Программируемая матричная логика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

История ПМЛ

Программируемые логические матрицы - ПЛМ

Воспроизведение скобочных форм переключательных функций

Общее правило решения задач с помощью ПЛМ

Программируемая матричная логика (ПМЛ)

Программируемая матричная логика (ПМЛ) с разделяемыми коньюнкторами

Библиографический список

История ПМЛ

История развития программируемой логики начинается с появления программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ - Programmable Read Only Memory - PROM) в начале 70-х годов. Первое время PROM использовались исключительно для хранения данных, позже их стали применять для реализации логических функций. Неудобство использования PROM в качестве логических преобразователей заключается в том, что логические функции перед записью в PROM необходимо приводить к совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), кроме того, емкость PROM не позволяла реализовать функции большого числа переменных.

Специально для реализации систем булевых функций (СБФ) большого числа переменных были разработаны и с 1971 г. стали выпускаться промышленностью программируемые логические матрицы (ПЛМ - Programmable Logic Arrays - PLAs). Именно PLA можно считать первыми программируемыми логическими устройствами (Programmable Logic Devices - PLDs). PLA получили очень широкое распространение в качестве универсальной элементной базы.

Совершенствование архитектуры PLA привело к появлению программируемых матриц логики (Programmable Array Logics - PALs), которые на долгие годы определили наиболее популярную архитектуру PLD. Первые PAL были разработаны фирмой Monolithic Memories в 1976 г. Позже фирма Monolithic Memories вошла в состав фирмы Advanced Micro Devices (AMD), которая начала производить PAL с 1977 г. В настоящее время аббревиатура PAL является торговой маркой фирмы AMD.

С момента своего появления PAL стали успешно конкурировать с PLA и благодаря ряду присущих им положительных свойств практически полностью вытеснили программируемые пользователем PLA.

В русскоязычной литературе нет четкого разделения между PLD, PAL, PLA, SPLD, CPLD и FPGA. Чаще всего все эти устройства называют программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС). Кроме того, в русскоязычной литературе можно встретить следующую терминологию: программируемые логические устройства (ПЛУ) - для обозначения PLD, программируемые логические матрицы (ПЛМ) - для обозначения PLA, программируемые матрицы логики (ПМЛ) - для обозначения PAL, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) - для обозначения CPLD.

программируемая матричная логика логическая матрица

Программируемые логические матрицы - ПЛМ

Структура программируемой логической матрицы:

М1 - матрица конъюнкции - И; М2 - матрица дизъюнкции - ИЛИ.

в литературе иногда заменяют на

- может быть:

Если на базу поступает высокий потенциал, то транзистор открывается и в горизонтальную шину поступает высокий потенциал, иначе, если на базу не поступает высокий сигнал, то транзистор закрывается. При подаче на плавкую перемычку высокого потенциала она замыкается.

- может быть:

Таким образом, получаем:

У диодов красного цвета перемычка пережжена.

«Ставя крестики» в других местах матрицы М2 получим:

По данным можно составить таблицу:

Основными параметрами ПЛМ является:

число входов m (xi);

число термов l (Pi);

число выходов n (yi).

В общем случае:

- это достоинство ПЛМ.

ПЛМ реализует дизъюнктивную нормальную форму воспринятых функций.

ПЛМ способно реализовать n логических функций от m аргументов, содержащую не более l термов. Наиболее простой способ программирования ПЛМ - это пережигание перемычек.

Упрощенное изображение ПЛМ.

Вместо ставят

- такое обозначение используется, по крайней мере, для ПЛМ.

На самом деле у элемента И три входа.

Единственная линия входа элементов И и ИЛИ пересекается с несколькими линиями входных элементов. Физически дизъюнкт и конъюнктуры мы переставим. Эти вентили служат для разграничения матрицы дизъюнкции. Достоинство ПЛМ не надо упрощать исходные выражение, если позволяет железо.

