Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Проектировочный раздел




1.1 Назначение комбинационной схемы

Цифровые микроэлектронные устройства, в том числе микросхемы и другие устройства дискретного действия, удобно классифицировать по характеру зависимости выходных сигналов от входных. Как это принято в теории конечных автоматов. В соответствии с этим признаком все устройства принято разделять на комбинационные и последовательностные (автоматы с памятью).

В комбинационных устройствах значения выходных сигналов в какой-либо момент времени однозначно определяются значениями входных сигналов в этот же момент времени. Поэтому можно считать, что работа таких устройств не зависит от времени. Их ещё называют устройствами «без памяти», однотактными устройствами или устройствами однотактного действия. В теории конечных автоматов комбинационные устройства называют «примитивными конечными автоматами».

В последовательностных устройствах значения выходных сигналов (выходные сигналы) зависят от значений входных сигналов не только в рассматриваемый момент времени, но и от значений входных сигналов в предыдущие моменты времени. Поэтому такие устройства называют устройствами с «памятью», многотактными устройствами, а в теории конечных автоматов, просто - конечным автоматом (не тривиальным).

Но в цифровых устройствах в целом комбинационные и последовательностные узлы функционируют совместно, что кардинально меняет ситуацию. Во время переходных процессов на выходах комбинационной схемы появляются временные сигналы, не преду­смотренные описанием ее работы и называемые рисками. Со временем они исчезают, и выход комбинационной цепи приобретает значение, предусмотренное логической формулой, описывающей работу цепи. Однако риски могут быть восприняты элементами памяти автомата с памятью, необратимое изменение состояния которых может радикально изменить работу всего устройства

Различают статические и динамические риски. Статические риски — это кратковременные изменения сигнала, который должен был бы оставаться неизменным. Если согласно логике работы комбинационной цепи состояние выхода должно измениться, но вместо однократного перехода происходят многократные, то имеет место динамический риск. При динамических рисках первый и последний переходы всегда совпадают с алгоритмическими, предусмотренными логикой работы схемы. Статический риск такого свойства не имеет и считается более неблагоприятным.

Для исключения возможных сбоев в работе цифрового устройства из-за явлений риска имеются два пути.

Первый состоит в синтезе схем, свободных от рисков, и требует сложного анализа процессов в схеме и введения избыточных элементов для исключения рисков. Этот путь редко используется в практике.

Второй путь, основной для современной схемотехники, предусматривает запрещение восприятия сигналов комбинационной цепи элементами памяти на время переходных процессов. Прием информации с выходов комбинационной цепи разрешается только специальным сигналом синхронизации, подаваемым на элементы памяти после окончания переходных процессов в цепи. Таким образом, исключается воздействие ложных сигналов на элементы памяти.

В состав цифрового устройства, как правило, входят типовые функциональные узлы и некоторое количество логических схем, специфичных для данного конкретного проекта.

Проектирование произвольной логики комбинационного типа производится по этапам. Прежде всего, задается характер функционирования комбинационной цепи. Это может быть сделано различными способами, но чаще всего пользуются таблицами функционирования (таблицами истинности), задающими значение искомых функций на всех наборах аргументов. От таблицы легко перейти к СДНФ искомых функций. Для этого составляют логическую сумму тех наборов аргументов, на которых функция принимает единичное значение.

Дальнейшие действия зависят от средств реализации функций, к которым в современной схемотехнике относятся:

1) Логические блоки табличного типа;

2) Логические блоки в виде последовательности матриц элементов «И» и «ИЛИ»;

3) Универсальные логические блоки на основе мультиплексоров;

4) Логические блоки, собираемые из логических элементов некоторого базиса.

Если комбинационная цепь будет реализована на основе логических блоков табличного типа, то СДНФ является окончательным выражением функции, и никаких дальнейших преобразований этой формы не потребуется. Дело в том, что табличный блок представляет собою память, в которой имеется столько ячеек, сколько необходимо для хранения всех значений функций.

Если размерность блоков табличного типа такова, что не позволяет получить искомую функцию с помощью одного блока, т е число входов блока памяти меньше числа аргументов санкций, то появляется необходимость решения сложной задачи выражения искомой функции через подфункции с меньшим числом аргументов.

Если данный проект реализуется на логических блоках, в виде последовательно включенных матриц элементов «И» и «ИЛИ» либо их эквивалента в другом базисе, то исходную СДНФ можно минимизировать, если, возникает такая необходимость. Целью минимизации будет сокращение числа конъюнктивных термов в данной системе функций, т. е. поиск кратчайших дизъюнктивных форм. Практически это сводится к поиску минимальных форм дизъюнктивных нормальных форм (ДНФ) и отбору среди них вариантов с достаточно малым числом термов.

В этом варианте проектирование КЦ содержит следующие этапы:

1) минимизацию логических функций;

2) переход к заданному логическому базису.

Минимизация в широком смысле слова — такое преобразование логических функций, которое упрощает их в смысле заданного критерия. Исторически первым было стремление минимизировать число логических элементов в схеме, что приводит к критерию сложности схемы в виде числа букв в реализуемых выражениях. Для минимизации по этому критерию разработано несколько методов, в их числе как аналитические, основанные на преобразованиях математических выражений, так и графические, основанные на применении специальных карт (карт Карно, диаграмм Вейча), удобных в использовании, если число аргументов функции не превышает 6.

Следующий этап проектирования — переход к заданному логическому базису от исходных выражений, которые обычно получают в булевском базисе (И, ИЛИ, НЕ).

Традиционные методы минимизации функций алгебры логики приводят к каноническим их формам, соответствующим двухъярусной (если входные переменные заданы и прямыми и инверсными значениями) реализации путем последовательного выполнения операций «И» и «ИЛИ». Переход к базисам «И-НЕ» и «ИЛИ-HE» ярусность схем не изменяет.

Для построения простых схем или схем на некоторых видах программируемой матричной логики такое представление может служить в качестве окончательного варианта. Для некоторых задач каноническое представление может оказаться слишком громоздким. Для упрощения выражений можно применять к ним факторизацию (вынесение общих множителей за скобки и группирование членов), различного рода эквивалентные подстановки и др. Упрощение функций путем факторизации может дать большой эффект, но при этом увеличивается ярусность схем и возрастает задержка в выработке результата.

1.2 Выбор и обоснование структурной схемы

В общем виде структурная схема будет выглядеть как блок, содержащий п входов и m выходов (рисунок1). Количество входов определяется количеством входных аргументов (операнд), а количество выходов зависит от количества переключательных функций.


Рисунок 1 - Общий вид структурной схемы

Структурная схема для узла, функционирующего в соответствии с уравнениями задания:

F1(A,B,C,D) = Σ (0,1,2,3,5,9,10,13)

F2(A,B,C,D) = Σ (1,5,9,10,12,13,14)

F3(A,B,C,D) = Σ (1,5,9,12,13,14)

должна содержать четыре входа для операндов А, В, С, D и три выхода для функций F1, F2 и F3 (рисунок 2).


Рисунок 2 - Структурная схема



Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты