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Autonomer Automat
Das Beispiel für einen autonomen Automaten sei der 4-Bit-Johnson-Zähler
in Abb. 1.74. Ein Johnson-Zähler ist ein rückgekoppeltes Schieberegister, bei
dem der Ausgang der letzten Speicherzelle invertiert auf den Eingang der
ersten Speicherzelle zurückgeführt ist. Er wird mit »alles Null« initialisiert,
läuft zyklisch mit Einsen voll, bis die erste Eins hinten ankommt. Dann läuft
er mit Nullen voll, bis die erste Null hinten ankommt. Die Zykluslänge ist
doppelt so groß wie die Registerlänge.
0000
0001
0011
0111
s
0
s
1
s
2
s
3
x
x x x
I
+
T
I
I I I
1000 1100 1110 1111
a)
b)
signal
T, I:std_logic;
signal
s:std_logic_vector(
3
downto
0
);
...
process
(I, T)
begin
if
I='1'
then
s <=
"0000"
;
elsif
rising_edge(T)
then
s <= s(
2
downto
0
)
& (
not
s(
3
));
end if
;
end process
;
c)
⇒
Web-Projekt:P1.6/Johnson4.vhdl
Abb. 1.74. 4-Bit-Johnson-Zähler a) Zustandsgraph b) Schaltungsstruktur c)
VHDL-Funktionsbeschreibung
Das Zustandssignal ist im allgemeinen Fall ein Bitvektor der Länge n. Die
gesamte Funktion lässt sich in einem einzelnen Abtastprozess beschreiben,
bei dem der Takt und das Initialisierungssignal in der Weckliste stehen. Bei
aktivem Initialisierungssignal wird das Zustandssignal zurückgesetzt. Sonst
wird bei jeder aktiven Taktflanke den Zustandsbits i = 1 bis n 1 der Ist-
Wert des Vorgängerbits und dem niederwertigsten Bit der negierte Ist-Wert
des höchstwertigen Bits zugewiesen.
1.6.3 Unzulässige Zustände, Systemabsturz und Watchdog
Ein Automat mit n Speicherzellen hat 2
n
Zustände. Davon wird meist nur
ein geringer Teil für das Soll-Verhalten genutzt. Die übrigen Zustände sind
unzulässig und sollten im normalen Betrieb nie erreicht werden. Größere digi-
tale Systeme sind statisch gesehen nicht fehlerfrei, unterliegen Störungen und
werden nicht immer so bedient, wie es die Zielfunktion vorsieht. Im Fehlerfall
können Automaten auch in unzulässige Zustände übergehen. Ein Teil der un-
zulässigen Zustände kann der Automat nicht selbstständig wieder verlassen.
