8.2 Гти на 3-х инверторах.
В схеме такого генератора (рисунок 8.3) резистор R отключен от выхода DD1 и подключен к выходу элемента DD3.
Рисунок 8.3
Перезаряд конденсатора С происходит через резистор R и выходные цепи DD2 и DD3. Поскольку элемент DD1 не нагружен емкостью, импульсы на его выходе обладают хорошей прямоугольностью. Принцип работы схемы аналогичен предыдущей. Временная диаграмма работы показана на рисунке 8.4
Величина резистора R выбирается из условия [12]
240 Ом < R < 1,5 кОм.(8.5)
Рисунок 8.4
Период генерируемых импульсов
(8.6)
9. Функциональные устройства компьютерной (цифровой) электроники
9.1 Комбинационные цифровые устройства (кцу)
Логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются комбинацией входных логических переменных в рассматриваемый момент времени, называются комбинационными.
9.1.1 Анализ и синтез кцу
В процессе проектирования любого устройства выполняется ряд действий, которые можно отнести к задачам анализа и синтеза.
9.1.1.1 Анализ кцу
Выполнение задач анализа КЦУ предполагает наличие готовой функциональной схемы устройства на логических элементах заданного базиса. В процессе анализа оцениваются некоторые характеристики имеющейся схемы КЦУ. Например, можно составить булево выражение и таблицу истинности, определяющие преобразование информации в КЦУ; минимизировать логическую функцию, которую выполняет анализируемая схема; оценить аппаратные затраты на реализацию схемы; её быстродействие; потребляемую мощность; рассмотреть возможность образования в схеме ложных опасных состояний в результате состязаний (гонок) и др.
9.1.1.2 Синтез кцу
Синтез КЦУ предусматривает построение функциональной схемы устройства, т.е. определение состава необходимых логических элементов и соединений между ними, при которых обеспечивается преобразование входных цифровых сигналов в выходные в соответствии с заданными условиями работы устройства. В процессе синтеза необходимо минимизировать аппаратные затраты на реализацию устройства. Рассмотрим особенности синтеза КЦУ с одним выходом. Последовательность синтеза целесообразно разбить на ряд этапов.
Этап 1. Задание логической функции, определяющей функционирование синтезируемого КЦУ. Как отмечалось ранее, это можно сделать словесно, с помощью таблиц истинности или булевых выражений.
Этап 2. Минимизация логической функции, которая осуществляется алгебраическим или графическим методом (с помощью диаграмм Вейча, карт Карно).
Этап 3. Запись булевого выражения минимизированной переключательной функции.
Этап 4. Преобразование булевого выражения минимизированной ПФ для реализации её в заданном базисе И-НЕ или ИЛИ-НЕ.
Этап 5. Составление функциональной схемы КЦУ, т.е. изображение нужных логических элементов и связей между ними.
Проиллюстрируем этапы синтеза КЦУ на примере.
Необходимо синтезировать на элементах И-НЕ КЦУ на три входа, выходной сигнал которого совпадает с большинством входных сигналов.
Данное словесное описание задает логическую функцию МАЖОРИТАРНОСТЬ. Её работу отражает таблица истинности (таблица 9.1).
Таблица 9.1
№ набора |
С |
В |
А |
F |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
0 |
3 |
0 |
1 |
1 |
1 |
4 |
1 |
0 |
0 |
0 |
5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
6 |
1 |
1 |
0 |
1 |
7 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Булево выражение ПФ в СДНФ имеет вид
(9.1)
Минимизируя данное выражение, используя тождества и теоремы булевой алгебры, получим
.(9.2)
Преобразуем данное выражение для его реализации в базисе И - НЕ.
Применяя теорему де Моргана, получим
.(9.3)
Функциональная схема синтезируемого КЦУ, реализующего выражение (9.3) на элементах И-НЕ, приведена на рисунке 9.1.
Рисунок 9.1
На практике широко применяются КЦУ, имеющие несколько выходов. При проектировании таких устройств можно воспользоваться рассмотренными выше правилами синтеза, если представить устройство в виде совокупности соответствующего числа КЦУ с общими входами.
Функционирование КЦУ с m-выходами описывается (задается) аналогичным количеством переключательных функций, над каждой из которых в процессе синтеза выполняются действия, описанные выше.