Схемотехника / ПЛМ
.docПрограммируемые логические устройства с матричной структурой
В настоящее время для построения логических устройств может быть использован универсальный логический элемент – программируемая логическая матрица (ПЛМ). Такая матрица может быть построена (запрограммирована) на выполнение любой логической функции.
Структура ПЛМ имеет вид:
Цели выходных переменных х1, х2, х3 и их инверсий х1, х2, х3 составляют горизонтальные цепи матрицы М1, её вертикальными цепями служат так называемые цепи конъюнкции, на которых формируются конъюнкции р1, р2, р3.
Другую матрицу М2 образуют цепи конъюнкции с горизонтальными цепями выходов у1, у2, у3.
В узлах матрицы М1 включены элементы, мощью которых на цепях конъюнкции могут формироваться любые требуемые конъюнкции входных переменных. А имеющиеся в узлах матрицы М2 элементы, позволяют формировать на выходных цепях любые требуемые дизъюнкции функций, полученных на цепях конъюнкций.
В процессе программирования ПЛМ в узлах матриц М1 и М2 проводят подключение элементов, которые необходимы для реализации требуемых выходных логических функций: у1, у2, у3. В зависимости от того, прямая или инверсная функция реализуется, в выходные цепи могут включаться инверторы.
В узлах матрицы М1, между её вертикальными и горизонтальными цепями включены диоды. На вертикальной цепи образуется высокий потенциал (уровень лог. 1), в том случае, когда на всех входах, идущих к узлам, содержащим диоды, действует высокий потенциал, закрывающий диоды. Если хотя бы на одном из таких входов низкий потенциал (уровень лог. 1), открывается диод и уровень лог. 0 с того входа через открытый диод передаётся на вертикальную цепь матрицы.
На разных «х» показаны участки, в которых в процессе программирования создаются соединения.
Таким образом:
Включая в соответствующие узлы диоды, можно на выходах pi сформировать любые конъюнкции входных переменных и их инверсий.
В узлах матрицы М2 между цепями pi и yj включены транзисторы, базы которых подключены к цепям pi, а эмиттеры – к цепям yj. Если в цепи pi действует высокий потенциал (лог. «1»), транзистор открывается, и высокий потенциал передается в цепь yj и yj=1 не зависимо от уровней на других выходах матрицы М1.
Следовательно:
Программа функционирования приведенной ПЛМ может быть представлена следующей таблицей. Таблица строится по следующему правилу. На пересечении j-й строки и столбца хi записівается 1,если хi входит в конъюнкцию рj на выходе матицы М1 без инверсии и 0 – если с инверсией, если хi не входит в j-ую конъюнкцию, то ставится прочерк. На пересечении i-ой строки и столбца ук записывается 1, если i-я элементарная конъюнкция входит в ДНФ ук и точка в противном случае.
|
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
У1 |
У2 |
У3 |
|
Р1 |
1 |
0 |
- |
1 |
1 |
. |
|
Р2 |
0 |
1 |
1 |
. |
1 |
. |
|
Р3 |
- |
- |
0 |
1 |
1 |
. |
|
Р4 |
0 |
0 |
1 |
. |
. |
1 |
|
Р5 |
- |
1 |
1 |
. |
. |
1 |
Программирование ПЛМ может выполняться как заводом-изготовителем, так и пользователем. ПЛМ выпускается со вставленными элементами во все узлы матрицы. Пользователь, пропуская импульсы тока через определённые элементы, пережигает плавкие перемычки, последовательно включенные с элементами и т.о. отключает их. Остающиеся элементы должны обеспечить требуемые функции на выходе ПЛМ.
В промышленно-выпускаемых ПЛМ число входов может достигать 24, число выходов – 16, число цепей конъюнкции – 96.
Рассмотрим примеры устройств на ПЛМ.
Шифратор
Рассмотрим построение шифратора, преобразующего унитарный десятичный код (с отображением десятичной цифры уровнем лог. 1 на одной из десяти цепей) в двоичный код 8421.
Из таблицы соответствия десятичного и двоичного кодов следует, что переменная х1 равна лог. 1, если это значение имеет одна из вх. переменных у1, у3, у5, у7, у9.
Следовательно:
Аналогично и для х2, х4, х8.
Прежде, чем построить схему шифратора, преобразуем уравнения для базиса И-НЕ.
Здесь уi – входные сигналы, хj – выходные сигналы (значение разрядов кода 8421)
ПЛМ, реализующая функции шифратора будет иметь вид:
