392 lines
19 KiB
TeX
392 lines
19 KiB
TeX
\documentclass[a4paper, final]{article}
|
||
%\usepackage{literat} % Нормальные шрифты
|
||
\usepackage[14pt]{extsizes} % для того чтобы задать нестандартный 14-ый размер шрифта
|
||
\usepackage[T2A]{fontenc}
|
||
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
||
\usepackage[russian]{babel}
|
||
\usepackage{amsmath}
|
||
\usepackage[left=25mm, top=20mm, right=20mm, bottom=20mm, footskip=10mm]{geometry}
|
||
\usepackage{ragged2e} %для растягивания по ширине
|
||
\usepackage{setspace} %для межстрочного интервала
|
||
\usepackage{moreverb} %для работы с листингами
|
||
\usepackage{indentfirst} % для абзацного отступа
|
||
\usepackage{moreverb} %для печати в листинге исходного кода программ
|
||
\usepackage{graphicx}
|
||
\usepackage{tabularx}
|
||
\usepackage{amssymb}
|
||
|
||
\usepackage{array}
|
||
\usepackage{multirow}
|
||
|
||
\renewcommand\verbatimtabsize{4\relax}
|
||
\renewcommand\listingoffset{0.2em} %отступ от номеров строк в листинге
|
||
\renewcommand{\arraystretch}{1.4} % изменяю высоту строки в таблице
|
||
\usepackage[font=small, singlelinecheck=false, justification=centering, format=plain, labelsep=period]{caption} %для настройки заголовка таблицы
|
||
\usepackage{listings} %листинги
|
||
\usepackage{xcolor} % цвета
|
||
\usepackage{hyperref}% для гиперссылок
|
||
\usepackage{enumitem} %для перечислений
|
||
\newtheorem{theorem}{Теорема} % Создание нового окружения для теорем
|
||
\setlist[enumerate,itemize]{leftmargin=1.2cm} %отступ в перечислениях
|
||
|
||
\hypersetup{colorlinks,
|
||
allcolors=[RGB]{010 090 200}} %красивые гиперссылки (не красные)
|
||
|
||
% подгружаемые языки — подробнее в документации listings (это всё для листингов)
|
||
\lstloadlanguages{ C++}
|
||
% включаем кириллицу и добавляем кое−какие опции
|
||
\lstset{tabsize=2,
|
||
breaklines,
|
||
basicstyle=\footnotesize,
|
||
columns=fullflexible,
|
||
flexiblecolumns,
|
||
numbers=left,
|
||
numberstyle={\footnotesize},
|
||
keywordstyle=\color{blue},
|
||
inputencoding=cp1251,
|
||
extendedchars=true
|
||
}
|
||
\lstdefinelanguage{MyC}{
|
||
language=C++,
|
||
% ndkeywordstyle=\color{darkgray}\bfseries,
|
||
% identifierstyle=\color{black},
|
||
% morecomment=[n]{/**}{*/},
|
||
% commentstyle=\color{blue}\ttfamily,
|
||
% stringstyle=\color{red}\ttfamily,
|
||
% morestring=[b]",
|
||
% showstringspaces=false,
|
||
% morecomment=[l][\color{gray}]{//},
|
||
keepspaces=true,
|
||
escapechar=\%,
|
||
texcl=true
|
||
}
|
||
|
||
\textheight=24cm % высота текста
|
||
\textwidth=16cm % ширина текста
|
||
\oddsidemargin=0pt % отступ от левого края
|
||
\topmargin=-1.5cm % отступ от верхнего края
|
||
\parindent=24pt % абзацный отступ
|
||
\parskip=5pt % интервал между абзацами
|
||
\tolerance=2000 % терпимость к "жидким" строкам
|
||
\flushbottom % выравнивание высоты страниц
|
||
|
||
|
||
% Настройка листингов
|
||
\lstset{
|
||
language=C++,
|
||
extendedchars=\true,
|
||
inputencoding=utf8,
|
||
keepspaces=true,
|
||
% captionpos=b,
|
||
}
|
||
|
||
\begin{document} % начало документа
|
||
|
||
% НАЧАЛО ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
|
||
\begin{center}
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\normalsize{МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ\\
|
||