Воспроизведение скобочных форм переключательных функций

С помощью ПЛМ можно воспроизводить не только дизъюнктивные нормальные формы, но и скобочные формы (выражение в скобках). Для этого вначале получают выражения в скобках, а затем они рассматриваются как аргументы для получения окончательного результата. В схеме появляются обратные связи, т.е. промежуточные результаты с выхода вновь подаются на входы. Логическая глубина схемы увеличивается. Задержка выборки конечного результата растет. Например:

Изобразим:

Из-за обратной связи нужно подождать пока выработается скобочная величина , иначе результат будет не верным.

Общее правило решения задач с помощью ПЛМ

Число термов в данной системе функций необходимо свести до l (параметра имеющегося в ПЛМ). Дальнейшая минимизация функции не требуется. Если размерность имеющейся ПЛМ обеспечивает решение задачи в ее исходной форме, то минимизация не требуется, так как не ведет к сокращению оборудования.

Рассмотрим, как с помощью ПЛМ построить шифратор.

Управление для шифратора

- входные сигналы.

- выходные сигналы.

не учитываем, так как в этом случае нет сигнала на выходе.

Программируемая матричная логика (ПМЛ)

Если для ПЛМ важно уменьшение числа термов функции, то для ПЛМ важно уменьшить число элементов и для каждого выхода.

Схемы с программируемым выходным буфером. Эта схема может вырабатывать как прямые, так и инверсные функции.

- сумматор по модулю два.

Минимизируем , , с помощью карт Карно:

Таким образом, для реализации системы функций , получаем пять различных термов вместо восьми. Возврат от к получается пережиганием линии выхода.

Схемы с двунаправленными выводами.

Используя элементы с тремя состояниями выхода, можно построить схему, в которой некоторые выводы предназначены для работы в качестве входов или выходов в зависимости от программируемых элементов. В таких схемах один из конъюнктов управляют элементами с тремя состояниями выхода. Выход этого элемента одновременно связан с матрицей и как вход:

К - конъюнктор, с его помощью можно управлять буфером.

Возможны 4 режима реализации вход-выход в зависимости от того, как запрограммированы входы конъюктора (К).

все перемычки оставлены целыми, на выходе К имеем логический «0». И вывод функционирует как вход.

все перемычки пережжены, на конъюнктор поступает высокий потенциал «1», буфер активен, его вывод становится выходом, сигналы не используются в матрице И.

выход с обратной связью отличается от предыдущих тем, что сигналы выводов используются в матрице И, например для воспроизведения матрицы скобочных функций (предыдущая лекция).

входы коньюнктора К программируются при определенной комбинировании входных сигналов коньюнктора К приобретает единичный выход и вывод срабатывает как выход (применяется в схемах контроля).

Схемы с памятью.

Программируемая матричная логика (ПМЛ) с разделяемыми коньюнкторами

Это относится только к ПМЛ. Для двух смежных элементов ИЛИ отводится некоторое количество коньюнкторов, которое может быть произвольно распределено между этими смежными коньюнкторами. Другие элементы ИЛИ использовать данный набор коньюнкторов не могут. Вариант с разделяемыми коньюнкторами смягчает наиболее очевидные ограничения жестких ПМЛ. А именно, фиксированное число элементов И на входах ИЛИ, которых может не хватить при воспроизведении сложных функций.

Ставится дополнительный набор ИЛИ и исключающее ИЛИ. Можно комбинировать сигналы основных элементов ИЛИ, для образования окончательных значений функции F1 и F2. Характер получаемых функций зависит от того, какой из трех транзисторов в каждой группе будет проводящим. Управление транзистором осуществляется подачей положительного напряжения на затвор.

Библиографический список

Бибило П.Н. Синтез комбинационных структур для СБИС. - Мн.: Навука i тэхнiка, 2002.

Закревский А.Д. Логический синтез каскадных схем. - М.: Наука, 2001.

Скляров В.А. Синтез автоматов на матричных БИС. - Мн.: Наука и техника, 2004.

Соловьев В.В., Васильев А.Г. Программируемые логические интегральные схемы и их применение. - Мн.: Беларуская навука, 2002.

Угрюмов Е. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ, 2001.

Размещено на Allbest.ru