Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Нарисуйте принципиальную схему в виде структуры И-НЕ-И- НЕ, реализующей зти выражения, считая, что имеются только неинвертированные входные сигналы. Вы можете использовать микросхемы 74х00, '04, '1О, '20 и 'ЗО. 5.32. Изобразите на уровне вентилей логическую схему В()Т из задачи 5.31, в которой использовалось бы минимальное число транзисторов прн ее реализации по КМОП-технологии.
Можно воспользоваться схемами 74х00, '02, '04, '1О, '20 и '30. Запишите выражения для сигналов на выходах (которые не обязательно должны быть двухуровневыми суммами произведений) и нарисуйте принципиальную схему. 5.33, Для каждой из схем в двух предыдущих задачах вычислите задержку от входа до выхода в наихудшем случае, используя значения задержек для микросхем серии 74НСТ из табл. 5.2.
Сравните стоимость (число транзисторов), быстродействие н нагрузку со стороны входов этих двух схем. Какая из них лучше? 5.34. Осуществите батификаиию(Ьи1(1)сажал) функции Г=Х „(3,7,11,12,13,14). Другими словами, покажите, как реализовать функцию Г с помощью одной логической схемы В()Т из задачи 5.3 1 и одною 2-входа ваго вентиля ИЛИ. 5.35. Предположим, что дешифратор 741,8138 включен так, что на все вхолы разрешения подан сигнал активного уровня, а С В А = 101. Используя информацию из табл. 5.3 и внутреннюю логическую структуру микросхемы '138, определите задержку распространения сигнала от входа до всех соответствующих выходов при каждом возможном изменении сигнала на одном из входов.
(Указаиига Всего имеется девять значений задержек, так как изменение сигналов на входах А, В или С влияет на значения сигналов на двух выходах, а изменение сигнала на любом из трех входов разрешения проявляется в значении сигнала на одном выходе.) 5.36. Предположим, что вас просят разработать новый компонент — десятичный дешифратор, оптимизированный для приложений, в которых ожидается появление только десятичных входных комбинаций. На сколько можно уменьшить стоимость такого дешифратора по сравнению с простым дешифратором 4х16 с шестью удаленными выходами? Запишите логические выражения для всех десяти выходов минимизированного дешифратора, предполагая, что активным является высокий уровень входных н выходных сигналов н отсутствуют входы разрешения.
5.37. Сколько потребовалось бы карт Карно для решения задачи 5,36 согласно формальной процедуре минимизации схем со многими выходами, описанной в разделе 4.3.8? 534 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики 5.3л. Предположим, что требуется полный дешифратор 5х32 с одним входом разрешения и низким активным уровнем сигнала на этом входе, подобный изображенному на рис. 5.39. Если на входе ЕМ! поддерживается высокий уровень, то один из входов ЕМ 2 1. нли ЕМЗ 1„указанных на рисунке, можно было бы использовать в качестве входа разрешения, при условии, что другой нз этих входов заземлен. Рассмотрите все за и против использования ЕМ2 Е и ЕМЗ ! в качестве входа разрешения. 5.39.
Определите, соответствуют ли выходы а, Ь и о семисегментного дешифратора 74х49 минимальным выражениям вида «произведение сумм» для этих сегментов, предполагая, что недесятичные входные комбинации являются «безразличными» и 51 Е = 1. 5.40.Видоизменнте схему семисегментного дешифратора 74х49 так, чтобы цифры б и 9 имели вид, указанный парис.
Х5.40. Изменятся ли в результате этого изображения, соответствующие иедесятичным входным комбинациям от 1010 до 1111? Рис. Х5.40. 5А1.Взяв за основу программу на языке АВЕ(., приведенную в табл. 5.22, напишите программу для семисегментного дешифратора со следующими усовершенствованиями: ° Все выходные сигналы имеют низкий активный уровень. ° Введены два новых входа ЕМНЕХ и ЕВЯОЕТ, управляющих денэдировани- ем сегментных выходов.
