Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 94
Текст из файла (страница 94)
6.23. Схема ПЛМ раз- мера4хЗ, запрограммированная для реализации трех логических выраже- ний 12 13 14 01 02 03 01 =11.12+11' 12' 13' . 14' 02 = 11 13' +11 ' 13 14+12 03=11 12+11 13' +11' 12' 14'. Иногда ПЛМ должна быть запрограммирована так, чтобы на выходе постоянно были 1 нли О, Как показано на рис. 5.24, сделать это не сложно. Терм-произведение Р1 всегда равен 1, потому что на входы соответствующего вентиля И не подается ни один из входных сигналов и поэтому на его выходе всегда присутствует высокий уровень; этим термом-константой, равным 1, определяется сигнал на выходе 01.
На входы вентиля ИЛИ, формирующего сигнал на выходе 02, не подан ни один терм-произведение, поэтому сигнал на этом выходе всегда равен О. Возмо- 400 Глава 5. Практическая разработкасхем комбинационнойлогики жен другой метод получения на выходе константы, равной О, как показано на рисунке в отношении выхода ОЗ. На входы вентиля, формирующего терм-произведение Р2 поданы все входные переменные и их инверсии; позтому Р2, а вместе с нимиОЗ,всегдаравны01Х.Х' =О). 12 13 01 1 02 О Оз О Рис.
5.24. ПЛМ размера 4хЗ, запрограммированная для получения иа выходах констант, равных 0 и 1 В нашем примере ПЛМ имеет слишком мало входов, выходов и вентилей И (тернов-произведений) чтобы быть очень полезной. В ПЛ М с и входами„в принципе, можно было бы получить до 2" термов-произведений для реализации всех возможных минтермов с и переменными.
Фактическое число термов-произведений в типичных коммерческих ПЛМ много меньше, примерно от 4 до 16 на выход, независимо от значения ж Типичным примером ПЛМ является схема 828100 фирмы 818пе11сз, которая выпускалась в середине 70-х годов. У нее было! 6 входов, 48 вентилей И и 8 выходов. Таким образом, в схеме было 2х16х48 = 1536 плавких перемычек в матрице вентилей И и 8х48 = 384 плавкие перемычки в матрице вентилей ИЛИ. Позже эти микросхемы были вытеснены устройствами типа РАЬ, СРЬ0 и РРОА, однако внутри больших специализированных ИС для реализации сложной комбинационной логики часто создаются структуры типа ПЛМ. МАЛОВЕРОЯТНЫЙ СБОЙ Теоретически, когда все входные сигналы в схеме ва рис.
5.24 изменяются одновременно, на выходе вентиля, формирующего терм-произведение Р2, может появиться кратковременный паразитный импульс, то есть сигнал вида 0-1-0. В типичных приложениях зта ситушшя очень маловероятна, н она невозможна в том случае, когда один из входов оказывается неиспользуемым и на него подав постоянный логический сигнал. 5.3. Комбинационныепрограымнртеыыелогнческнеустройства 401 5.3.2. Программируемые матричные логические устройства Частным случаем ПЛМ, и на сегодня самым распространенным типом ПЛУ, являются программируемые матричные логические устройства РАЗ 1ргойгаттаЫ« аггау 1о81с с!тчсел), В отличие от ПЛМ, в которой программируемыми являются и матрицы вентилей И, и матрицы вентилей ИЛИ, схема РА1. имеет фиксированные соединения в матрице вентилей ИЛИ.
В первых схемах РАЬ, появившихся в юнце 70-х годов, применялась ТТЛ-совместимая бипсаярная технология. Основными новшествами в первых схемах РА 1„помимо броского имени (англ. Ра! — товарищ, приятель), были использование фиксированной матрицы вентилей ИЛИ и двунаправленные выводы входоЫвыходов. Хорошей иллюстрцией этих идей служит схема РА1 1бЬЗ, показанная на рис. 5 25 и 5.26; эта схема — одна нз наиболее широко применяемых внастоящее время комбинационных ПЛ)г В этой схеме программируемая матрица вентилей И имеет 64 строки и 32 столбца, пронумерованные на рисунке для целей программирования мелким шрифтом, и 64х32 = 2048 плавких перемычек.
Каждый из 64 вентилей И в этой матрице имеет 32 входа, предназначенных лдя подключения 16 входных сигналов и их инверсий; отсюда число ! 6 в обозначении схемы «РА1. ! 61.8». С каждым выходным контактом микросхемы РАЬ ! 6ЬЗ связаны восемь вентилей И. Семь из них формируют входные сигналы для фиксированных 7-входовых вентилей ИЛИ. Вьгход восьмого вентиля И, который мы называем вентилем разрешения выходного сигнала 1оигрипгпаЫе Заге), соединен с входом управления третьим состоянием выходного буфера; буфер открыт и пропускает сигнал на выход только тогда, когда на выходе вентиля разрешения выходного сигнала присутствует 1. Таким образом, микросхема РА1.
