4.7. ЗНАЧЕНИЯ ФУНКЦИИ НА ВЫХОДЕ СХЕМЫ ПУСКА И ОСТАНОВА

Поскольку на графе переходов (рис. 4.6) все значения функции на выходе связаны только с определенными значениями вторичных переменных, записать их не представляет труда. Приведем их в порядке, определяемом графом переходов из одного состояния в другое:

ОТКР. BCnOM.=BCD

ВКЛ. МАСЛ. НАСОС=ЛВСО

ОТКР. ГЛ. КЛАПАН НА \Ъ%=АВСО

ОТКР. ГЛ. КЛАПАН НА 30% =ABCD

HAPyili. РЕЖИМА, ВКЛ. ДОП. МАСЛ. НАСОС-ЛВС£>

ЗАКР. ЪСиоЖ.=АВСО-\-АВСВ

ТРЕВОГА=ЛВС/)-ьЛВСД

ОТКР. ГЛ. КЛАПАН НА 50% =ABCD ОТКР. ГЛ. КЛАПАН НА Ш%АВСО ЗАКР. ГЛАВН.=ЛВС/)

Рис. 4.9. Представление выходной функции схемы управления пуском и оста-йовом в виде карты Карно.

Рис. У.4.1. Граф переходов Г-триггера.

Все эти функции можно реализовать на вентилях НЕ-И. Однако несомненно, что очень удобным оказалось бы использование демультиплексора 4X16. По селекторным линиям могли бы подаваться значения вторичных переменных ABCD, а сигнал разрешения, подаваемый по входной линии демультиплексора, может быть постоянно установлен в 0. Значения функции на выходе можно представить также в виде карты Карно (рис. 4.9). Логическая схема устройства на демультиплексора приведена в разд. 5.5.

Большая часть этой схемы может быть реализована также на элементах среднего уровня интеграции. Эта возможность обсуждается в следующей главе.

4.8. УПРАЖНЕНИЯ

У.4.1, На рис. У.4.1. изображен граф переходов для С-триггера, описываемый в разд. 6.2.

Импульсы тактодого генератора (СЦ HMnymCj бозни-какщии при нажатии кнопни{Рву

Импульс на Выходе схемы

Рис. У.4.2. Описание работы схемы выделения одиночного импульса. - о -временные диаграммы; б -граф переходов.

а) Разработайте схему этого устройства, пользуясь i?S-TpHrrepoM.

б) Постройте схему, используя наиболее приемлемую (на ваш взгляд) элементную базу.

У.4.2. Спроектируйте схему выделения одиночного импульса тактового генератора (часов) с использованием iJS-триггеров. Такая схема используется процессором для пошагового выполнения операций. На рис. У.4.2 показаны временные диаграммы и граф переходов. При каждом нажатии соответствующей кнопки схема пропускает один (и только один) импульс от генератора.

АБС

Рис. У.4.3. Граф переходов схемы управления светофором.

У.4.3. Разработайте схему автоматического переключателя сигналов уличного светофора, граф переходов которой изображен иа рис. У.4.3. В начальном состоянии ЛВС=000=2(()) для главной магистрали включен зеленый сигнал светофора (символ G на рис. У.4.3), а для пересекающей ее боковой улицы - красный символ Щ. После определенной временной задержки устройство переходит в состояние 2(1) с желтым (символ А) и красным сигналами для магистрали и пересекающей ее улицы соответственно. Значения

Рис. У.4.4. Граф переходов делителя частоты.

выходных функций для магистрали и боковой улицы для остальных состояний следующие:

S (3) - красный и красный;

S (7) - красный и зеленый;

S (5) - красный и желтый;

S (4) - красный и красный. Если схема случайно окажется в состоянии 2(2) или 2(6), например при пуске, она путем безусловного перехода и по таймеру переводится в состояние 2(7). Этим двум дополнительным состояниям не соответствуют какие-либо

сигналы иа выходе. При разработке схемы следует использовать RS-грнг-геры .

У.4.4. На рис. У.4.4 приведен граф переходов для делителя частоты. Кратность деления равна 2. Если в схеме предусмотреть шесть состояний, то она может выполнять деление на 3, при восьми состояниях - на 4, при десяти- на 5 и т. д. Подобные схемы могут к тому же включаться каскадно. Спроектируйте схему делителя на 2.