° Если ЕМНЕХ = О, то сигналы на выходах соответствуют сигналам микро- схемы 74х49. ° Если ЕМНЕХ = 1, то цифры 6 н 9 изображаются так, как показано на рнс. Х5.40, а сигналы на выходах для цифр А-Р зависят от значения ЕВВОЕТ. » Если ЕМНЕХ = 1 и ЕВВОЕТ = О, то входным комбинациям А — Р соответ- ствуют изображения букв от А до Р, как в исходной программе. ° Если ЕМНЕХ = 1 и ЕВВОЕТ = 1, то прн подаче на входы комбинаций А — Р изображения имеют вид буквы Б.
5.42.Один известный разработчик логических схем решил оставить преподавание и попытать счастья продажей прав на использование схемы, показанной на рис. Х5.42. (а) Обозначьте входы и выходы схемы, дав соответствующие имена сигна- лам с указанием активного уровня. (Ь) Что делает эта схема? Будьте конкретны и обьясннте назначение всех входов н выходов. (с) Изобразите условное обозначение, которое могло бы быть предложено для этой схемы в справочнике. Задачи 535 (о) Напишите для этой схемы программу на языке АВЕЬ нли поведенчес- кую программу на языке ЧН1ЭЬ.
(е) С какими стандартными схемами конкурирует новая схема? Как вы думаете, нашла бы применение эта схема как ИС средней степени интеграции? Рис. Хб.42. 5.43. Выход ЕСТ-буфера с тремя состояниями подключен к десяти входам вентилей семейства ЕСТ н соединен резистором 4.7 кОм с шиной питания 5.0 В. Оцените, через какое время сигнал на входах вентилей будет воспринят нми как сигнал высокого уровня, если на выходе буфера происходит пере кл ючение с низкого уровня в состояние Ньк..
Сформулируйте используемые вами предположения. 5.44. Выходы десяти гСТ-буферов с тремя состояниями выведены на шину. к которой подключены десять входов вентилей семейства ЕСТ; резистором 4.7 кОм шина соединена также с источником питания 5.0 В. Предполагая, что никакие другие устройства не выдают сигналы на шину, оцените, как долго сигнал на шине остается в пределах значений, отнесенных к тому или другому из логических уровней, когда активный выход переходит в состояние Нйк.. Сформулируйте используемые вами предположения.
536 Глава б. Г1рактическая разработка схем комбинационной логики 5.45. Составьте принципиальную схему шифратора 10х4, на входы которого поступают сигналы кода «! из 10», а выходные сигналы являются словами двоично-десятичного кода. 5.46. Нарисуйте логическую схему шифратора 1бх4, используя лишь четыре 8- входовых вентиля И-НЕ.
Каювы активные уровни входных и выходных сигналов в вашей схеме? 5.47. Воспользовавшись микросхемой 74х148, нарисуйте принципиальную схему устройства, находящего сигнал с наибольшим приоритетом среди сигналов с высоким активным уровнем на восьми входах 1О-!7, из которых вход!7 имеет высший приоритет. Желательно, чтобы на адресных выходах А2-АО вырабатывались сигналы с высоким активным уровнем, указывающие номер входа с наивысшим приоритетом из числа тех, на которые поданы сигналы активного уровня. Если ни на один из входов сигнал активного уровня не подан, то сигналы на выходах А2-АО должны быть равны 111, а сигнал на выходе!01.Е должен иметь активный уровень.
В дополнение к микросхеме '148 вы можете использовать отдельные вентили. Убедитесь, что все сигналы названы в соответствии с их активными уровнями. 5.48. Нарисуйте принципиальную схему устройства, находящего сигнал с наибольшим приоритетом среди сигналов с низким активным уровнем на восьми входах Ю ~-17 ~, из которых Ю Е имеет высший приоритет. Желательно, чтобы на адресных выходах А2-АО вырабатывались сигналы с высоким активным уровнем, указывающие номер входа с наивысшим приоритетом из числа тех, на которые поданы сигналы активного уровня. Если хотя бы на одном из входов присутствует сигнал активного уровня, то сигнал на выходе АЧАЛО 0 должен иметь активный уровень.
Убедитесь, что все сигналы названы в соответствии с их активными уровнями. Это устройство можно построить на одной ИС 74х! 48 без применения других вентилей. 5.49. Решая задачу 5.48 вы должны были убедиться в том, что не всегда можно быть последовательным в обозначении активных уровней, если только нет желания ввести другие условные обозначения для ИС средней степени интеграции, юторые можно использовать различным образом.
