отображать переход из состояния xyz=OlO в состояние xyz= = 110. При этом переходе значение у не меняется, оставаясь равным 1; значение z также не меняется и остается равным 0; значение же X меняется с О на 1, и поэтому на место этой переменной в столбце 2 следует поместить аг. Для столбца 3, т. е. для перехода из xyz=Oll в xyz=OlO, х и у не меняются, оставаясь равными О и 1 соответственно, а z изменяется с 1 на 0. Этот переход противоположен ранее рассмотренному. Чтобы результирующая операция была эквивалентна сбросу , описанному в разд. 5.1, необходимо использовать инвертированное значение входной переменной. Поэтому z заменяется инвертированным значением соответствующей входной переменной, т. е. переменной Яз.

Столбец 4 отражает переход из состояния xyz=lOO в состояние xyz=000, причем у и z сохраняют свои нулевые значения, а значение х меняется с 1 на О Поэтому вместо этой переменной в столбец 4 должно быть помещено ai. Столбец 5 отображает переход из xyz=lOl в xyz=lOO. При этом х не изменяется, будучи равным 1; i/ не меняется, оставаясь равным О, а вначение z изменяется с 1 на 0. Поэтому на место соответствующего элемента столбца следует поместить инвертированное значение входной переменной, т. е. as. Аналогично столбец 6 отражает переход из xyz= 110 в xyz=lU, х и у не меняют свои единичные значения, а z изменяется с О на 1. В соответствующий элемент столбца помещается се. Наконец, в столбце 7 xyz= 111. При этом имеет место переход в состояние xyz=101. Значения х и z неизменны и равны 1, а значение у меняется с 1 на 0. Это отражается переменной с^. Теперь матрица [А] оказывается полностью определенной и уравнение может быть записано в виде

О О О 4 1 1 1 О Ci 1 1 О О 1 Hj

а„ 1 О Яд О С5 Ов 1 .

Заметим, что вторичная переменная х полностью описывается элементами первой строки матрицы [Л]. Ее значение устанавливается равным 1 сигналом Сг столбца 2. Это значение сохраняется неизменным при переходах в состояния, соответствующие столбцам 5, 6 и 7. Сигнал а4 сбрасывает это установленное значение х (делая его равным 0). Нулевое значение переменной x сохраняется при переходах, соответствующих столбцам О, 1 и 3.

Заключительным шагом проектирования является замена обобщенных переменных Со, а\. Сг, Яз, а^, as, Яе и а? соответст-

вующими исходными переменными, вызывающими фактическую смену состояний. Конкретный пример проектирования асинхронной последовательностной схемы на мультиплексорах рассмотрен в следующем разделе.

5.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛЬНОГО

НУМЕРАТОРА НА МУЛЬТИПЛЕКСОРАХ

На рис. 4.1 изображен граф переходов для схемы сигнального нумератора. В гл. 4 описано проектирование этой схемы при использовании /?5-триггеров. Рассмотрим проектирование нумератора на мультиплексорах.

Прежде всего для заданного графа переходов запишем матричное уравнение

[Ч

в

Поскольку одна из компонент функции на выходе обозначена через Л, а соответствующая селекторная переменная - через а, то для обозначения входной матрицы здесь введен новый символ Я. Согласно рис. 4.1, схема переходит из состояния в состояние в следующей последовательности: ЛБ=00, 01, 11, 10. Пусть столбец О матрицы % соответствует состоянию ЛБ = 00, из которого схема переходит в состояние ЛВ=01, причем значение переменной Л сохраняется, а значение В меняется с О на 1. Это может быть отображено столбцом матрицы

Из следующего состояния ЛБ=01 схема переходит в состояние ЛБ=11. При этом меняется значение переменной Л, а значение переменной В сохраняется неизменным. Поэтому столбец 1 матрицы Я должен иметь вид

Столбец 2 соответствует состоянию ЛБ=10, из которого система переходит в состояние ЛБ=00. Значение переменной Л меняется с 1 на О, а значение В остается неизменным. Соответствующий столбец матрицы Я имеет вид

где знак инверсии обозначает сброс (приравнивание нулю) переменной Л, ранее установленной в единичное состояние,-

Последний столбец матрицы входных сигналов, столбец 3, соответствует состоянию АВ = 11, из которого система переходит в состояние ЛВ=10. При этом значение переменной А неизменно, а переменная В меняется с 1 на О (сброс ранее установленного единичного значения). Поэтому последний столбец матрицы % имеет вид

Л.

