микросхемотехника

20

Рис. 3.1. Блок-схема реализации одиночного разряда логического автомата с памятью

Заметим, что СУ являются схемами К-типа.

Для примера рассмотрим реализацию трехразрядного кольцевого счетчика (устройство, регистрирующее количество импульсов, поступивших на его вход), вырабатывающего последовательность двоичных эквивалентов чисел 1,2,3,5,6,7. Согласно приведенной на рис. 3.2 таблице состояний (а) и соответствующих карт минтермов (б) система прикладных уравнений будет иметь вид

т.е. для построения каждого разряда рассматриваемого счетчика необходим запоминающий ЛЭ. Выбирая в качестве такого ЛЭ, например, Т-триггер с

в результате совместного решения прикладного (3.2) и характеристического (3.3) уравнений (рис. 3.2,в) получаем обобщенное уравнение входов Т-триггеров

из которого поразрядные уравнения входов

Соответствующая структурная схема проектируемого счетчика представлена на рис. 3.2,г.

Из рассмотренной процедуры видно, что для перехода к другому типу триггера все операции необходимо повторить сначала, т.е. традиционный метод громоздок, плохо поддается автоматизации и затрудняет параллельный обзор вариантов. Указанные недостатки в значительной степени устраняются, если для проектирования использовать разностные карты минтермов, в клетки которых заносятся символы переходов fq выходных переменных, обозначаемых α при переходе 0→ 1, β - при переходе 1→ 0, а также 0 или 1, если при смене такта значения выходной функции остаются неизменными.

21

Рис. 3.2. Синтез структурной схемы кольцевого счетчика 1,2,3,5,6,7

22

в характеристическом Т-базисе

22

3.2. Метод словарных преобразований разностных карт минтермов

Суть метода заключается в упрощении трудоемкой процедуры решения системы логических уравнений (прикладного и характеристического) для получения уравнения входов. Для этого прикладные уравнения записываются в виде разностных карт минтермов, где разностные символы fq играют роль промежуточной переменной, устранение которой с помощью словаря характеристических базисов (табл. 3.2, рис. 3.3) позволяет сразу получать уравнения входов.

Рис. 3.3. Образование словаря переходов JK-триггера

Например, использование метода словарных преобразований для проектирования рассмотренного ранее (рис. 3.2) кольцевого счетчика 1, 2, 3, 5, 6, 7 позволяет получить гораздо более оптимальную его структуру (рис. 3.4, а - граф последовательности смены состояний; б - прикладные уравнения в виде разностных карт мимнтермов; в - обзор ва-

Таблица 3.2

риантов уравнений входов для различных триггеров; г - структурная схема). Заметим, что при проектировании П-устройств в произвольной элементной базе вначале проверяют целесообразность применения одновходовых триггеров, а затем двухвходовых (обычно JK-триггера, как наиболее универсального).

3.3. Многоразрядные субсистемы на основе регистров сдвига

Весьма эффективным при построении логических устройств П-типа является использование ИС регистров сдвига (РС) ввиду простоты их внутренней структуры и

24

единственности схемы управления. Регистром сдвига или последовательной памятью называется запоминающее устройство, в котором при поступлении каждого тактового сигнала осуществляется сдвиг поступающей на вход информации на один разряд в одну сторону, т. е. A → B → C → ... → M → N. Анализ многоразрядного РС показывает, что в некоторых характеристических базисах законы управления входами триггерных ЛЭ оказываются такими (3.5), (3.6), (3.7), что обеспечивают максимальную простоту их внутреннего строения (рис. 3.5).

Использование простого РС в качестве базисного ЛЭ продемонстрировано на примере реализации счетчика - делителя частоты на 4 (рис. 3.6). Видно, что при любом числе разрядов устройства (в данном случае n=2) необходима одна схема управления (СУ), только граф последовательности смены состояний должен удовлетворять условиям функционирования РС.