Файл: Математическая логика и конечные автоматы МУ к курсовой.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Тульский государственный университет

Категория: Методичка

Дисциплина: Логика

Добавлен: 23.10.2018

Просмотров: 1219

Скачиваний: 17

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕСИТЕТ»


Политехнический институт


Кафедра "Робототехника и автоматизация производства"









МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЛОГИКА И КОНЕЧНЫЕ АВТОМАТЫ







Методические указания

по выполнению курсовой работы

для студентов очной формы обучения

направления 15.03.06 (221000) «Мехатроника и робототехника»













Тула 2017

Разработал: к.т.н., доцент Зайчиков И.В.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры РТиАП "______"_______________ 2017 г., протокол № ________.










































1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ


Курсовая работа по дисциплине «Математическая логика и конечные автоматы» предназначена для выработки у студентов умений и навыков применения основных теоретических положений курса в практической работе по синтезу цифровых управляющих устройств.

В процессе выполнения курсовой работы студент должен научиться

составлять алгоритмы функционирования цифровых управляющих устройств;

разделять цифровое управляющее устройство на операционный и управляющий автоматы;

синтезировать структуру операционного автомата и строить ее из типовых функциональных модулей;

проводить формальный синтез управляющего автомата с кодированием его состояний;

выполнять структурный синтез автомата с жесткой логикой, включая минимизацию логических функций и приведение их к заданному логическому базису.



2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ


2.1. Объект синтеза курсовой работы

Объектом синтеза курсовой работы является цифровое управляющее устройство с жесткой логикой, выполняющее функции получения цифровой информации от внешнего, по отношению к устройству, источника, ее предварительную обработку и выдачу результатов обработки в виде цифрового кода. Логика работы цифрового управляющего устройства должна предусматривать выполнение, как минимум, одной арифметической операции, указанной в задании.

В случае, если студент участвует в выполнении научно-исследова­тель­ской работы под руководством ведущих преподавателей кафедры «Робототехника и автоматизация производства», возможна выдача ему индивидуального задания с сохранением общей направленности тематики курсовой работы. Индивидуальное задание должно быть согласовано научным руководителем с ведущим преподавателем по дисциплине и утверждено на заседании кафедры. В приеме такой работы участвуют научный руководитель и ведущий преподаватель, причем требования к объему и уровню выполнения задания не должны снижаться.


2.2. Исходные данные к курсовой работе

Исходные данные к курсовой работе приведены в таблицах Приложения 1. Номера вариантов выбираются в соответствии с порядковым номером студента в алфавитном списке группы.

Табл. П.1 определяет состав обрабатываемых цифровым управляющим устройством данных и описание работы устройства.

Табл. П.2 определяет типы логических элементов для реализации комбинационных и последовательностных схем.


2.3. Объем курсовой работы

В процессе выполнения курсовой работы студенты должны:

составить функциональную схему операционного автомата, реализующего заданные элементарные операции;

разработать алгоритм функционирования цифрового управляющего устройства;

выбрать тип абстрактного автомата для реализации управляющего автомата;

произвести формальный синтез управляющего автомата;

привести управляющий автомат к заданным базисам комбинационных схем и элементов памяти в виде электрической схемы, правильность которой должна быть проверена в программе моделирования типа Elektronic Work Bench 5.12;

разработать структурную схему управляющего автомата с заданным базисом.

Содержание пояснительной записки должно содержать следующие основные разделы:

1. Задание в соответствии со своим вариантом

2. Содержание

3. Введение

4. Основная часть

4.1. Описание функциональной схемы цифрового управляющего устройства, реализующего заданные элементарные операции;

4.1.1. Описание функций блока 1

4.1.2. Описание функций блока 2

4.1.……………………………..

4.1.N.Описание функций блока N

4.2. Описание алгоритма функционирования цифрового управляющего устройства;

4.3. Описание электрической схемы цифрового управляющего устройства;

4.3.1. Описание электрической схемы блока 1

4.3.2. Описание электрической схемы блока 2

4.3.……………………………..

4.3.N.Описание электрической схемы блока N

5. Заключение

6. Список использованной литературы

7. Приложения

7.1. Электрическая схема цифрового управляющего устройства

7.2. Временные диаграммы сигналов цифрового управляющего устройства

2.4. Требования к пояснительной записке


Результаты синтеза отражаются в пояснительной записке объемом от 15 до 25 страниц машинописного текста без приложений. Титульный лист записки приведен в Приложении 2.

Пояснительная записка содержит текст, таблицы, рисунки и формулы. Текст должен быть предельно кратким. Его основное назначение - связать материал в единую логическую последовательность. Таблицы, формулы, рисунки должна пояснять только разработанные студентом структуры, булевы функции, оптимизации булевых выражений и т.п., в соответствии с выданным заданием на курсовую работу. В пояснительной записке запрещается приводить справочные данные, заимствованные из других источников. Использованные при выполнении курсовой работы источники, на которые имеются ссылки в тексте пояснительной записки, должны быть перечислены в списке литературы.

Курсовая работа выполняется на листах писчей белой бумаги формата А4 (210*297 мм). Текст должен быть набран в текстовом редакторе Word и распечатан на принтере. Математические выражения должны быть набраны во встроенном редакторе Microsoft Equation-3. Рисунки должны быть сделаны во встроенном графическом редакторе Word’а, или нарисованы по тексту карандашом.


2.5. Защита курсовой работы


На защиту представляются пояснительная записка к курсовой работе и рецензия. Предварительно материалы курсовой работы и рецензия должны быть представлены на сайте

Курсовая работа защищается перед комиссией, назначаемой распоряжением заведующего кафедрой. На защите студент должен кратко изложить основные результаты каждого из выполненных этапов, после чего ему могут быть заданы вопросу по его работе, на которые должны быть даны полные ответы. Оценка курсовой работы складывается из следующих оценок:

качество выполнения работы;

оценка рецензента;

оценка знаний, обнаруженных в процессе защиты.

