Синтез комбинационных схем

Задача синтеза комбинационной схемы, реализующей некоторую логическую функцию, выполняется в несколько этапов:

1. Сформулировать задачу;

2. Составить таблицу истинности для каждого выхода КС;

3. Записать логические функции для каждого выхода КС;

4. Упростить логические выражения в функциях, используя правила булевой алгебры, или привести их к базисным функциям;

5. Нарисовать принципиальную схему.

Рассмотрим, например, порядок синтеза КС компаратора двухразрядных двоичных чисел на “больше”.

Пусть имеется два запоминающих элемента (ЗЭ), хранящих сравниваемые числа а₂а₁ и b₂b₁, где а2, b2 - старшие разряды чисел, а1, b1 - младшие разряды чисел. Запись чисел а₂a₁иb₂b₁в ЗЭ1 и ЗЭ2 производится по двухпроводным линиямаиbпри подаче соответствующего стробирующего импульса STRa или STRb. После снятия строба записанные числа хранятся в запоминающих элементах неограниченно долго.

Комбинационная схема компаратора должна сравнивать эти числа и выдавать на выходе f_a>bлогическую 1 (высокий уровень напряжения), если а>b, и логический 0 (низкий уровень напряжения) в противном случае.

Наша задача - разработать КС компаратора, реализующую логическую функцию f_a>b=f(a₂, a₁, b₂, b₁), где f_a>b=1, если а>b, иначе f_a>b=0.

Как было показано ранее, функция f_a>b сравнения двухразрядных чисел имеет вид:

Принципиальная схема компаратора имеет вид:

Рассмотрим простейший пример использования КС для управления штамповочной машиной (рис.9). Для исключения травматизма рук штамповочный цилиндр согласно правилам техники безопасности должен выдвигаться лишь в случае, если оператор одновременно нажимает кнопку S1 левой рукой, а кнопку S2 - правой.

Штамповочная машина содержит гидравлический пресс, управляемый 4/2 - канальным соленоидным клапаном. Состояние клапана на рисунке соответствует отжатому прессу. На рисунке стрелками указаны направление движения потока гидравлической жидкости в двух положениях соленоидного клапана.

Рис. 9. Применение простейшей КС для управления штамповочной машиной

Схемы с элементами памяти Цифровые автоматы

Более сложный класс преобразователей дискретной информации составляют цифровые автоматы. Цифровой автомат, в отличие от комбинационной схемы, содержит память, состоящую из запоминающих элементов (ЗЭ) - триггеров, и комбинационных схем.

Рис. 10. Структурная схема цифрового автомата

Цифровой автомат, представленный на рис.10, потенциально имеет до 2^кразличных внутренних состояний, изменение которых происходит по тактам. Под воздействием входного слова цифровой автомат переходит из одного состояния в другое и выдает выходное слово. Выходное слово цифрового автомата в некотором такте определяется в общем случае входным словом Х, поступившим на входы цифрового автомата в данном такте, и внутренним состоянием Q={q1, q2, ..., qk}, которое явилось результатом воздействия на цифровой автомат входных слов в предыдущих тактах. Внутреннее состояние цифрового автомата сохраняется в запоминающих элементах ЗЭ1..ЗЭк.

Математически функционирование цифрового автомата описывается с помощью аппарата булевых функций.