! 6ЬЗ способна реализовать только такие логические функции, которые можно представить в виде суммы, состоящей из семи или меньшего числа термов-произведений. Каждый терм-произведение может быть функцией всех ! 6 входных сигналов или части из них, но возможны только семь таких термов-произведений. ДРУЗЬЯ И ВРАГИ РАЬ является зарегистрированной торговой маркой фирмы Адчапсед М!его Печ!си, 1пс. Подобно другим торговым маркам, она должна использоваться только как прилагательное. Использовать аббревиатуру РА1.
в качестве существительного или без указания, что это торговая марка, вы можете только под свою ответственность (как я узнал об этом из письма юристов фирмы АМП в феврале 1989 года). Имея в виду это предупреждение, я прелла аю пользоваться описательным именем, которое несет больше информации о внутренней структуре устРойства: элемент сфиксированнойматриивйИЛофхейОЮ г1гтепй РОРд англ. !ос — враг). 402 Глава б. Практическая разработка схем комбинационной логики и и в и !3 по рис. б.2б. Принципиальная схема ИС РА~1 6~8 5.3. Комбинационные программируамыа логические устройства 403 Рис 5.23. Традиционное условное обозначение мик- Росхемы РАЬЧ бЬ8 РАЬЧвьа ° РАЬ16Ь8 имеет фиксированную матрицу вентилей ИЛИ с семью вентилями И, постоянно соединенными с каждым нз вентилей ИЛИ.
Выходы вентилей И нельзя соединить с входами нескольких вентилей ИЛИ; если терм-произведение необходим двум вентилям ИЛИ, то его необходимо сформировать дважды. ° Каждый выход микросхемы РАЫ 6Ь8 может находиться в третьем состоянии и управляется индивидуальным сигналом разрешения выхода с тремя состояниями, предназначенным для этого вентилем И 1вентилем разрешения выходного сигнала). Следовательно, состояние выходов можно запрограммировать так, чтобы они всегда были активны, всегда были заблокированы нли управлялись бы комбинацией входных сигналов, включенных в соответствующий терм- произведение.
ДОСТАТОЧНО ЛИ СЕМИ ТЕРМОВ-ПРОИЗВЕДЕНИИТ Для двухуровневой структуры И-ИЛИ наихудшей логической функцией является ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ (контроль четности) с и переменными; в этом случае требуется 2" — 1 термов-произведений. Однако часто бывает так, что менее своенравную функцию можно реализовать с помощью микросхемы РА1.16Ь8 даже в том случае, когда у нее число термов-произведений больше 7.
Для этого ее нужно преобразовать к 4-уровневому виду И-ИЛИ-И-ИЛИ, и тогда данная функция может быть реализована за два прохода сквозь матрицу И-ИЛИ. К сожаленшо, в результате использования выходных сигналов ПЛУ в качестве термов, образующихся на первом проходе, при этом удваивается задержка, так как входной сигнал должен дважды пройти через ПЛУ, прежде чем он достигнет выхода. Хотя у микросхемы РАЫ61.8 может быль до 16 входов н до 8 выходов, она размещена в корпусе 11!Р всего лишь с 20 выводами, включая два вывода для подключения напряжения питания и земли (угловые выводы 1О и 20).
Это достигается благодаря наличию шести двунаправленных выводов (13-1 8), которые можно использовать как входы или выходы, либо как то и другое. Таким образом, различия между РАЫ 6Ь8 и структурой ПЛМ сводятся к следующему: 404 Глава 5. Практическая разработка схем комбинационной логики КОМБИНАЦИОННЫЙ, НЕ КОМБИНАТОРНЫЙ1 Шагом назад при популяризации микросхем РА1.
было введение слова «комбинаторный» для обозначения комбинационных схем. Комбинационные схемы не имеют памяти: в любой момент времени их выходные сигналы определяются текущей комбииаяией входных сигналов. У образованного специалиста по компьютерам слово «комбинаторный» ассоциируется с биномиальными коэффициентами, сложностью решения задач и гением информатики Дональдом Кнутом. ° Между выходом каждого вентиля ИЛИ и внешним выводом микросхемы РА1 16Ь8 включен инвертор. ° Шесть из выходных выводов ИС РАШ 6Ь8, названных //О-выводами (//О/хлз), можно использовать также в качестве входов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
