Курсовая работа - Синтез комбинационной схемы свободной от состязаний / Курсовой Игоря по ПЦУ/ВВЕДЕНИЕ курсач .DOC
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| КП52.292028.401ПЗ |
| 2 |
| Устинович Василевич |
При выполнении данной курсовой работы будет произведено проектирование схемы свободной от состязаний.
Решению этой задачи отводится важная роль в проектировании цифровых устройств на интегральных микросхемах.
Развитие микроэлектроники, повышение степени интеграции базовых микросхем, используемых при проектировании дискретных управляющих устройств, привели к необходимости разработки новых методов синтеза дискретных структур. К важному классу дискретных структур относятся комбинационные схемы, математической моделью функционирования которых являются булевы функции.
Синтез комбинационных логических схем из сложных элементов базируется на теории декомпозиции булевых функций, основы которой были заложены в работах Шеннона, Поварова, Ашенхерста, Кертиса, Закревского, Карпа и Рота.
При разработке различных цифровых систем проектировщики часто сталкиваются с необходимостью синтеза комбинационных схем. Кроме комбинационных частей конечных автоматов, комбинационные схемы широко используются в качестве оригинальных функциональных узлов, функционирование которых не совпадает с работой стандартных функциональных узлов комбинационного типа.
Под комбинационной схемой понимается логическая схема, значения выходных сигналов которой в каждый момент времени полностью определяются значениями сигналов на её входах. Иногда говорят, что комбинационная схема — это конечный автомат с одним состоянием или последовательностная схема без памяти. Однако методы синтеза конечных автоматов и комбинационных схем значительно различаются между собой. Выходные величины комбинационных цепей завися только от текущего значения входных величин. После завершения переходных процессов в комбинационных цепях на их выходах устанавливаются выходные величины, на которые характер переходных процессов влияния не оказывает. С этой точки зрения переходные процессы для них не опасны. Но в цифровых устройствах в целом комбинационные цепи функционируют совместно с автоматами с памятью, что значительно изменяет ситуацию. Во время переходных процессов на выходах комбинационных схем появляются временные сигналы, не предусмотренные описанием работы комбинационной цепи и называемые рисками. Со временем они исчезают, и выход комбинационных цепей приобретает значение предусмотренное логической формулой, описывающей работу цепи.
Но эти риски могут быть восприняты элементами памяти автомата, что может привести к изменению работы цифрового устройства.
Различают статические и динамические риски.
Статические риски- это кратковременное изменение сигнала, который должен оставаться неизменным (единичным или нулевым, говорят о 1-риске или 0-риске.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| КП52.292028.401ПЗ |
| 3 |
| Устинович Василевич |
Для исключения возможных сбоев в работе из-за явлений риска имеется два пути.
Первый состоит в синтезе схем, свободных от рисков, и требует сложного анализа процессов в схеме, введения избыточных элементов для исключения рисков.
Второй путь, основанный для современной схемотехники, предусматривает запрещение восприятия сигналов элементами памяти на время переходных процессов. Прием информации с выходов разрешается только специальным сигналом синхронизации, подаваемым на элементы памяти после окончания переходных процессов. Так исключается воздействие воздействие ложных сигналов на элементы памяти. Соответствующие структуры называются смнхронными.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| КП52.292028.401ПЗ |
| 4 |
| Устинович Василевич |
1.1 Назначение синтеза комбинационных схем
Комбинационная схема представляет из себя совокупность логических элементов соединенных определенным способом согласно поставленной задачи. Комбинационную схему можно построить для выполнения нескольких задач одновременно. Для этой цели служит задача синтеза.
Общая постановка задачи структурного синтеза комбинационной схемы заключается в построении оптимального в некотором смысле проектируемого узла (устройства), моделирующего закон функционирования цифрового автомата без памяти, представленного одной булевой функцией или системой булевых функций. К требованиям оптимальности могут быть отнесены: стоимость и сложность оборудования, быстродействие и надежность, однородность структуры, габариты и др.
Один из основных критериев получения оптимальной структуры проектируемой схемы — минимальность числа элементов, необходимых для ее реализации. Для комбинационных схем обеспечение этого критерия связано с представлением исходной булевой функции в минимальной форме.
После выполнения необходимой процедуры минимизации полученную минимальную форму исходной функции, формализующую работу комбинационной схемы, преобразуют в суперпозицию элементарных булевых функций (операторов), реализуемых выбранными ЛЭ.
Следующий этап синтеза — составление структурной схемы проектируемого устройства, которая является графическим отображением моделируемой булевой функции, выраженной в виде суперпозиции операторов ЛЭ. Структурная схема будет отражать связи между отдельными ЛЭ, представленными в виде условных обозначений. При этом должны выполняться требования правил взаимного соединения элементов, оговоренные техническими условиями на элементы.
На последнем этапе синтеза при технической реализации разрабатываемого устройства после решения вопросов усиления и временного согласования сигналов производится корректировка структурных схем. Для решения вопросов временного согласования сигналов необходимо учитывать условия правильного обмена информацией между элементами комбинационных схем: для повышения надежности устройства ввод новой информации осуществляется только после установления переходных процессов в элементах после действия сигналов предыдущей информации. Кроме того, для случаев, когда длительность сигналов существенно ограничена, предъявляют высокие требования к одновременной передаче на входы элемента сигналов ,с предыдущих каскадов.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подп. |
| Дата |
| Лист |
| КП52.292028.401ПЗ |
| 5 |
| Устинович Василевич |
В случае, если задержка сигналов на предыдущих каскадах была неодинакова, для ее выравнивания применяют специальные линии задержки.
Многовыходная комбинационная схема реализует несколько булевых функций, число которых равно числу выходов схемы. Она может быть построена:
а) путем независимой реализации каждой булевой функции (такое построение схемы во многих случаях неэкономично).
б) в случаях, когда заданные функции имеют общие члены, можно произвести их совместную минимизацию и добиться сокращения общего числа ЛЭ для построения схемы:
1)способом, основанным на выражении одной функции через другую.
2) способом определения в МДНФ нескольких функций общих составляющих, из которых образуется промежуточная функция. Последняя может быть реализована только один раз и использована при построении нескольких булевых функций.
в) В некоторых случаях можно достичь упрощения исходных функций, применяя способ, основанный на использовании построенной функции в качестве дополнительной входной переменной при построении другой функции. В качестве исходной функции принимается та, которая допускает наиболее простую реализацию.
г) Значительного упрощения многовыходной схемы можно достичь, применяя метод каскадов, когда часть элементов схемы используется одновременно для реализации нескольких функций. Этот метод эффективен, например, при построении дешифраторов пирамидального и прямоугольного типов.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подп. |