Предложите другое условное обозначение для микросхемы 74х148, которое позволило бы быть последовательным в задаче 5.48. 5.50. Постройте комбинационную схему с восьмью входами запроса ВО Е-В7 Е с низким активным уровнем сигналов и восьмью выходами А2-АО, АЧА00, В2-ВО и ВЧА! 1О. Входы ВО 1.-В7 1 и выходы А2-АО и АЧАЕ10 определены так, как это сделано в задаче 5.48. Выходы В2 — ВО и ВЧА110 должны указывать номер входа из числа тех, на которые поданы сигналы активного уровня, приоритет которого является слелующим за наибольшим приоритетом. Постарайтесь построить эту схему, используя не более шести корпусов МИС и СИС, и уж во всяком случае не более 10. 5.
51. Повторите задачу 5. 50, написав программу на языке А ВЕ1.. Размещается ли вся схема в одной микросхеме бАЕ20Ч8? 5,52. Повторите задачу 5. 50, написав программу на языке ЧНОЕ. Задачи 537 5.53. Введите новый тип в ЧИПА-программе, согласующийся со стандартом 1ЕЕЕ 1164, который служил бы моделью выходов с открытым коллектором, причем такой, что соединение таких выходов вместе реализовало бы функцию «монтажное И». Вам следует смоделировать также нагрузочный резистор, соединяющий шину с источником питания, такой что в случае, когда нагрузочного резистора нет и никакое из подключенных к шине устройств не находится в активном режиме, на шине вырабатывается сигнал, имеющий значение "пп!лотта". Проверьте ваши определения путем моделирования схемы, приведенной на рис.
ХЗ. 92 для всех комбинаций входных сигналов с резистором К1 и без него. 5.54. Постройте 3-входовой 5-разрядный мультиплексор, который размещался бы в корпусе ИС с 24 выводами. Запишите таблицу истинности н нарисуйте принципиальную схему и условное обозначение вашего мультиплексора. 5.55. Запишите таблицу истинности и нарисуйте схему, состоящую нз логических вентилей и реализующую ту же логическую функцию, что н КМОП-схема, изображенная на рис. Х5.55. !Схема содержит логические ключи, описанные в разделе 3.7.!.) Рис. Хб.бб. 5.56. Какая логическая функция реализуется КМОП схемой, показанной парис. Х5.56? Рис.
ХБ.М. 538 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики 5.57. Один известный разработчик логических схем решил оставить преподавание и попытать счастья продажей прав на пользование схемой, показанной на рис. Х5.57. (а) Обозначьте входы и выходы схемы, дав соответствующие имена сигна- лам с указанием активного уровня. (Ь) Что делает эта схема7 Будьте конкретны и обьясните назначение всех входов и выходов.
(с) Изобразите условное обозначение, которое могло бы быть предложено для этой схемы в справочнике. (д) Напишите для этой схемы программу на языке АВЕЬ илн поведенчес- кую пРограмму на языке ЧНРЬ (е) С какими стандартными схемами конкурирует новая схема? Как вы думаете, нашла бы применение эта схема как ИС средней степени интеграции7 Рис. Хб.бт. 5.58.
Напишите программу на языке ЧНРЬ для мультиплексора 74х157, функцио- нирование которого описано в табл. 5.35. 5.59. Напишите программу на языке ЧНРЬ для мультиплексора 74х153, функцио- нирование которого описано в табл. 5.36. 5.60. Покажите, как реализовать 4-входовой 18-разрядный мультиплексор с функциональными возможностями, описанными в табл. 5АО, воспользовавшись 18-ю микросхемами 74х15. Задачи 839 5.61.Покажите, как реализовать 4-входовой 18-разрядный мультиплексор с функциональными возможностями, описанными в табл. 5.40, воспользовавшись 9-ю микросхемами 74х153 и «преобразователем кода» со входами 82-80 и выходами С1, СО, такими что (С1,С01 = 00 — 1 1, когда сигналами на входах 82- 80 выбираются А-0 соответственно. 5.62.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
