1.ПЛИС. Основные понятия, области использования. 2. Комбинаторные схемы. 3. Логические элементы И, ИЛИ, НЕ и т.д. и схемы на их основе. 4. Шифратор и дешифратор. Реализация на логических элементах. 5. Триггеры. 6. Схемы с элементами памяти. 7. Синхронные и асинхронные входы триггеров. 8. Временные диаграммы работы D и T триггеров.(лекции) 9. Счетчики. Реализация для ПЛИС.(лекции) 10. Язык AHDL. Основные понятия. Структура программы, описание переменных, представление чисел.(лекции) 11. Описание логических выражений. Реализация в виде схем и текстового описания. 12. Конструкция оператора if. Примеры использования. 13. Оператор выбора case. Примеры использования. 14. Реализация счетчика на языке AHDL. 15. Реализация делителя частоты на основе счетчика. 16. Управление направлением счета. 17. Процесс создания и отладки программ для ПЛИС.

1. Плис. Основные понятия, области использования.

Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма(ПЛИС,англ.programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровыхмикросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредствомпрограммирования(проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры:Verilog,VHDL,AHDLи др. Альтернативой ПЛИС являются:программируемые логические контроллеры(ПЛК),базовые матричные кристаллы(БМК), требующие заводского производственного процесса для программирования;ASIC— специализированные заказныебольшие интегральные схемы(БИС), которые при мелкосерийном и единичном производстве существенно дороже; специализированныекомпьютеры,процессоры(например,цифровой сигнальный процессор) илимикроконтроллеры, которые из-за программного способа реализации алгоритмов в работе медленнее ПЛИС.

Некоторые производители ПЛИС предлагают программные процессорыдля своих ПЛИС, которые могут быть модифицированы под конкретную задачу, а затем встроены в ПЛИС. Тем самым обеспечивается уменьшение места на печатной плате и упрощение проектирования самой ПЛИС, за счёт быстродействия.

ПЛИС широко используется для построения различных по сложности и по возможностям цифровых устройств.

Это приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)), цифровая обработка сигнала (ЦОС), цифровая видеоаудиоаппаратура, высокоскоростная передача данных, криптография, проектирование и прототипированиеASIC, в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания, реализациянейрочипов.

В современных периферийных и основных компьютерных устройствах платы расширения в системе Plug and Playимеют специальную микросхему — ПЛИС, которая позволяет плате сообщать свой идентификатор и список требуемых и поддерживаемых ресурсов.

!!!ИЗ ЛЕКЦИИ

ПЛИС используются при:

• Необходимость простоты(ЭВМ не рентабелен)

• ЭВМ не справится (слишком большой объем информации, к. необходимо обработать)

2. Комбинаторные схемы.

Комбинаторные схемы-схемы, к. выполняют логические операции(У комбинационных устройств состояние выхода однозначно определяется набором входных сигналов. Это отличает комбинационную логику от секвенциальной логики, в рамках которой выходное значение зависит не только от текущего входного воздействия, но и от предыстории функционирования цифрового устройства. Другими словами, секвенциальная логика предполагает наличиепамяти, которая в комбинационной логике не предусмотрена.) Состоят из логических элементов Не, И, Или, Искл. Или, Не-И, Или-не и т.д.

3. Логические элементы и, или, не и т.Д. И схемы на их основе

4. Шифратор и дешифратор. Реализация на логических элементах.

5. Триггеры.

Триггер(триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитныереле,электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают винтегрированных средах разработкипод различныепрограммируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, ввычислительной техникедля организации компонентов вычислительных систем:регистров,счётчиков,процессоров,ОЗУ.

Триггер — это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и предназначен для хранения одного бита информации, то есть лог. 0 или лог. 1.

Все разновидности триггеров представляют собой элементарный автомат, включающий собственно элемент памяти (ЭП) и комбинационную схему (КС), которая может называться схемой управления или входной логикой (рис. 7).

В графетриггера каждая вершина графа соединена со всеми другими вершинами, при этом переходы от вершины к вершине возможны в обе стороны (двухсторонние). Граф двоичного триггера — две точки соединённые отрезком прямой линии, троичного триггера — треугольник, четверичного триггера — квадрат с диагоналями, пятеричного триггера — пятиугольник с пентаграммой и т. д. При N=1 граф триггера вырождается в одну точку, в математике ему соответствуетунарнаяединица или унарный ноль, а в электронике — монтажная «1» или монтажный «0», то есть простейшееПЗУ.Устойчивые состоянияимеют на графе триггера дополнительную петлю, которая обозначает, что при снятии управляющих сигналов триггер остаётся в установленном состоянии.

Состояние триггера определяется сигналами на прямом и инверсном выходах. При положительном кодировании (позитивная логика) высокий уровень напряжения на прямом выходе отображает значение лог. 1 (состояние = 1), а низкий уровень — значение лог. 0 (состояние = 0). При отрицательном кодировании (негативная логика) высокому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «0», а низкому уровню (напряжению) соответствует логическое значение «1».

Изменение состояния триггера (его переключение или запись) обеспечивается внешними сигналами и сигналами обратной связи, поступающими с выходов триггера на входы схемы управления (комбинационной схемы или входной логики). Обычно внешние сигналы, как и входы триггера, обозначают латинскими буквами R, S, T, C, D, V и др. В простейших схемах триггеров отдельная схема управления (КС) может отсутствовать. Поскольку функциональные свойства триггеров определяются их входной логикой, то названия основных входов переносятся на всю схему триггера.

Входы триггеров разделяются на информационные (R, S, T и др.) и управляющие (С, V). Информационные входы предназначены для приема сигналов запоминаемой информации. Названия входных сигналов отождествляют с названиями входов триггера. Управляющие входы служат для управления записью информации. В триггерах может быть два вида управляющих сигналов:

• синхронизирующий (тактовый) сигнал С, поступающий на С-вход (тактовый вход);

• разрешающий сигнал V, поступающий на V-вход.

На V-входы триггера поступают сигналы, которые разрешают (V=1) или запрещают (V=0) запись информации. В синхронных триггерах с V-входом запись информации возможна при совпадении сигналов на информационном С и V-входах.

Работа триггеров описывается с помощью таблицы переключений, являющейся аналогом таблицы истинностидля комбинационной логики. Выходное состояние триггера обычно обозначают буквой Q. Индекс возле буквы означает состояние до подачи сигнала (t) либо (t-1) или после подачи сигнала (t+1) или (t). В триггерах с парафазным (двухфазным) выходом имеется второй (инверсный) выход, который обозначают как Q, /Q или Q'.

Кроме табличного определения работы триггера существует формульное задание функции триггера в секвенциальной логике. Например, функцию RS-триггера в секвенциальной логике представляет формула. Аналитическая запись SR-триггера выглядит так:.