Матричное уравнение, описывающее работу схемы, может быть теперь записано как

Переменные %, входящие в это уравнение, могут быть заменены следующими переменными: ко=К Я,1=а„, А,2=а„, ?1,з=/г. Отсюда 2=ап, & Ks. = h. В результате уравнение принимает вид

h I О h

Логическая схема сигнального нумератора на мультиплексорах приведена на рис. 5.5. Выходы А я В подключены к селекторным щинам а и Ь и замыкают цепь обратной связи. Первая строка входной матрицы содержит входные сигналы мультиплексора Л, а именно ао=0, ai=a , 2=0 аз=1. Входные сигналы мультиплексора В перечислены во второй строке той же матри-

h-О-Г-/1-

в

d, 503

\-Ada

В

Рис. 5.5. Логическая схема сигнального нумератора на мультиплексорах.

цы: bo=h, fci = l, &2=0, bz=h. Сигнальный нумератор может быть, выполнен на одном кристалле с двумя мультиплексорами 4X1... Такие схемы сдвоенных мультиплексоров выпускаются с двумя, селекторными линиями. Если имеется в распоряжении сигнал, k - периодический, импульсный со значениями О и 1 (сигнал от тактового генератора), то значения на выходе сигнального нумератора могут быть получены, если воспользоваться двумя; объединенными 4Х 1-мультиплексорами 503 и 504 (рис. 5.5).. Расчет этой части схемы следует выполнять так, как описано гл. 2.

5.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАТРИЦЫ ВХОДНЫХ

СИГНАЛОВ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ И ОСТАНОВОМ

На основании изложенного выше с помощью мультиплексоров* можно спроектировать схему управления турбиной (см. рис. 4.6). Прежде всего необходимо определить матрицу входных сигналов [К]. Поскольку подобная задача рассмотрена ш предыдущем, разделе, некоторые подробности объяснения ее-решения будут опущены. Столбец 1 отражает переход схемы иа состояния ABCD=QQQQ в состояние ЛВСЛ=0001. Поскольку пр№ этом изменяется значение переменной D, то в качестве последнего элемента столбца О записывается Хо.

-О О О

Столбец 1 соответствует переходу из состояния ABCD=QQO\ ю состояние ЛBCD=0011, что сопровождается изменением значения переменной С. Следствием этого является запись Я в качестве третьего элемента этого столбца. В результате этот столбещ имеет вид

О-

О

Столбец 2 отражает переход из состояния ЛВСЛ=0010 в состояние ABCD=OnO. Изменяется состояние переменной В, ъ ъ ре-

зультате второй элемент столбца Яг-

О

Переход из состояния ABCD = 00ll в состояние ABCD=0010 представлен столбцом 3. Изменение претерпевает переменная D, значение которой, ранее установленное в 1, сбрасывается (приравнивается нулю). Поэтому данный столбец имеет следующий вид:

Столбец 4 соответствует переходу из состояния ABCD=0100 в ABCD=0000. Здесь имеет место сброс переменной В. Поэтому столбец записывается в виде

К о

Столбец 5 связан с переходом ABCD=Om в ЛВСЛ = 1101. При этом переменной А, которой соответствует первый элемент столбца К, присваивается единичное значение. Этот столбец -имеет вид

К 1 о 1.

Столбец 6 соответствует сразу двум переходам: из ЛВС£)=0110 в ABCD=01U и ABCD =1110. Переход из ABCD=QllO в ABCD = lllO означает, что переменной Л присваивается единичное значение. Поэтому первым элементом этого столбца является КвА. Переход из состояния ABCD = OUO в состояние ABCD= = 0111 тоже связан с установкой единичного значения переменной и должен быть отражен записью в столбец элемента Хео.

В результате этот столбец принимает вид

Продолжая таким образом, можно построить всю матрицу:

О О О О О Я,5 \л О 111 1 1 1 О О 2 О Я4 1 1 1 Яв О О О 1 1 О 1 1 О О 1 О О 1 %..о о 1

к.

15л

1 о Яз о 1 1 О 7,9 1 О 1

Из графа переходов следует, что

\=Пуск

li = CKOp. 5%

%=Темп.

% = Глаен. закр. Вспом. откр.

i, = Als

?1,12=Вспол . закр..

КА~Н.-Откр. XgoB.-Откр. 7 = Вспом. закр.

--Останов.

71 = Врем, задерж.

КъА = -

В соответствии с этим могут быть представлены и инвертированные переменные:

Яд = Темп.

