Разработайте эти схемы, пользуясь методом проектирования схем типа П.

У.6.8. Работа еще одного интерфейса, который может быть программно настроен на различные режимы, представляется с помощью графа переходов, изображенного на рис. У.6.8.

Интерфейс может быть запрограммирован на работу в режимах О, 1 или 2. а также на ввод или вывод информации. В данном упражнении рассмат-

KL 00

тпр

Ю тпр

<> -

ООО т2 001/ ibf 011 о-

ООО mZ 001 kl

к I 010

в

obf 110

Рис. У.6.9. Управление вводом-выводом в режиме 2.

а - исполнительная схема ввода-вывода; б - схема ввода; в - схема вывода.

ривается только ввод и вывод в режиме 1. Режим 1 обеспечивает прямой квитируемый обмен информацией с возможностью задания операции ввода или вывода [31].

Граф переходов исполнительной схемы выбора режима приведен на рис. У.6.8, а. Высокий уровень бита D7 свидетельствует о задании режима. Биты 1>6 и ВЪ служат для указания выбираемого режима в соответствии с таблицей.

Граф переходов исполнительной схемы ввода-вывода показан на рис. У.6.8, б. При высоком уровне бита £ 4 задается ввод данных, а при низком - вывод.

Граф переходов схемы управления вводом в режиме I приведм на рис. У.6.8, е. Исполнительная схема вызывает переход в состояние UE¥= =001. Входным сигналом Строб (stb) загружаются вводимые данные. Он является запросом на обслуживание со стороны периферийного устройства. Входной сигнал Входной буфер полон {ibf) указывает, что данные загружены. Он является сигналом подтверждения ввода для периферийного устрой-

ства. Сигналы stb и ibf могут появляться в любом порядке и вызывают переход в состояние DEF=\(Xi или 111, когда вырабатывается сигнал прерывания (ПРЕРЫВ). Если бит £>3 имеет высокий уровень, то по команде Чтение (rd) схема интерфейса переходит в состояние DEF=001, в котором сигнал прерывания приобретает низкий уровень (ПРЕРЫВ).

Граф переходов схемы управления выводом в режиме 1 показан на рис. У.6.8, г. Исполнительная схема переходит в состояние GHJ=00l, когда подается сигнал прерывания INTR. Если бит D3 имеет низкий уровень, то по команде Запись {wr) интерфейс переходит в состояние ОЯ/=101, влекущее за собой низкий уровень сигнала прерывания INTR. Входной сигнал Буфер вывода полон (obf) свидетельствует о наличии данных для периферийного устройства. Он является запросом на обслуживание со стороны периферийного устройства. Сигналы obf и ack вызывают возврат схемы в состояние СЯ/=001.

Постройте тактируемую схему, соответствующую графам переходов на рис. У.6.8, виг, пользуясь методом синтеза схем типа II.

У.6.9. Интерфейс, описанный в упражнении У.6.8, может быть запрограммирован на работу в режиме 2. В этом режиме интерфейс может осуществлять и ввод, и вывод информации. Для перевода интерфейса в режим 2 служит исполнительная схема, показанная на рис. У.6.8,а.

Чтобы обеспечить выработку интерфейсом сигналов прерывания при каждом поступлении команды Чтение или Запись, его функционирование организовано в соответствии с графом переходов, показанным на рис. У.6.9, а.

Интерфейс подготовлен к выводу информации, когда исполнительная схема режима пребывает в режиме 2, а исполнительная схема ввода-вывода-в состоянии KL=00. Через состояния ООО и 001 происходит переход в состояние Q/?S=011. В этом состоянии вырабатывается сигнал прерывания INTR. Команда Запись (wr) вызывает переход в состояние QRS=lll. Сигнал прерывания сбрасывается (т. е. приобретает значение INTR), сигнал qrs вызывает переход исполнительной схемы ввода-вывода в состояние KL- = 11. Входные сигналы obf и ack (описанные в упражнении У.6.8) определяют переход в состояние QRS=0Ol или 010, когда схема вывода ожидает информации от схемы ввода.

