2.3.1. Методика логічного синтезу тригерної комірки

Проектування тригерних пристроїв полягає у виборі ЗЕ та синтезу СК у заданому елементному базисі.

В тригерах, які керуються рівнем сигналу, використовуються елементарні запам’ятовуючі елементи на вентилях І-НІ, а також АБО-НІ. Спосіб їх перемикання описується системами підграфів переходів.

Якщо у стовбчику ^t+1 таблиці переходів проектованого тригера є значення ^t , то Q є агрументом функції f₁ і f_2. Для забезпечення правильного перемикання тригера у цьому випадку необхідно ввімкнути елементи затримки. Аналогічна ситуація виникає в тому випадку, коли аргументами функції f₁ і f₂ є сигнали Q та інших тригерів, які перемикаються в процесі роботи одночасно з даним тригером. Наприклад, такими "залежними" є тригери в регістрах зсуву, лічильниках і т.п.

Однак, при побудові тригерів на потенційних елементах, не можуть бути використані елементи затримки, які включають в себе реактивні компоненти, оскільки це накладало б обмеження на тривалість вхідних сигналів тригера. В потенційній системі елементів повинна бути забезпечена правильна робота тригера за будь-якої тривалості вхідних сигналів, якщо вона перевищує деяке мінімально припустиме значення. У цьому випадку на елементах І-НІ і АБО-НІ тригери будують за МS-схемою або за схемою трьох тригерів.

I. Завдання. Розробити синхронний з встановлюючими входами тригер за M-S схемою на елементах АБО-НІ та за схемою трьох тригерів на елементах І-НІ для реалізації функції, заданою таблицями переходів. Провести логічне моделювання в системі P-CAD або за допомогою інших програм, отримати часові діаграми в контрольних вузлах. Визначити повний час перемикання тригера, мінімальну довжину та максимальну частоту тактуючих сигналів.

Методика виконання завдання.

1. Нехай задана таблиця переходів тригера на два вхідних сигнала таб.7.

Таблиця 7 t-1		t
x1	x2	Qt
0 0 1 1	0 1 0 1	0 t-1 1 *

2. Вибирається базова струк- тура тригера, на основі якої буде синтезована СУ заданого тригера. В ролі такої структури для схеми M-S можна вибирати схему RS - тригера з інвертором, яка виконана на елементах АБО-НІ (як вказано в завданні), або схему, яка виконана за структурою трьох тригерів - на елементах І-НІ.

3. Визначити при яких значеннях функції f₁ та f₂ ЗЕ, виходи якого є виходами Q та тригера, здійснюються певні переходи з одного стану в інший в момент спрацьовування тригера.

з 0 в 0 при f₁ = X; f₂ = 0

з 0 в 1 при f₁ = 0; f₂ = 1

з 1 в 0 при f₁ = 1; f₂ = 0

з 1 в 1 при f₁ = 0; f₂ = X

Оскільки у вибраній схемі як ЗЕ використовується асинхронний RS -тригер на елементах АБО - НІ, його порядок переходів має такий вигляд:

.

У схемі тригера, який побудований на трьох тригерах, як ЗЕ використовується асинхронний RS- тригер на елементах І - НІ, порядок фунуціонування якого заданий співвідношеннями.

з 0 в 0 при f₁ = 1; f₂ = Х

з 0 в 1 при f₁ = 0; f₂ = 1

з 1 в 0 при f₁ = 1; f₂ = 0

з 1 в 1 при f₁ = Х; f₂ = 1

4.Будують повну таблицю переходів заданого тригера згідно данних свого варіанту з урахуванням структури і типу логічних елементів та на основі визначеного в п.3 порядка переходів ЗЕ заповнюють в цій таблиці графи для f₁ та f_2, аналізуючи переходи Q(t) та Q(t+1) в кожному рядку таблиці.