Неудовлетворительная оценка по курсовой работе может быть выставлена студенту в следующих случаях:

пояснительная записка к курсовой работе не представлена на защиту;

на защиту представлена пояснительная записка с чужим вариантом курсовой работы;

в пояснительной записке отсутствует решение поставленной задачи.

студент показывает нулевые знания по курсовой работе и по предмету в целом и не может дать пояснения по выполненным этапам курсовой работы.

В случае получения неудовлетворительной оценки по результатам защиты студенту выдается новое задание.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ


3.1. Общая структура цифровых устройств


Общая функциональная схема цифрового автомата приведена на рис. 1.


Рис. 1. Общая функциональная схема цифрового автомата


В состав любого цифрового автомата входят операционный автомат и управляющий автомат.

Операционный автомат объединяет функциональные модули, производя­щие непосредственную обработку поступающей информации. Операционный автомат имеет ин­фор­мационные входы I и входы z управления; информационные выходы D, а также выходы u, которые сигнализируют о результатах выполнения операций. Сигналы, формируемые на этих выходах, называются осведомительными сигналами или внутренними логическими условиями устройства. Операционный автомат составляется из типовых функциональных модулей, таких, как параллельные и последовательные регистры, счетчики, комбинационные сумматоры, схемы сравнения, муль­типлексоры шифраторы, дешифраторы и др. В робототехнических системах и комплексах частью операционного автомата можно считать функциональные блоки, про­изводящие определенные действия, например перемещение манипулятора, опрос датчиков, раскрытие схвата, и т.п. Результатом функционирования указанных блоков должно являться появление сигналов, имеющих два состояния: 0 и 1.

Управляющий автомат вырабатывает символы z управления операционным автоматом по заданной программе с учетом значений внутренних u и внешних v логических условий, которые для него являются входными переменными. Внешние логические условия, задают одну из нескольких возможных в данном устройстве микропрограмм. На выходах у управляющего автомата могут быть сформированы символы, несущие информацию для внешних устройств о состоянии цифрового устройства. Управляющий автомат определяет логику ра­боты устройства, т.е. последовательность и тип операций, выполняемых операционным автоматом над исходными данными.

Общими управляющими входами автомата являются вход тактирования c и вход сброса r. По входу с осуществляется синхронизация работы операционного и управляющего автомата. По входу r производится установки внутренних элементов памяти автоматов в состояние, которое считается исходным (начальным).

Управляющий автомат можно строить двумя способами: как автомат с жесткой логикой, или как автомат со специальной встроенной памятью микропрограмм. Оба принципа формирования УА применяются в робототехнических системах, причем при реализации сложных алгоритмов используется микропрограммное управление, а при реализации простых алгоритмов - схемная логика.

Настоящая курсовая работа предполагает разработку управляющего автомата с жесткой логикой.



3.2. Синтез операционного автомата


Общая структура операционного автомата приведена на рис. 2. В состав типового операционного автомата могут входить:

мультиплексоры данных МХ1, МХ2;

регистры данных RG1, RG2;

комбинационные схемы выполнения математических операций L1, ..., Ln;

комбинационная схема формирования осведомительных символов Lu.

На входы операционного автомата подаются данные I0, I1 и вектор символов управления z. Отдельно может подаваться синхронизирующая последовательность импульсов с, которая может быть общей с синхронизирующей последовательностью управляющего автомата.


Рис. 2. Типовая схема операционного автомата


По входу r производится установка регистров в начальное состояние, например во все разряды регистров записывается логический ноль. По входу с производится тактирование регистров, т.е., под управлением этого входа триггеры регистров устанавливаются в состояние, которое определяется кодом, поданным на их информационные входы х1М, х2М.

На выходах D автомата формируется результат. На выходах u формируется признак результата.

Операционный автомат функционирует следующим образом.

Мультиплексоры МХ1 и МХ2 из множества данных, поданных на их информационные входы, выбирают под управлением кодов z1М и z2М данные, необходимые в текущий момент для выполнения заданной операции. При этом множества выбираемых кодов могут формироваться из входных данных I0, I1 и результатов х1 - хn выполнения элементарных операций комбинационными схемами L1 - Ln. Выбранный код синхросигналом с записывается в регистры RG1, RG2. В результате этого на выходах регистров формируются коды х1R и х2R, а на выходах комбинационных схем L1 - Ln - очередные результаты у1 - уn и признаки результатов u1 - un. Из признаков u1 - un на выходе u с помощью комбинационной схемы Lu формируется признак результата, после чего на входы могут быть поданы следующие данные и управляющие символы.

В качестве комбинационных схем могут использоваться:

сумматоры, реализующие арифметическую операцию х1R + х2R;

схемы сравнения кодов, реализующие одно из отношений: х1R > х2R; х1R = х2R; х1R х2R; х1R < х2R;

логические схемы, выполняющие операции отрицания, конъюнкции, дизъюнкции, суммирования по модулю 2 и т.п.;

шифраторы;

другие комбинационные схемы.

Состав комбинационных схем L1 - Ln определяется номенклатурой операций, определенных заданием на курсовую работу. Операции могут выполняться последовательно, разряд за разрядом, в этом случае проектируется последовательный операционный автомат, или параллельно, над всем кодом сразу, в этом случае проектируется параллельный операционный автомат. В последовательном операционном автомате комбинационные схемы L1 - Ln содержат структуры, предназначенные для обработки одного разряда данных, в параллельном операционном автомате - однотипные структуры для обработки сразу нескольких разрядов.

Смотрите также файлы