Логические системы в различных функциональных наборах и их реализация

Каждый символ сообщения отображается на отдельной матрице (матричном индикаторе) 5 7 светящихся элементов, то есть каждому символу соответствует определенная комбинация светящихся элементов матрицы. В данном курсовом проекте нужно выбрать три признака (светящегося элемента) и построить автомат, управляющий этими признаками при подаче на вход четырехразрядного управляющего кода. Для разработки автомата необходимо произвести анализ на толерантность и эквивалентность. В заключение необходимо сделать вывод. 1. Исходные данные.

Исходными данными является строка из шестнадцати символов, а так же матричный индикатор, назначение которого будет подробнее рассмотрено в пункте 1.2. 1.1. Строка из шестнадцати символов.

Строка из шестнадцати символов выбирается произвольно. Она является объектом исследования. В данном курсовом проекте используется строка, приведенная на рисунке 1.1.

Матричный индикатор - матрица размерностью 5 7 = 35 ячеек. С помощью матричного индикатора можно любому символу (букве, знаку препинания, цифре и т.д.) поставить в соответствие набор признаков H = { h 1 , h 2 , ..., h 35 }. Внешний вид матричного индикатора представлен на рисунке 1.2. Рис. 1.2. 1.3. Формирование отображения строки символов. С помощью матричного индикатора устанавливается соответствие каждому символу a i из исходной строки символов А (см. п. 1.1) определенный набор признаков Н а 25,26,30,31,35). Это соответствует отображению на индикаторе, представленному на (рис 1.3б), где «1» на рисунке означает наличие признака в соответствующей ячейке, а «0» - его отсутствие. В общем случае при появлении на логическом устройстве управления матричным индикатором набора (10001100011001110101110011000110001) устройство должно выдавать сигнал на соответствующем выходе подтверждающей, что индикатор распознал символ «И». Аналогично должны распознаваться другие символы строки А, что соответствует отображению T:H A, которое представлено в таблице 1. По горизонтали таблицы расположена строка А символов, по вертикали 35 признаков Н. Если признак соответствует данной букве, то на пересечении строки-признака и столбца-буквы ставится «1» и т.д. до заполнения всей таблицы. Затем производится подсчет единиц в строке. Для упрощения задачи из всего множества признаков выделяется три признака из 35-ти, для которых строится таблица истинности, причем число единиц для каждого признака подбирается равным 7,8 и 9. Таким образом, устройство классифицирует символы по двум классам объектов: по наличию или отсутствию трех признаков.

Выпишем отдельно буквы и соответствующие им признаки И 1,5,6,10,11,14,15,16,18,20,21,22,25,26,30,31,35 В 1,2,3,4,6,10,11,15,16,17,18,19,21,25,26,30,31,32,33,34 A 2,3,4,6,10,11,15,16,17,18,19,20,21,25,26,30,31,35 H 1,5,6,10,11,15,16,17,18,19,20,21,25,26,30,31,35 пробел М 1,5,6,7,9,10,11,13,15,16,20,21,25,26,30,31,35 И 1,5,6,10,11,14,15,16,18,20,21,22,25,26,30,31,35 Х 1,5,7,9,12,14,18,22,24,27,29,31,35 A 2,3,4,6,10,11,15,16,17,18,19,20,21,25,26,30,31,35 Й 1,3,5,6,10,11,14,15,16,18,20,21,22,25,26,30,31,35 Л 3,4,5,7,10,11,15,16,20,21,25,26,30,31,35 O 2,3,4,6,10,11,15,16,20,21,25,26,30,32,33,34 В 1,2,3,4,6,10,11,15,16,17,18,19,21,25,26,30,31,32,33,34 И 1,5,6,10,11,14,15,16,18,20,21,22,25,26,30,31,35 Ч 1,5,6,10,11,15,16,17,18,19,20,25,30,35 . 35 2.2. Получение ФАЛ В данном курсовом проекте из множества признаков выделено 3 (см. табл.1). С номерами 1,3,5 для которых и будет построена логическая схема устройства, диагностирующего их наличие или отсутствие. Для решения задачи в двухзначной логике необходимо перейти к двоичному коду, закодировав им каждый из 16-ти символов строки А. При этом достаточно четырехразрядного двоичного числа, определяющего значение XYZP, которым в дальнейшем будет кодироваться номер каждого символа.

Например, второй символ «В» должен иметь код 0001, первый «И» - 0000 и т.д.