Схема ввода переходит в состояние MNP=00l по сигналу режима 2 (т2) от исполнительной схемы. Сигнал прерывания сбрасывается (приобре тает значение INTR). Входные сигналы ibf и stb вызывают переход на графе переходов схемы ввода. Если исполнительная схема ввода-вывода пребывает в состоянии KL, то происходит переход в состояние MNP=llO. Вырабатывается сигнал прерывания INTR, а сигнал тпр вызывает переход исполнительной схемы ввода-вывода в состояние KL=10. По команде Чтение (rd) выполняется переход в состояние AfiVP=001. Сигнал прерывания сбрасывается (приобретает значение INTR); кроме того, по сигналу тпр происходит переход исполнительной схемы в состояние KL=00.

Спроектируйте описанную схему.

ГЛАВА 7

СЧЕТЧИКИ, МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРЫ В ТАКТИРУЕМЫХ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМАХ

В гл. 6 рассмотрены два основных метода проектирования и реализации импульсных последовательностных схем на /К-триг-герах. Метод проектирования схем типа I применяется в тех случаях, когда в схеме используется одна входная переменная, а метод типа II может быть применен, когда таких переменных несколько. Схемы типа I, называемые одновходовыми схемами, очень хорошо известны, и в настоящее время в продаже имеется большое количество СИС, функциональная организация которых соответствует этому типу схем. Поэтому представляется целесообразным разработать методы использования схем типа I в качестве составных частей схем типа II. Очевидно, что подобное применение микросхем является предпосылкой значительной экономии оборудования. В настоящей главе предполагается сформулировать метод построения многовходовых тактируемых последовательностных схем (схем типа II) с использованием одновходовых устройств (схем типа I) [9, 10, 17].

7.1. СЧЕТЧИКИ КАК ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Общее требование к последовательностным схемам заключается в необходимости представления состояний посредством вторичных переменных. Будучи спроектирован как последовательностная схема, счетчик создает предпосылки для естественного представления состояний и обеспечивает компактность процесса функционального проектирования.

Типичный синхронный счетчик, поставляемый в виде одной СИС, показан на рис. 7.1. Его выходы обозначены как А, В, С и D. Основным входом схемы является линия разрешения. Когда на ней высокий уровень, выполняется обычный подсчет импульсов, поступающих по линии тактовых сигналов. В общем случае счетчик имеет дополнительный выход, называемый переносом , сигнал на котором приобретает высокий уровень, когда, например, ABCD = l\l\. Для повышения универсальности схема обычно снабжается линией загрузки и соответствующими входными линиями. Возможность загрузки используется следу-

ющим Образом. Счетчики обычно предназначены для счета от О до 9 (двоично-десятичные) или от О до 15 (двоичные). Однако любой счетчик может быть легко модифицирован. Если, например, двоично-десятичный счетчик предполагается использовать так, чтобы он считал до 8, то для этого достаточно соединить линии загрузки и переноса. Соответствующие загрузочные входы коммутируются таким образом, что ai6icicf,=0010. Когда содержимое счетчика достигает 9, линия переноса подает сиг-

А в с D

(Гвренос

Загрузка

а, Ь, Cf df

Рис. 7.1. Типичный кристалл СИС-счетчика.

Тактовые

импульсы

Разрешение

нал в линию загрузки и в счетчик загружается значение 2(a,fciCirfi=0010). Последующие тактовые сигналы заставляют счетчик проходить состояния не от О до 9, а лишь от 2 до 9, в результате чего происходит счет по модулю 8, а не по модулю 10. Этим приемом схема счетчика может быть модифицирована таким образом, чтобы происходил пересчет любого числа тактовых импульсов, меньшего, чем максимальная емкость счетчика.

Данный подход можно использовать для проектирования последовательностных схем. При наличии разрешающего сигнала счетчик функционирует обычным образом. По сигналу загрузки через входные контакты может быть загружена любая величина, в ответ на которую счетчик порождает на выходе соответствующий сигнал. Таким образом, счетчик можно заставить переходить из состояния в состояние либо согласно обычной двоичной последовательности, либо после накопления некоторого числа входных сигналов, определяемого внесенными в счетчик модификациями (петли обратной связи).

7.2. СТАНДАРТНАЯ СИС ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ

ТАКТИРУЕМЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ СХЕМ

На рис. 7.2 показана многовходовая последовательностная схема с использованием СИС-компонентов. Базовым синхронным устройством является счетчик 702. Существенно, чтобы в данном случае не использовались счетчики со сквозным переносом.

Разрешение

Загрузка

Демультиплексор 705

ТактоВые импульсы

Разрешение

abed

abed

Рис. 7.2. Последовательностная схема на СИС-компонентах со многими входами.

Прерывание

Помер

/ООО^унхцииОО! Пусн\£Ю У

ОЖИДАНИЕ ВНИМАНИЕ НЕАКТИВЕН

завершен

НЕАКТИВЕН У полон/лист

Рис. 7.3. Применение счетчика для реализации диаграммы состояний обобщенного интерфейса.

случае рекомендуется использовать счетчики, снабженные входным контактом синхронной загрузки. Контакты входных сигналов Сь Ьь ci и с?1 соединяются с комбинационной схемой для ввода необходимого конечного состояния. Демультиплексор 705 принимает состояния от счетчика на свои задающие линии и передает сигнал на соответствующие выходы. Выход счетчика также должен быть соединен с задающими линиями мультиплексоров. Наличие этих связей, не показанных на схеме, всегда подразумевается.

7.3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФОВ ПЕРЕХОДОВ Т j

СХЕМ В ВИДЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

СОСТОЯНИЙ,СЧЕТЧИКОВ i

Обобщенная схема интерфейса, рассмотренного в гл. 6, представлена на рис. 7.3 в виде графа переходов, учитывающего особенности проектирования схемы на основе СИС. Нормальная очередность состояний, отражаемых этим графом, соответствует двоичной последовательности на входе. Входные линии, сигналы которых определяют нормальную или так называемую двоичную последовательность состояний, называются входами

При наличии тактовых сигналов и сигнала разрешения, поступающего с мультиплексора приращения 703, состояния счетчика меняются под воздействием обычной нарастающей двоичной последовательности. Для этого мультиплексор приращения осуществляет совместную обработку сигналов требуемого состояния (задающих линий) и соответствующих входных сигналов. Мультиплексор обратной связи 704 служит для выделения вторичных и первичных (входных) переменных, при наличии которых состояния счетчика должны меняться не так, как под воздействием обычной двоичной последовательности. В данном

АБС

Вход мини

приращения. Входные линии, сигналы которых вызывают изменение состояний в недвоичной последовательности, называются входами обратной связи. Так, например, переход из состояния ЛВС=000 в состояние 001 является двоичным переходом, который определяется входным сигналом от мультиплексора при-ращения. Двоичным является переход из ЛВС=001 в 010. Все входные сигналы, определяющие последовательность состояний АВС=Ш, 001, 010, 011, 100, 101, 110, поступают от мульти-

Цик/г завершен ~

Активен -

*Преры6ание Номер

(рункции

Му/гьта-плексор приращения

РАЗРЕШЕНИЕ НА СЧЕТЧИК

IEV-

а Ь С

Рис. 7.4. Внешние связи мультиплексора приращения.

Разрешение насчет чикЛ

плексора приращения. Переход из ЛВС=000 в 011 происходит не в двоичной последовательности, и, следовательно, причиной его является входной сигнал обратной связи, который должен поступать от мультиплексора обратной связи. Не являются также двоичными переходы из АВС=\\0 в 100 и из ЛВС=100 в ООО, инициирование которых является задачей мультиплексора обратной связи.

Мультиплексор приращения показан на рис. 7.4. Его связи определены на основе графа переходов путем решения следующего уравнения, описывающего работу данного мультиплексора:

а

Матрица входных сигналов \Е\ строится следующим образом.