Ж . . J

Сигнал v

от деши(рр- . ...

ООО уст-Ва 001 £Верх р

СПУСК ЛЛМЕДЛЕНИЕ

Останов

Рис. У.4.5. Граф переходов схемы управления лифтом.

У.4.5. Граф переходов на рис. У.4.5 отражает работу схемы управления лифтом.

Входные сигналы схемы

Название

Описание

Вызов из дешифратора Вверх и вниз LD viLU

Уровень

Останов, врем, задерк.

Сигнал с выхода дешифратора, анализирующего и запоминающего все поступающие вызовы Сигналы направления движения, поступающие из дешифратора

Сигналы приближения к очередному этажу. Эти сигналы от концевых выключателей могут блокироваться дешифратором

Сигнал от указателя необходимого положения пифта при остановке. Этот сигнал, определяемый выравниванием уровней полов лифта и этажа, может блокироваться дешифратором Сигнал удержания двери в открытом состоянии, (механизм временной задержки отключен)

) Блокировка имеет место, когда номер текущего этажа не равен номеру, поступившему в запросе с панели управления. - Прим. перев.

Спроектируйте схему управления работой лифта и изобразите ее, используя подходящую элементарную базу.

У.4.6. На рис. У.4.6 изображен граф переходов схемы управления кофейным автоматом.

*) На рис. У.4.3 символами х п х обозначена смена знаков выходной переменной генератора интерБалов времени. - Прим. перев.

BfiCM. задерж

/ООО Монета 001 РВС 011 P8S

100 PBS

СГАКАН КОФЕ

%РВС

101 рве

т /is

ого

КИПЯТОК

Спроектируйте схему управления работой этого автомата.

ГЛАВА 5

АСИНХРОННЫЕ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ НА МУЛЬТИПЛЕКСОРАХ

В гл. 4 описано проектирование асинхронных последовательностных схем на i?5-триггерах. Сигналы, поступающие на вход триггеров, вызывают смену их состояний, а обратная связь служит целям сохранения новых значений вторичных переменных. В гл. 3 обоснована необходимость наличия в поеледовательност-ных схемах цепи обратной связи.

В гл. 2 показано, как использовать при проектировании мультиплексоры и схемы среднего уровня интеграции (СИС) для достижения большей компактности схемных решений. Применяя мультиплексоры, легко обеспечить обратную связь; подключив выходной сигнал к селекторной шине. В данной главе рассматривается проектирование асинхронных последовательностных схем на мультиплексорах. Поскольку применение СИС вместо обычных интегральных схем позволяет достичь большей компактности схемных решений, то их использование обеспечивает значительную экономию компонентов схемы и сокращает число межкомпонентных связей.

5.1. ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПАМЯТИ

На рис. 5.1 приведена логическая схема, построенная на мультиплексоре 2X1. Обратная связь в этой схеме реализована соединением селекторной и выходной шин. Работу схемы можно проанализировать, используя матричную форму записи выполняемых мультиплексором операций: [оо, ai][2] =[/1- j

Рис. 5.1. Элемент памяти на мультиплексоре (f=A. 2=а),

Из таблицы истинности для этой схемы (табл. 5.1) следует, что при aoai = 00 и Z, равном О или 1, значение функции f на выходе равно 0. При aoai = 01 значение функции f равно О, если Z равно О, и равно 1, если Z=l. Если aoai = ll, то при любых значениях Z функция f=l.

Если aoai = 10, то при 2=0 функция /=1. Это приводит к новому значению Z=l, при котором /=0. Мультиплексор продолжает переходить из состояния О в 1 и обратно. Выходное значение мультиплексора оказывается в этом случае неопределенным. Таким образом, комбинация сигналов aoai = 10 на входах мультиплексора недопустима. Это подобно воздействию RS= = [11] на входе /?5-триггера. Как можно видеть, работа описанного мультиплексора 2x1 подобна работе 5-триггера с инвертированным значением сигнала Ci (сигнала сброса). Если на вход Ci сигнал подавать через инвертор, то таблица истинности такой схемы на основе мультиплексора будет полностью совпадать с таблицей истинности /?5-триггера.