4 = 0.

Л, = Вспом. закр. Яд=Вспом. откр. Яц = АЬ

12=Вспом. закр. 13= Останов.

На рис. 5.6 представлена соответствующая логическая схема> выполненная на мультиплексорах. В целях представления проектируемой схемы в заверщенном виде на рис. 5.7 приведена схема демультиплексора, описываемая картой Карно на рис. 4.9

Вспом. закр.

Mr Откр. -А5М -

Останоб.-

.ГлаВн. закр-

/iSM-

10 SOS

о3 at

abed

7 be bs

abed

гРис. 5.6. Логическая схема управления пуском и остановом.

л 1S-

.Be пом.-.закр.

4s

£i(Op.S%-

abed

Врем- задерж.

Вспом. откр Г

Ш-Откр. -

, Гемп.

-4,2

В

%ск

о

abed

выполненная на мультиплексорах.

Вход разрешающего сигнала

наруш. реэкмма.ВКЛ, -доп. масл- насос

V откр. гл. клапан

Sfoy-нл 100%

~51?У-ЗАКР. ВСПОМ,

-АВАРИЯ

откр. bcnomv -закр. главн;

закр. вспом.

откр. гл. клапав на 30% откр.- гл. клапан на 50%

- вкл. масл. -насос

-\ ОТКР. гл. КЛАПАН-

f >-НА 15%

-1ту-КРАБ. сосг.

abed

Рис. 5.7. Схема на демультиплексоре для получения выходных сигналов управления пуском и остановом.

На рис. 5.6 и 5.7 не изображены линии обратных связей с выходов четырех мультиплексоров и демультиплексора к их селекторным входам; существование этих связей подразумевается. Как видно из рис. 5.6, проектируемая схема компактна, может быть создана на малом числе кристаллов с относительно простой схемой соединений между их выводами.,.

5.6. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ АСИНХРОННЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМ

Б данной главе рассмотрена новая методика проектирования асинхронных последовательностных схем. С ее помощью упрощается проектирование самых разнообразных последовательностных схем. Для проектирования типовых последовательностных схем, управляемых событиями, описанная методика не требует никаких дополнений, поскольку входящие в состав мультиплексоров (и, следовательно, в цепи обратной связи) инверторы на входах селекторных линий обеспечивают временные задержки, необходимые для устойчивости. В случаях же когда сигналы поступают с большой частотой, для предотвращения возбуждений и уменьшения влияния переходных процессов необходим дополнительный запас устойчивости схемы. Этого, очевидно, можно добиться как включением дополнительных вентилей в цепи обратной связи для увеличения задержек, так и подключением резисторов и конденсаторов для большего демпфирования схемы. Обычно настоятельно рекомендуют все выходы мультиплексора нагружать демпфирующим конденсатором емкостью порядка 0,01 мкФ. Синхронные последовательностные схемы, как правило, не нуждаются в дополнительном демпфировании, хотя их надежность может быть увеличена простым емкостным шунтированием линий синхросигналов. Тактирование схемы по существу увеличивает длительность задержки в цепи обратной связи и гасит паразитные автоколебания за счет стробирования сигналов. Проектирование синхронных последовательностных схем рассматривается в гл. 6 и 7.

5.7. УПРАЖНЕНИЯ

У.5.1. Спроектируйте на основе мультиплексоров схему управления светофором, используя граф переходов на рис. У.5.1.

У.5.2. Семь лампочек расположены на панелн в позициях, соответствующих меткам (точкам) на каждой стороне игральной кости. При нажатии кнопки k замыкается входная цепь, и схема циклически проходит через шесть возможных состояний, отвечающих выпадению отдельных сторон кубика. В момент, когда кнопка отпускается, схема фиксирует имевшую место в этот момент конкретную комбинацию светящихся лампочек. Спроектируйте схему этого устройства на основе мультиплексоров (рис. У.5.2).

У.5.3. Разработайте интерфейс для мини-ЭВМ. Работа таких интерфейсов -обычно синхронизируется генератором тактовых импульсов. Однако иногда необходимо построение интерфейса для асинхронного режима работы. Одним из примеров является согласование устройств, выполняющих операции с разной скоростью. Процессоры мини-ЭВМ отличаются высокой производительностью и сравнительно низкой стоимостью, и поэтому нет необходимости особенно дорожить их ресурсами. В проивоположность этому внешние уст^эой- тва (ВУ), с которыми процессорам приходится обмениваться информацией.