Обогащение функциональных возможностей ПЛМ и ПМЛ
Рассмотренные структуры ПЛМ и ПМЛ — базовые, с которых началось развитие этих направлений. В дальнейшем происходило обогащение функциональных возможностей ПЛМ и ПМЛ с помощью ряда приемов, в первую очередь следующих.
Программирование выходных буферов. В схемах с программируемым выходным буфером обеспечивается возможность выдачи выходных функций в прямом или инверсном виде. В такой схеме (рис. 8.11) выработанные матрицами функции F1*—Fn* проходят через выходной буфер, разрядные схемы которого выполнены как сумматоры по модулю 2.
В показанной на рисунке схеме вторые входы сумматоров получают нулевые сигналы от потенциала "земли" через плавкие перемычки ПП. При этом F1* = F1 и функции с выхода матриц передаются через буфер без изменений. Если пережечь перемычку у нижнего входа сумматора, то он получит сигнал логической единицы от источника питания через резистор R. Складываясь по модулю 2 с единицей, функции F1* инвертируются. Следовательно, в линиях с целыми перемычками функции проходят через буфер неизменными, а в линиях с отсутствующими перемычками — инвертируются.
Программируемый буфер дает дополнительные возможности для минимизации числа термов в реализуемой системе. В исходной системе можно заменять функции их инверсиями, если это приводит к уменьшению числа термов. Никаких последствий в смысле введения дополнительных схем это не вызовет — возврат к исходной системе будет обеспечен просто программированием буфера.
Пример
Пусть нужно воспроизвести систему из двух функций:
Карты Карно для этих функций (рис. 8.12) показывают контуры, соответствующие восьми различным термам системы:
При инвертировании функции единицы занимают в карте Карно те позиции, которые были нулями. Видно, что при инвертировании одной из функций получим карты Карно с меньшим количеством различных термов. При инвертировании, например, функции F2 получим карту с контурами, показанными штриховыми линиями, и систему функций:
в которой всего пять различных термов. Возврат от функции F2 к функции F2 осуществляется пережиганием перемычки в линии выхода F2.
Применение двунаправленных выводов. Используя элементы с тремя состояниями выхода, можно построить схему, в которой некоторые выводы можно приспосабливать для работы в качестве входов или выходов в зависимости от программирования перемычек. В такой схеме один из конъюнкторов предназначен для управления элементом с тремя состояниями выхода (рис. 8.13). Выход элемента одновременно связан с матрицей И как вход.
Возможны четыре режима вывода Вх/Вых в зависимости от того, как запрограммированы входы конъюнктора К:
1. Все перемычки нетронуты. В этом режиме на выходе конъюнктора К будет нуль, буфер имеет третье состояние выхода и вывод функционирует как вход.
2. Все перемычки пережжены, на выходе конъюнктора единица, буфер активен, вывод работает как выход (его сигналы не используются в матрице И).
3. Выход с обратной связью. Этот режим отличается от предыдущего только тем, что сигналы вывода используются в матрице И.
4. Управляемый выход. Здесь входы конъюнктора программируются. При заданной комбинации входных сигналов конъюнктор приобретает единичный выход, и вывод срабатывает как выход.
В схеме с некоторым числом двунаправленных выводов можно изменять соотношение числа входов/выходов. Если число входов равно т, число выходов п и число двусторонних выводов р, то можно иметь число входов от m до m + р и число выходов от п до n + р при условии, что сумма числа входов и выходов не превосходит m + п + р.
Введение элементов памяти. Схемы с элементами памяти позволяют строить автоматы наиболее удобным способом, т. к. помимо комбинационной части содержат на кристалле триггеры (регистры) (рис. 8.14) обычно типа D. ПЛМ с памятью характеризуется четырьмя параметрами. Кроме трех обычных параметров, она имеет и параметр г — число элементов памяти (разрядов регистра). Структура ПЛМ (см. рис. 8.14) совпадает с канонической схемой автомата. Результат данного шага обработки информации зависит в ней от результатов предыдущих шагов, что обеспечивается обратной связью с регистра на вход ПЛМ. Максимальное число внутренних состояний автомата 2Г. Автомат рассматривается как синхронный — петля обратной связи активизируется только, по разрешению тактовых сигналов ТС.