S.2. ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ

До сих пор выходы схем обозначались через /, а селекторные линии мультиплексоров -через Z. Однако при анализе последовательностных схем для обозначения вторичных переменных принято пользоваться прописными буквами. Поэтому применительно к асинхронным последовательностным схемам на мультиплексорах воспользуемся прописными буквами для обозначения выводов ; выходных сигналов, а строчными буквами - для

Таблица 5.1

Таблица истинности для мультиплексора 2X1 с обратной связью

селекторных линий. При наличии в схемах обратной связи одна и та же переменная будет использоваться для обозначения функции на выходе (прописная буква) и сигнала на входе селекторной линии (строчная буква). Это согласуется со способом обозначения, принятым в гл. 3 при определении устойчивых состояний схемы. В соответствии с этими обозначениями прописными буквами обозначаются возбуждения, а строчными - значения вторичных переменных.

В предыдущем разделе приведена схема, в которой мультиплексор 2X1

х\У

Уз Уг У1 Уо

Hi Уе ys Vi Уз Уг Уг Уо

У

у

Рис 5.2. Схема на мультиплексорах с обратной связью по двум переменным.

Рис. 5.3. Схема на мультиплексорах с обратной связью по трем переменным.

выполняет функции /?5-триггера. Очевидно, что подобным образом можно создать триггеры различного типа. Однако оказывается, что мультиплексоры можно применять еще более эффективно. Пользуясь матрицами, можно записать равенство, описывающее преобразование значений некоторых двух пере-

менных в их новые значения:

Такое же равенство можно записать и для трех переменных:

На рис. 5.2 и 5.3 приведены соответствующие этим уравнениям схемы на мультиплексорах с обратной связью. Для правильного функционирования таких схем все мультиплексоры должны иметь примерно равные задержки. Поэтому для схем, охваченных обратной связью, должны выбираться однотипные мультиплексоры.

5.3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФОВ ПЕРЕХОДОВ МАТРИЧНЫМИ УРАВНЕНИЯМИ

Проектирование схем на мультиплексорах начинают, как и в других случаях, с графов переходов. При изображении графов переходов пользуются правилами, приведенными в разд. 4.1. Пример графа переходов в обобщенной форме дан на рис. 5.4. Здесь сигнал на входе ао, вызывающий переход из состояния

Рис. 5.4. Граф переходов с обобщенными входными переменными.

ZyZ=000 в состояние ZyZ=001, является обобщенной функцией на входе. Обобщенной функцией на входе является и входной сигнал ai, вызывающий переход из состояния ХУ2=001 в ZyZ=011. Аналогично обобщенными функциями, вызывающими смену значений вторичных переменных, являются входные сигналы аъ, 2, Об, ат, as и а^.

Функционирование схемы в соответствии с графом переходов на рис. 5.4 может быть описано матричным равенством для слу-

чая трех селекторных переменных и трехкомпонентной функции на выходе:

Задача сводится к нахождению матрицы [Л]. Ее элементы можно рассчитывать столбец за столбцом следующим образом:

1. Для каждого данного столбца укажите соответствующее ему состояние на графе переходов.

2. Определите, какие переменные не меняют своего значения при переходе из этого состояния в следующее. В качестве элементов столбца, соответствующих этим переменным, используйте значения переменных.

3. Переменной, значение которой меняется при переходе из данного состояния в следующее, присвойте значение входной переменной, приводящей к этому изменению, если имеет место изменение с О на 1, или величину, обратную этому значению, при изменении с 1 на 0.

Пусть столбец О матрицы {Л] соответствует состоянию xyz=Qf)Q на графе переходов (рис. 5.4). Из состояния xyz=QQQ совершается переход в состояние xz=001, причем значения х и у не меняются и равны 0. Поэтому на месте первого и второго элементов столбца О матрицы [Л] следует поместить нули. Значение z изменяется с О на 1. Поэтому на место переменной z следует поместить ао. Таким образом, полностью определенным оказывается первый (слева направо) столбец матрицы [Л]:

Переход из состояния xyz=001 в состояние ОН будет отображаться элементами следующего столбца (с номером 1) матрицы [Л]. При этом переходе переменная х сохраняет нулевое значение, а переменная z - единичное значение. Значение переменной у меняется с О на 1; поэтому на ее место следует поместить переменную ai. В результате оказываются известными уже два столбца матрицы [Л]:

О О

О Й!

Состоянием, соответствующим столбцу 2 на графе переходов (рис. 5.4), является ,xi/2=010. Элементы этого столбца должны