40. Реализация шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров на плм

Шифратор. Рассмотрим построение шифратора, преобразующего унитарных десятичный код (с отображением десятичной цифры уровнем логической 1 на одной из десяти цепей) в двоичный код 8421. Воспользуемся полученными ранее логическими выражениями

; ;;,

где – входные сигналы,– выходные сигналы (значения разрядов кода 8421).

На рис. 2.23,а показана ПЛМ, реализующая функции шифратора (для упрощения схемы не показаны источник питания и резисторы).

а) б)

в) г)

Рис. 2.15. Типовые цифровые устройства, выполненные на ПЛМ

Дешифратор. Реализацию на ПЛМ рассмотрим на примере дешифратора, преобразующего трехразрядный двоичный код (,,) в унитарный 8-разрядный (,, …,). Функционирование такого дешифратора определяется следующими логическими выражениями:,,,,,,,. (2.54)

Настроенная на реализацию данных функций ПЛМ приведена на рис. 2.23,б. На рис. 2.23,в показана схема мультиплексора с четырьмя входами (,,,). Здесь,– адресные входы;– вход для подачи сигнала разрешения выдачи;– выход.На рис. 2.23,г приведена схемадемультиплексора с четырьмя выходами (,,,). Здесь– вход;,– адресные входы;– вход сигнала разрешения выдачи.

43. Последовательностные устройства: определение, основные типы устройств, методика проектирования

Последовательностными называются устройства, выходной сигнал которых определяется не только набором переменных, действующих на входах в данный момент времени, но и внутренним состоянием устройства, а последнее зависит от того, какие наборы переменных действовали на входах во все предыдущие моменты времени в процессе работы устройства. Поэтому можно говорить, что последовательностные устройства обладают памятью (они хранят сведения о прошлом работы устройства).

Основными типами последовательностных функциональных узлов, являются триггеры, регистры, счетчики, генераторы кодов:

– триггером называется устройство, способное формировать два устойчивых значения выходного сигнала и скачкообразно изменять эти значения под действием внешнего управляющего сигнала.

– регистром называется функциональный узел, выполняющий хранение операндов и сдвиг их на определенное количество разрядов.

– счетчиком называется узел, на выходах которого образуется число, соответствующее количеству поступивших на вход импульсов.

– генератором кодов (числовых последовательностей) называется узел, дающий на выходах заданную последовательность кодов (двоичных чисел).

44. Триггеры

Триггером называется устройство, способное формировать два устойчивых значения выходного сигнала и скачкообразно изменять эти значения под действием внешнего управляющего сигнала.

В общем случае триггер содержит собственно элемент памяти и некоторую входную комбинационную схему, преобразующую входные сигналы триггера в сигналы, требуемые для управления элементом памяти (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Общая структура триггера

В качестве элемента памяти в цифровых микросхемах используется бистабильная ячейка, представляющая собой два инвертирующих логических элемента (чаще всего ИЛИ–НЕ или И–НЕ), соединенных перекрестными связями: прямой и обратной (рис. 3.2).

а) б)

Рис. 3.2. Конъюнктивная (а) и дизъюнктивная (б) бистабильные ячейки

Классификация триггеров проводится по признакам логического функционирования и способу записи информации (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Классификация триггеров

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры. В нетактируемых переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. В тактируемых триггерах, имеющих специальный вход, переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов. Тактовые сигналы называют также синхронизирующими, исполнительными, командными и т.д. Обозначаются они буквой (от словаClock).

По способу восприятия тактовых сигналов триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в неизменном состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала. В остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые фронтом, называются также триггерами с динамическим управлением.

Динамический вход может быть прямыми или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключения триггеры делятся на одноступенчатые и двухступенчатые.

В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатые триггеры (на схемах обозначаются TT или MS) состоят из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.

По логическому функционированию различают триггеры типов RS, D, T, JK и др. Кроме того, используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, и триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).