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»\\[10pt]}
|
||
\normalsize{Институт компьютерных наук и кибербезопасности}\\[10pt]
|
||
\normalsize{Высшая школа технологий искусственного интеллекта}\\[10pt]
|
||
\normalsize{Направление: 02.03.01 <<Математика и компьютерные науки>>}\\
|
||
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\large{Отчет по курсовой работе}\\
|
||
\large{<<Синтез функциональной схемы простейших часов>>}\\
|
||
\large{по дисциплине <<Теория алгоритмов>>}\\
|
||
\large{Вариант 25}\\
|
||
|
||
\hfill \break
|
||
\hfill \break
|
||
\end{center}
|
||
|
||
\small{
|
||
\begin{tabular}{lrrl}
|
||
\!\!\!Студент, & \hspace{2cm} & & \\
|
||
\!\!\!группы 5130201/20102 & \hspace{2cm} & \underline{\hspace{3cm}} &Тищенко А. А. \\\\
|
||
\!\!\!Преподаватель & \hspace{2cm} & \underline{\hspace{3cm}} & Востров А. В. \\\\
|
||
&&\hspace{4cm}
|
||
\end{tabular}
|
||
\begin{flushright}
|
||
<<\underline{\hspace{1cm}}>>\underline{\hspace{2.5cm}} 2024г.
|
||
\end{flushright}
|
||
}
|
||
|
||
\hfill \break
|
||
% \hfill \break
|
||
\begin{center} \small{Санкт-Петербург, 2024} \end{center}
|
||
\thispagestyle{empty} % выключаем отображение номера для этой страницы
|
||
|
||
% КОНЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА
|
||
\newpage
|
||
|
||
\tableofcontents
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section*{Введение}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Введение}
|
||
Современные дискретные системы управления представляют собой основу автоматизированных и цифровых технологий, находящих применение во многих сферах жизни: от бытовой электроники до сложных промышленных и научных систем. Важной частью их проектирования является синтез функциональных схем.
|
||
|
||
В данной курсовой работе, в соответствии с вариантом 25 (2110110), рассматривается проектирование и синтез функциональной схемы электронных часов со следующими функциями:
|
||
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item Отображение и корректировка (в дополнение к часам и минутам): дня недели;
|
||
\item Режим работы часов: 24-х часовой;
|
||
\item Отключение индикаторов с целью экономии электроэнергии;
|
||
\item Секундомер: простой (сброс - запуск - останов);
|
||
\item Звуковая сигнализация: каждый час в течение четырёх секунд.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Задачи курсовой работы включают:
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Построить граф управляющего автомата часов и дать пояснения к нему. Пояснения предполагают
|
||
описание логического смысла каждого состояния, перечень визуальной информации, выводимой на
|
||
индикаторы, а также порядок использования всех тех возможностей часов, которые перечислены в задании.
|
||
\item Изобразить общую структурную схему электронных часов с указанием всех необходимых управляющих
|
||
микрокоманд (импульсных и потенциальных). Функции каждого блока структурной схемы должны быть
|
||
пояснены. Должны быть даны также пояснения функции всех управляющих микрокоманд.
|
||
\item Провести кодирование входных и выходных воздействий и состояний автомата.
|
||
\item Построить минимизацию функций блоков управления.
|
||
\item Построить общую функциональную схему. При этом необходимо четко описать алгоритм работы и уметь
|
||
объяснить принцип проектирования всех блоков.
