8.3. Використання пзп
Широка номенклатура постійних і репрограмованих запам’ятовуючих пристроїв дає можливість широкого їх використання в різних призначеннях цифрової схемотехніки.
Вже з першого параграфу поточного розділу зрозуміло, що мікросхеми пам’яті можуть безпосередньо використовуватись для реалізації систем логічних функції, для виконання лінійних і нелінійних перетворень вхідної цифрової послідовності, для виконання апаратного перемноження двох сигналів, заданих у цифровій формі і, зрозуміло, для зберігання послідовностей команд та даних.
8.3.1. Використання пзп як універсальних комбінаційних схем
Використання ПЗП як універсальних комбінаційних схем є одним з найпоширеніших напрямків, оскільки дає можливість замінити велику кількість корпусів простих логічних схем з неповним (здебільшого) їх використанням одним ПЗП, ємність якого може бути гнучко підібрана під задану систему комбінаційних функцій. Такий підхід водночас дає можливість іноді суттєво підвищити швидкодію розробленого комбінаційного пристрою та зменшити величину споживаного струму.
Виходячи з § 8.1, принцип використання ПЗП для реалізації системи комбінаційних схем зводиться до того, що адресні входи мікросхем ПЗП розглядаються як входи комбінаційної схеми, тобто входи логічних змінних, а виходи – відповідно, як функції.
Приклад 8.3. Пояснити, скільки логічних функцій можуть бути реалізовані на мікросхемі ПЗП К155РЕ3 (82S23); функції скількох змінних можуть бути на ній реалізовані.
Пояснення. Мікросхема К155РЕ3 – це електрично програмований шляхом перепалення плавких перемичок постійний запам’ятовуючий пристрій ємністю 256 біт з організацією 32 × 8. У вихідному стані за всіма адресами і в усі розряди записані нулі. Умовне позначення мікросхеми приведено на рис. 8.49.
Рис. 8.49
Виходячи з умовного зображення мікросхеми, її можна запрограмувати для реалізації системи з восьми логічних функцій, кожна з яких має п’ять змінних. Мікросхема має виходи з відкритим колектором, тому виходи D0 … D7 повинні бути приєднані до джерела живлення через резистор.
Приклад 8.4. Використовуючи мікросхему ПЗП КР556РТ4 (82S126), реалізувати систему логічних функцій:
Розв’язання.
Оскільки система логічних функцій має
п’ять логічних змінних, а мікросхема
має 5 адресних виходів, то невикористовувані
входи A5 ,
A6 ,
A7 ,
та
необхідно заземлити.
Складаємо карту прошивки ПЗП. У початковому стані, відповідно до довідкової літератури, у ній записані всі нулі. Оскільки старші розряди заземлені, то це означає, що максимальна адреса, яка може бути використана в ПЗП – це 000111112 , тобто 1F16 . Як наслідок, таблиця прошивок матиме лише два рядки з початковими адресами 00 та 10, по 16 кліток кожна, з адресами від 00 до 0F і від 10 до 1F. В кожну клітку повинен бути записаний чотирьохрозрядний код, який потім може бути зчитаний з виходів мікросхеми. Присвоюємо виходам мікросхеми D0 … D3 відповідні значення функцій y0 … y3 . Тоді значення функцій, які повинні бути зчитаними, запишемо у вигляді таблиці (Табл. 8.12).
Табл. 8.12
N |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
y0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
y1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
y2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
y3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
N |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
31 |
y0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
y1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
y2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
y3 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Тепер Табл. 8.12 можемо скористатись для заповнення таблиці прошивок (див. Табл. 8.13).
Табл. 8.13
Адреса |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
00 |
5 |
2 |
3 |
4 |
8 |
B |
0 |
0 |
E |
4 |
4 |
B |
4 |
9 |
2 |
8 |
01 |
0 |
9 |
2 |
4 |
1 |
A |
2 |
1 |
C |
5 |
8 |
4 |
0 |
8 |
2 |
5 |
Значення перших 15 стовпців Табл. 8.12, представлені у шістнадцятковому коді, переписуються у рядок Табл. 8.13 з адресою 00. Наприклад, значення нульового стовпця Табл. 8.12 y3 y2 y1 y0 = 01012 = 516 записується у нульовий стовпець рядка 00 Табл. 8.13 у вигляді 516 .
Принципова схема реалізації розглянутої системи логічних функції приведена на рис. 8.50.
Рис. 8.50
З вигляду схеми (рис. 8.50) можна побачити, наскільки спрощується схемотехніка, зменшується складність друкованих плат, споживана потужність. У той же час, використання ПЗП для заміни комбінаційних схем має свої недоліки. Вони полягають у тому, що мікросхеми ПЗП дуже чутливі до моменту зміни вхідних сигналів, тобто адресних розрядів, які призводять до появи коротких паразитних імпульсів. Тому при таких замінах слід врахувати подібні особливості. Вони обумовлені тим, що при проектуванні пристроїв комбінаційної схемотехніки на дискретних компонентах завжди враховується явище гонок (див. Розділ ІІІ), а при програмуванні на ПЗП подібний аналіз відсутній. Тому при замінах складної комбінаційної схемотехніки програмованими ПЗП слід врахувати їх особливості. Це робиться, наприклад, використанням синхронізації через виходи . У даному випадку низький рівень синхросигналу на вході слід подавати лише після того, як всі перехідні процеси в мікросхемі, обумовлені зміною логічних сигналів на адресних входах, будуть закінчені.
Приведений приклад показує, що за допомогою ПЗП можливо створити будь-який комбінаційний пристрій, але в більшості випадків краще не використовувати таку можливість, оскільки подібний шлях розв’язання цієї задачі далеко не завжди корисний. Реально є сенс використовувати ПЗП у тих випадках, коли необхідні комбінаційні пристрої відсутні в бібліотеках компонентів.