Таблица истинности для выбранных признаков представлена в таблице 2, где ФАЛ - функция алгебры логики, в которых значение 1 принимается для кодов, имеющих значение признака h , равного 1. В общем случае h {0,1}. Следует учесть, что h 1 F 1 , h 3 F 3 , h 5 F 5 . Отображение T:H A F Табл. 1 2.3. Нахождение номеров ФАЛ по карте Карно Следующим этапом является нахождение 10-значных номеров ФАЛ по карте Карно, общий вид которой для 4-ех переменных представлен на рисунке 2.2. Цифры в квадратах являются степенью числа 2 при определении номера ФАЛ, выбранных в данной работе на рисунке 2.2а,б,в Рис. 2.2 Карта Карно со степенями двойки 2.4. Таблица истинности. Табл. истинности для ФАЛ. Табл. 2 Нахождение номера ФАЛ: F 1

N(F 1 ) = 2 0 + 2 1 + 2 3 + 2 5 + 2 7 + 2 6 + 2 9 + 2 12 + + 2 13 + 2 14 = 29419

N(F 3 ) = 2 1 + 2 2 + 2 12 + 2 8 + 2 9 + 2 10 + 2 11 = 7942

N(F 5 ) = 2 0 + 2 3 + 2 5 + 2 6 + 2 7 + 2 9 + 2 10 + 2 13 + + 2 14 = 26345

Представим выбранные признаки в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ) и совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ). Для этого из таблицы истинности ФАЛ (см. табл. 2) выпишем конституэнты 0 и 1. ФАЛ в СДНФ примет вид: F 1 (X,Y,Z,P) = (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) F 3 (X,Y,Z,P) = (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) F 5 (X,Y,Z,P) = (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) (X,Y,Z,P) ФАЛ в СКНФ примет вид: F 1 (X,Y,Z,P) = (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) F 3 (X,Y,Z,P) = (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) F 5 (X,Y,Z,P) = (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) & (X Y Z P) 2.6. Минимизация ФАЛ Проведем минимизацию полученных ФАЛ при помощи карты Карно и представим их в ДНФ. Для этого попытаемся оптимальным образом объединить 0-кубы в кубы большей размерности.

Клетки, образующие k-куб, дают минитерм n-k ранга, где n - число переменных, которые сохраняют одинаковое значение на этом k-кубе. Таким образом, получим ДНФ выбранных ФАЛ. Рис 2.2а Рис 2.2б Рис 2.2в Проведем минимизацию алгебраическим путем, воспользовавшись тождеством а а = а. 1. XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP = XYZ XZP XZP YZP XYZ XZP = ZP XYZ XZP YZP XYZ 2. XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP = YZP YZP XZP XYZ XYZ = XY YZP YZP XZP 3. XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP XYZP = XZP XYP XYZ XZP XZP XYZP 2.7. Представление ФАЛ в виде куба 3. Исследование ФАЛ. 3.1. Матрица отношений.

Построить матрицу отношений T:H A. Матрица отношений представляет собой таблицу, строками которой являются записи (кортежи признаков), а строками отношения, которые имеют все уникальные имена.

Матрица отношения представлена в таблице 3. Матрица отношений. Табл. 3 3.2. Исследование ФАЛ на толерантность.

Определим классы толерантности.

Рассмотрим классы толерантности k 1 , k 2 , k 3 , имеющие общие элементы, следовательно, являющиеся пересекающимися множествами. h 1 = h ( a 1 ) = h (A) = { X 0 , X 1 , X 3 , X 5 , X 6 , X 7 , X 9 , X 12 , X 13 , X 14 } h 2 = h ( a 2 ) = h (B) = { X 1 , X 2 , X 8 , X 9 , X 10 , X 11 , X 12 } h 3 = h ( a 3 ) = h (C) = { X 0 , X 3 , X 5 , X 6 , X 7 , X 9 , X 10 , X 13 , X 14 } Проанализировав классы h 1 , h 2 , h 3 , можно получить: k 1 k 2 = 0; k 1 k 3 = 0; k 2 k 3 = 0, т.е. {k 1 , k 2 , k 3 }- образуют класс толерантности Результаты исследования занесем в таблицу 3. 3.3. Исследование ФАЛ на эквивалентность.

Определим классы эквивалентности для этого множества А = {Х 0 , Х 1 , ...., Х 15 }разобьем на классы эквивалентности, получим 6 классов М 1 = {AC}= {X 0 ,X 3 ,X 5 ,X 6 X 7 ,X 13 ,X 14 } М 2 = {AB}= {X 1 ,X 12 } М 3 = {B}= {X 2 ,X 8 ,X 11 } М 4 = { }= {X 4 ,X 15 } М 5 = {ABC}= {X 9 } М 6 = {BC}= {X 10 } При этом каждый класс полностью определяется любым его представителем.

Сопоставив результаты исследования с результатами пункта 3.2 получим следующие зависимости

Матрицу эквивалентности и толерантности можно представить в виде квадрата, по диагонали которого строятся классы эквивалентности, а затем устраиваются отношения толерантности.

Матрица эквивалентности и толерантности представлена в таблице 4.

Таблица 4. 3.5. Диаграмма Эйлера.

Диаграмма Эйлера дает наглядное представление о том, как распределяются признаки по классам толерантности и эквивалентности.

Диаграмма Эйлера для выбранных ФАЛ представлена на рисунке 3.5 . Диаграмма Эйлера. Рис. 3.5 3.6. Построение комбинационной схемы.