|
||
\item Определить (приблизительно) площадь микросхемы, реализующей построенную функциональную схему при современной плотности компоновки транзисторов.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section {Математическое описание}
|
||
\subsection{Модель конечного автомата}
|
||
Конечный автомат — математическая модель дискретного устройства, которая описывается набором:
|
||
\[
|
||
A = (S, \Sigma, Y, s_0, \delta, \lambda),
|
||
\]
|
||
где:
|
||
\begin{itemize}
|
||
\item \( S \) — конечное множество состояний;
|
||
\item \( \Sigma \) — конечное множество входных сигналов;
|
||
\item \( Y \) — конечное множество выходных сигналов;
|
||
\item \( s_0 \) — начальное состояние \((s_0 \in S)\);
|
||
\item \( \delta: S \times \Sigma \to S \) — функция переходов;
|
||
\item \( \lambda: S \times \Sigma \to Y \) — функция выходов.
|
||
\end{itemize}
|
||
|
||
Конечный автомат работает в дискретные моменты времени, и в момент \( t = 0 \) автомат всегда находится в состоянии \( s_0 \).
|
||
|
||
\subsection{Реализация графа управляющего автомата}
|
||
\subsubsection{Граф управляющего автомата}
|
||
На Рис.~\ref{fig:} представлен граф переходов управляющего конечного автомата, который обеспечивает функционал часов, соответствующий варианту курсовой работы. Этому графу переходов соответствует таблица переходов~\ref{tbl:steps}.
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\caption{Таблица переходов управляющего автомата.}
|
||
\label{tbl:steps}
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
|
||
\hline
|
||
\textbf{Вход} & \textbf{Текущее состояние} & \textbf{Следующее состояние} & \textbf{Выход} \\
|
||
\hline
|
||
a & \textit{$s_0$: time} & \textit{$s_1$: minutes} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
b & \textit{$s_1$: minutes} & \textit{$s_1$: minutes} & $z_1$ \\
|
||
\hline
|
||
a & \textit{$s_1$: minutes} & \textit{$s_2$: hours} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
b & \textit{$s_2$: hours} & \textit{$s_2$: hours} & $z_2$ \\
|
||
\hline
|
||
a & \textit{$s_2$: hours} & \textit{$s_3$: weekday} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
b & \textit{$s_3$: weekday} & \textit{$s_3$: weekday} & $z_3$ \\
|
||
\hline
|
||
a & \textit{$s_3$: weekday} & \textit{$s_0$: time} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
b & \textit{$s_0$: time} & \textit{$s_4$: sec-stop} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
b & \textit{$s_4$: sec-stop} & \textit{$s_4$: sec-stop} & $z_4$ \\
|
||
\hline
|
||
a & \textit{$s_4$: sec-stop} & \textit{$s_5$: sec-run} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
a & \textit{$s_5$: sec-run} & \textit{$s_4$: sec-stop} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
b & \textit{$s_5$: sec-run} & \textit{$s_0$: time} & $z_4$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
c & \textit{$s_0$: time} & \textit{$s_6$: display-off} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
c & \textit{$s_6$: display-off} & \textit{$s_0$: time} & $z_0$ \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\caption{Таблица истинности для F.}
|
||
\label{tbl:truth-f}
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{tabularx}{\textwidth}{|X|X|X|X|X|X|X|X|X|X|X|}
|
||
\hline
|
||
\multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Вход}} &
|
||
\multicolumn{3}{c|}{\textbf{Текущее состояние}} &
|
||
\multicolumn{3}{c|}{\textbf{Следующее состояние}} &
|
||
\multicolumn{3}{c|}{\textbf{Выход}} \\
|
||
\hline
|
||
$x_1$ & $x_2$ & $q_1$ & $q_2$ & $q_3$ & $Q_1$ & $Q_2$ & $Q_3$ & $y_1$ & $y_2$ & $y_3$ \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 \\
|
||
\hline
|
||
0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 1 & 1 \\
|
||
\hline
|
||
0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
0 & 0 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
0 & 1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
|
||
1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabularx}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
|
||
\subsubsection{Состояния}
|
||
Всего было выделено 7 состояний ($S = \{s_0, s_1, s_2, s_3, s_4, s_5, s_6, s_7\}$) со следующими значениями:
|
||
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item \textit{$s_0$: time} -- состояние обычной работы часов, на индикаторах отображаются текущее время (часы и минуты) и день недели;
|
||
\item \textit{$s_1$: minutes} -- состояние корректировки минут, отображаются только минуты, остальные индикаторы отключены;
|
||
\item \textit{$s_2$: hours} -- состояние корректировки часов, отображаются только часы, остальные индикаторы отключены;
|
||
\item \textit{$s_3$: weekday} -- состояние корректировки дня недели, отображается только день недели, все остальные индикаторы отключены;
|
||
\item \textit{$s_4$: sec-stop} -- состояние остановленного секундомера, индикатор дня недели отключен, вместо текущего времени выводится последнее время остановки секундомера (вместо часов выводятся минуты, а вместо минут -- секунды);
|
||
\item \textit{$s_5$: sec-run} -- состояние запущенного секундомера, индикатор дня недели отключён, вместо текущего времени выводится время работы секундомера (вместо часов выводятся минуты, а вместо минут -- секунды);
|
||
\item \textit{$s_6$: display-off} -- состояние, при котором все индикаторы отключены для экономии электроэнергии, но при этому часы продолжают отсчёт времени.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
Двоичные коды состояний представлены в таблице~\ref{tbl:states}.
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\caption{Коды состояний.}
|
||
\label{tbl:states}
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{tabular}{|c|c|}
|
||
\hline
|
||
\textbf{Состояние} & \textbf{Код} \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_0$: time} & 000 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_1$: minutes} & 001 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_2$: hours} & 010 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_3$: weekday} & 011 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_4$: sec-stop} & 100 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_5$: sec-run} & 101 \\
|
||
\hline
|
||
\textit{$s_6$: display-off} & 110 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
|
||
\subsubsection{Входы}
|
||
На часах предполагается наличие трёх кнопок: $a$, $b$ и $c$. Каждой кнопке соответствует отдельный входной сигнал, таким образом $\Sigma = \{a, b, c\}$. Коды входных сигналов представлены в таблице~\ref{tbl:inputs}.
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\caption{Коды входных сигналов.}
|
||
\label{tbl:inputs}
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{tabular}{|c|c|}
|
||
\hline
|
||
\textbf{Входной сигнал/кнопка} & \textbf{Код} \\
|
||
\hline
|
||
$a$ & 00 \\
|
||
\hline
|
||
$b$ & 01 \\
|
||
\hline
|
||
$c$ & 10 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
|
||
\subsubsection{Выходы}
|
||
Было выделено следующее множество выходных сигналов: $Y = \{z_0, z_1, z_2, z_3, z_4\}$. Их назначения и коды представлены в таблице~\ref{tbl:outputs}.
|
||
|
||
\begin{table}[h!]
|
||
\centering
|
||
\caption{Коды импульсных выходных сигналов.}
|
||
\label{tbl:outputs}
|
||
\footnotesize
|
||
\begin{tabular}{|c|c|c|}
|
||
\hline
|
||
\textbf{Выходной сигнал} & \textbf{Значение} & \textbf{Код} \\
|
||
\hline
|
||
$z_0$ & Отсутствие реакции & 000 \\
|
||
\hline
|
||
$z_1$ & Увеличение минут на 1 & 001 \\
|
||
\hline
|
||
$z_2$ & Увеличение часов на 1 & 010 \\
|
||
\hline
|
||
$z_3$ & Следующий день недели & 011 \\
|
||
\hline
|
||
$z_4$ & Сброс секундомера & 100 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsubsection{Функции переходов и выходов}
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section*{Заключение}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Заключение}
|
||
|
||
|
||
|
||
\newpage
|
||
\section*{Список литературы}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Список литературы}
|
||
|
||
\vspace{-1.5cm}
|
||
\begin{thebibliography}{0}
|
||
\bibitem{vostrov}
|
||
Востров А. В, <<Теория алгоритмов>> URL: \url{https://tema.spbstu.ru/algorithm/} (Дата обращения: 01.12.2024).
|
||
\end{thebibliography}
|
||
\end{document} |