Общая структура последовательностного устройства

Цифровое устройство, в котором состояние выхода зависит не только от того, какие сигналы присутствуют на его входах в данное время, но и от того, какие последовательности сигналов поступали на входы устройства в предшествующие моменты времени, называют цифровым автоматом. Такие устройства за их способность запоминать последовательности входных или выходных сигналов называют также последовательностными устройствами.

Цифровые автоматы, применяемые в цифровой технике, преимущественно строятся по общей схеме, приведенной на рис.21. Такие автоматы называют автоматами Мура. На рис.21: ЭП – элементы памяти (регистр) c входами D₀,...,D_k-1 и выходами Q₀,...,Q_k-1. КС1 вырабатывает входные сигналы для элементов памяти, используя для этого их текущие состояния выходов (коды Q₀,...,Q_k-1) и внешние сигналы x₀,...,x_n-1 (коды настройки на определенный режим работы, сигналы синхронизации и т.п.). КС2 преобразует внутренние рабочие коды состояния устройства Q₀,...,Q_k-1 в выходные коды y₀,...,y_k-1.

Состояния всех входов, элементов памяти и выходов рассматриваются в одинаковые дискретные моменты времени. В зависимости от того, как эти моменты времени определены, последовательностные устройства разделяются на синхронные и асинхронные.

В синхронных устройствах дискретные моменты времени задают специальные синхронизирующие сигналы (импульсы), поступающие от некоторого независимого источника синхронизации. В синхронных последовательностных устройствах, следовательно, длительность рабочего такта задается синхронизирующими сигналами.

В отличие от синхронного, в асинхронном последовательностном устройстве дискретные моменты времени определяются моментами изменения состояния входа или состояния памяти, а длительность рабочих тактов определяется интервалом времени, в течение которого состояние автомата не меняется.

Таким образом, работу цифрового автомата Мура (рис.21) можно определить следующими логическими уравнениями

Q^t+1=f₁(Q^t,X ^t), Y ^t=f₂(Q^t), (14)

где Q^t – k-разрядное число, определяющее состояние памяти автомата в дискретное время t (текущее состояние памяти); X ^t – n-разрядное число, определяющее состояние входов в дискретное время t (текущее состояние входов); Q^t+1 – k-разрядное число, определяющее состояние памяти в дискретное время t+1 (последующее состояние памяти); Y ^t – l-разрядное число, определяющее состояние выходов в дискретное время t (текущее состояние выходов).