

Слайд: Алгоритм

Слайд: Таблица переходов :step

Элементы системы и управляющие сигналы (входы/выходы)

• Входы
  • кнопка ввода пароля - сигнал SetPassword
  • цифровые кнопки 0-9 - сигналы DigitalKey[8 downto 0]
  • кнопка отмены ввода - сигнал Esc
  • сигналы (со счетчика) отсчитывающие 0.5, 3, 5 с - Dalay05s, Dalay3s, Dalay5s
  • сигнал синхронизации - clk (активный положительный фронт)
  • асинхронный сброс - RST

• Выходы
  • управление трехразрядным семисегментным индикатором - Digits2[6:0], Digits1[6:0], Digits0[6:0] (реально Digits[6:0] и Index[2:0])
  • светодиод "Доступ открыт" - сигнал Open
  • Динамик - сигнал Speaker
  • Сигнал запуск отсчета паузы - StartCount

Слайд: Таблица переходов

Слайд: Таблица переходов (2)

Слайд: Тоже самое в виде графа

Слайд: NEW