Для нашого прикладу використані табл. 8 та 9, відмінності яких полягають в тому, що таблиця 8 побудована на основі таблиці 7 з урахуванням того, що базова структура (M-S) - тригера виконана на логічних елементах АБО-НІ та првцює в системі інверсних змінних, а базова структура тригера на трьох тригерах виконана на схемах логічних елементах І - НІ та працює в системах прямих змінних.

t-1

C

x1

x2

Qt-1

Qt

f1

f2

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

* * 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1

* * 1 * 1 0 0 0 0 * 0 * 0 * 0 *

* * 0 0 0 1 * 1 * 0 * 0 * 0 * 0

t-1

C

x1

x2

Qt-1

Qt

f1

f2

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 * *

1 * 1 * 1 * 1 * 1 1 0 1 0 * * *

* 1 0 1 0 1 * 1 * 0 1 0 1 1 * *

Таблиця 8 Таблиця 9

5. За допомогою діаграм Вейча (для прикладу рис.6, а) та б)) знаходимо мінімальну форму функцій f₁ та f₂, в базисі АБО - НІ та І - НІ використовуючи для цього правило де - Моргана

Для M-S-тригера, об'єднуючи по нулях

для тригера по схемі трьох тригерів, об'єднуючи по одиницях:

Рис.6. Діаграми Вейча

6. Приводят отримані функції до вигляду, зручного для реалізації на елементах АБО-НІ і І-НІ. Відповідно для: (М-S)-тригера

Для тригера за схемою трьох тригерів

7. Відповідно з отриманими рівняннями для функцій f₁ та f₂ та базовими схемами M-S - тригера та тригера за схемою трьох тригерів з урахуванням заданої елементної бази (елементи АБО - НІ та І - НІ відповідно ) будують схеми тригерів (рис.7). Слід звернути увагу на те, що для тригерів (рис.7), виконаних на логічних схемах АБО - НІ, виходи Q та міняються місцями.

8. Відповідно із завданням тригери, які синтезуються, повинні мати встановлювальні входи, тому їх необхідно відобразити на схемі.

9. Перед логічним моделюванням тригерного пристрою за допомогою програми PCLOGS необхідно виконати таке. Спочатку за допомогою графічного редактора PCCAPS складається принципова схема тригера і заноситься до файлу з розширенням .SCH. Потім повинен бути сформований вхідний файл для програми PCLOGS з розширенням .CMD.

10. Моделювання схеми полягає в послідовному виконанні програм середовища PCAD, та формуванню файлів, необхідних для роботи програми PCLOGS. Студент повинен вміти самостійно сформувати послідовність виконання програм, задати вхідні параметри цих програм та отримати відповідні вихідні файли. При виконанні програми PCLOGS на екран виводиться часова діаграма станів вузлів (Додаток 5), які були вказані в командному файлі. Найменування вузлів на часовій діаграмі повинно відповідати їх найменуванню в схемі. Задання тактів та циклів у командному файлі повинно бути таким, щоб можна було бачити перехідні процеси в схемі.

а)

б)

Рис.7 Cхеми тригерів, що синтезувалися

Результатом даного етапу є часова діаграма сигналів у контрольних вузлах та всі необхідні для її отримання файли. На вимогу викладача студент повинен продемонструвати процес отримання цих файлів та часової діаграми.

11. Провести аналіз отриманих часових діаграм.

12. Відповідно з розробленими схемами рис.7 визначають повний час перемикання тригера t_з , мінімальну довжину t_Tmin та максимальну частоту f_Tmax тактуючих сигналів.

Повний час перемикання схеми (рис.7, а), складають сума часової затримки t_з елементів тригера та довжин тактового імпульсу t_T

t_з = 8 t_з + t_T.

Мінімальна довжина тактового імпульса в схемі рис.7, а визначається кінцем перехідних процесів в СУ та тригера RS, який керується при перемиканні С з 1 в 0, та дорівнює сумі часу затримки елементів тригера та складає

t_Tmin = 5t_з.

Максимальна частота тактуючого сигнала дорівнює

f_Tmax = 1 / (t_Tmin - 2 t_з)