2. Периферийные узлы цифровых устройств

Обмен данными в сложных цифровых устройствах как правило осуществляется по шинам, представляющим собой систему физических линий (проводников) по которым происходит передача и прием сигналов. Для сокращения количества связей шины могут выполняться двунаправленными. При этом по одним и тем же линиям организуется как передача сигналов от источников к приемнику, так и от устройств обработки к получателям. Для устранения конфликтов обмен должен быть организован таким образом, чтобы в любой момент времени информационный поток в шине проходил только в одну сторону.

Условно структура линии передачи при наличии входных сигналов А и В, приемника ПР и устройства обработки УО может быть представлена, как показано на рис. 2.1. Для разделения каналов источников данных используются шинные формирователи ШФ, в простейшем случае представляющие собой буферные элементы с тремя состояниями выходов.

При активизации выходов верхнего шинного формирователя происходит передача данных канала А к приемнику. Выходы формирователей ШФ2 и ШФ3 должны при этом находиться в третьем состоянии. При активизации выходов ШФ2 направление передачи сигналов на соответствующем участке линии меняется на противоположное. Для исключения конфликтов передача сигналов через ШФ1 должна быть заблокирована.

Обычно выходные каскады шинных формирователей делаются более мощными, чем у стандартных логических элементов, а во входных цепях устанавливаются триггера Шмидта. Это позволяет в определенной степени устранить влияние помех, присутствующих в линиях передачи.

Для буферирования двунаправленных шин используют двунаправленные элементы, способные усиливать сигналы по мощности, в частности группы из двух повторителей с возможностью перевода их выходных каскадов в третье состояние. Вариант построения такого устройства приведен на рис.2.2.

Здесь выход одного элемента подключен ко входу второго и наоборот. При наличии на управляющем входе логического нуля верхний элемент работает в качестве передатчика сигналов слева направо. Выход нижнего элемента при этом находится в третьем состоянии. Изменение значения сигнала управления приводит к появлению логического нуля на входенижнего повторителя, чем обеспечивается возможность передачи сигналов по линии справа налево. Выход верхнего элемента при этом переводится в третье состояние.

Аналогичным образом можно осуществить переход от двунаправленной шины к однонаправленным (рис. 2.3) и наоборот (рис.2.4).

Шинные формирователи с тремя состояниями выпускаются в интегральном исполнении. В частности микросхема КР1533АП6, содержит 8 двунаправленных буферных элементов. Выходные токи каждого из них в состоянии логического нуля составляют порядка 24 мА, а в состоянии логической единицы около 3 мА. Микросхема КР1533ИП6 содержит четыре двунаправленных элемента без инверсии, а КР1533ИП7 - четыре, с инверсией данных.

Для буферирования однонаправленных шин могут использоваться как специальные шинные формирователи (К1533АП3, АП4), так и обычные логические элементы, работающие в режиме повторителя.

Использование цифровых устройств, выходы которых могут переводиться в третье состояние, позволяет на их основе реализовывать схемы с расширенными возможностями. Так система из двух параллельных регистров, объединенных выходами представляет собой аналог счетверенного мультиплексора 2→1 с памятью (рис. 2.5). Выбор группы сигналов передаваемых со входов, осуществляется переводом выходов соответствующего регистра в активное состояние. Использование противофазных сигналов управления устраняет конфликты между выходными сигналами.

На основе аналогичных устройств строятся более сложные системы передачи сигналов, одна из разновидностей которых относится к параллельным периферийным адаптерам, структура одного из вариантов которого приведена на рис. 2.6. Такое устройство обеспечивает обмен многоразрядными данными между внешней системной шиной (СШД) и группой шинA, B, C и. Этот обмен происходит через взаимодействие с внутренней шиной данных (ВШД).

Как показано в таблице функционирования (рис.2.6), в зависимости от комбинаций управляющих сигналов, возможна как передача сигналов из группы шинA – D на системную, так и в обратную сторону. При поступлении единичного сигнала на вход связь шин между собой разрывается.