Использование разделяемых конъюнкторов в схемах ПМЛ. Наряду с пригодными как для ПЛМ, так и для ПМЛ методами обогащения функциональных возможностей, рассмотренными ранее, существуют и специфические модификации, относящиеся только к ПМЛ. К ним относится вариант с так называемыми разделяемыми конъюнкторами. "Разделяемость" здесь означает "совместное использование", при котором одни и те же конъюнкторы могут бйть отданы тому или иному выходу схемы. Прием "разделения конъюнкторов" в его простейшей форме состоит в следующем. Для двух смежных элементов ИЛИ отводится некоторое количество конъюнкторов (например, 16), которое может быть произвольно разделено между этими смежными элементами. Другие элементы ИЛИ использовать данный набор конъюнкторов не могут. Полного программирования матрицы ИЛИ здесь не возникает, но все же эта модификация является шагом в направлении к ПЛМ.
Вариант с разделяемыми конъюнкторами смягчает наиболее очевидное ограничение функциональных возможностей простых (жестких) ПМЛ — фиксированное число элементов И на входах элементов ИЛИ, которого может не хватить при воспроизведении сложных функций. Имея ПМЛ с разделяемыми конъюнкторами и размещая сложную функцию рядом с простой, можно позаимствовать часть общего набора конъюнкторов у простой функции в пользу сложной.
Вариант схемотехнической реализации разделяемости конъюнкторов, примененный в одной из промышленных ПМЛ, показан на рис. 8.15. В ПМЛ имеется дополнительный набор элементов ИЛИ и сложения по модулю 2
("исключающее ИЛИ"), с помощью которого можно комбинировать сигналы выходов обеих основных схем ИЛИ для образования окончательных значений функций Fi и F2. Выходы основных схем ИЛИ могут объединяться по операциям дизъюнкции или сложения по модулю 2 и распределяться по основным выходам Fi и F2. Операция сложения по модулю 2 дает дополнительные функциональные возможности. Характер получаемых функций зависит от того, какой из трех транзисторов в показанных двух группах будет проводящим.
Примеры промышленных ПМЛ (серии К1556)
Первые отечественные ПМЛ появились в серии КР1556 (микросхема ХЛ8, за которой последовали ИС ХП4, ХП6, ХП8). Буквой Л в обозначении отмечаются ПМЛ чисто логического типа (без элементов памяти), а буквой П — ПМЛ с триггерами. Микросхема ХЛ8 (ПМЛ с двунаправленными выводами) показана на рис. 8.16. Число входов может изменяться от 10 (входы, показанные с левой стороны матрицы) до 16, если все двунаправленные выводы В2—В7 запрограммированы как входы. Число выходов изменяется от 2 до 8. Суммарное число входов и выходов не может превышать 18.
Выходные буферы ПМЛ получают разрешение или запрещение работы от матрицы И, как было рассмотрено в предыдущем параграфе. Набор элементов ИЛИ состоит из восьми элементов с семью входами, т. е. на каждый элемент ИЛИ приходится по семь конъюнкторов с числом входов от Ю до 16. Исходя из сказанного, можно оценить и размерность матрицы И, содержащей 2048 узлов (64 х 32).
В микросхемах типа ХП имеются элементы памяти — триггеры типа D, число которых совпадает с цифрой в обозначении ИС (4, 6 или 8). Структура ИС ХП4 (рис. 8.17) имеет первый уровень логики, на котором образуются термы входных переменных, второй уровень — матрица ИЛИ, состоящая из восьми дизъюнкторов (четырех семивходовых и четырех восьмивходовых).
Выходные усилители выполнены по схеме с тремя состояниями. Четыре D - триггера имеют управление от положительного фронта внешнего синхросигнала С. Сигнал ОЕ управляет буферами, подключенными к выходам триггеров.
Число входов у ПМЛ типа ХП — 8, число выходов 8(4), 8(2) и 8 для ХП4, ХП6 и ХП8 соответственно, задержка между выводами вход/выход не более 40 не, а между тактовым сигналом и выходом не более 25 не. Потребление тока — 180 мА.
Пример подготовки задачи к решению с Помощью ПМЛ
Пусть на ПМЛ КР1556ХП4 требуется реализовать четырех разрядный синхронный счетчик, выполняющий помимо операции счета также операцию параллельной асинхронной загрузки. Для реализации устройства на основе ПЛМ или ПМЛ его функции" нужно определить как систему переключательных функций. В § 18 рассмотрен синхронный счетчик, построенный на триггерах типа JK, здесь же в нашем распоряжении имеются триггеры типа D, соответственно видоизменяются и функции возбуждения триггеров.
Обозначим выходы разрядов счетчика, начиная с младшего, через Q0, Q1, Q2 и Q3. Сигнал асинхронной загрузки обозначим как LE (Load Enable). Загружаемое слово — А3А2А1А0.
Триггер младшего разряда счетчика переключается от каждого входного сигнала при отсутствии сигнала загрузки и принимает значение Ао при загрузке. Следовательно, для его выхода в новом состоянии можно записать
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