Для столбца о, соответствующего ЛВС=000, входная линия, сигнал по которой вызывает переход из данного состояния, обозначена Номер функции (Fn No). Это столбец О или вход во. Для столбца 1, соответствующего состоянию ЛВС=001, входной сигнал, вызывающий переход из этого состояния, обозначен как Пуск-ПрерываниеЛакии образом, Пуск-{-Прерывание образует столбец 1, или входной сигнал еь Аналогично для состояния ЛВС=010 входным сигналом, вызывающим переход

Рис. 7.5. Внешние связи мультиплексора обратной связи.

из него, является 1, образующая столбец 2, т. е. входной сигнал 62- Входным сигналом, вызывающим переход из состояния АВС=0\\, является сигнал Активен. Таким образом, столбец 3, т. е. входной сигнал ез, формируется сигналом Активен. Для ЛВС=100 переход вызывается сигналом TjR, и, значит, TjR образует столбец 4, т. е. 64, в матрице входных сигналов )[£].

Аналогично переход из состояния АВС=\0\ происходит под действием сигнала Цикл завершен. Этот сигнал составляет столбец 5, т. е. ее, в матрице входных сигналов. Из АВС =110 не должно быть перехода в ABC=IU. Это означает, что после АВС =110 содержимое счетчика не имеет приращения, и входным сигналом в столбце 6, т. е. ее, матрицы [Е] является 0. ЛВС=111 на диаграмме состояний отсутствует. Однако целесообразно иметь естественный переход из состояния 7 {АВС= = 111) в состояние ожидания ЛВС=000. Поэтому в столбец 7, т. е. 67, матрицы входных сигналов записывается 1.

Мультиплексор обратной связи показан на рнс. 7.5. Его функционирование описывается следующим уравнением:

= ILM].

Анализ графа переходов показывает, что матрица входных сигналов [L] данного мультиплексора может быть сформирована следующим образом. Необходимо обеспечить переход из состояния АВС=000 в 011. Входным сигналом, инициирующим этот переход, является Вход мини. Так как он должен вызывать переход из состояния ЛВС=000, линия Вход мини соединяется с контактом to. При использовании обратной связи из Л6С=001 перехода нет, поэтому /j=0. Нет перехода и из состояния АВС= =010, следовательно, /2 = 0. По той же причине /з=0. Однако при наличии входного сигнала Неактивен имеет место переход из ЛВС= 100 в ЛВС = 000. Следовательно, с контактом U мультиплексора обратной связи должна быть соединена линия Неактивен. При использовании обратной связи из состояния ЛВС= 101 переходов не происходит, поэтому /5=0. Из состоя-

Рис. 7.6. Карта Карно для построения схемы демультиплексора.

НИН же ЛВС= 110 происходит переход в состояние 100 при наличии единичного входного сигнала. Следовательно, входным сигналом для U является 1.

Состояние ЛВС= 111 на графе переходов не показано. Однако, согласно описанной выше работе мультиплексора приращения, переход из этого состояния в состояние ООО имеет место. При работе мультиплексора обратной связи такой переход нежелателен, и поэтому входной сигнал /7=0.

Схема демультиплексора строится в соответствии с картой Карно, приведенной на рис. 7.6. В клетках этой таблицы указаны необходимые выходные сигналы. Внешние связи демуль-

Разрешение

У-полон/паст

цикл

у-неактивен

>

-внимание

а b с

Рис. 7.7. Схема демультиплексора для обобщенного интерфейса.

типлексора показаны на рис. 7.7. На рис. 7.8 приведена таблица, в соответствии с которой строится комбинационная схема, предназначенная для загрузки счетчика по линиям а\, Ъх и с\. Согласно схеме демультиплексора обратной связи (рис. 7.5), счетчик должен быть приведен в состояния, соответствующие входным сигналам /о, 4, h- Состояния записаны в клетках таб-

Рис. 7.S. Карта Карно для определения значений сигналов линий загрузки.

лицы, соответствующих указанным входам. Состояния определяются в каждом случае по графу переходов. Для /о состоянием перехода при наличии цепи обратной связи является АВС= =011. Значит, в клетку АВС=000 записывается состояние ЛВС=011. Аналогично для входного сигнала h в клетку АВС= = 100 записывается состояние ООО. Для клетки карты Карно АВС=110 состоянием перехода является 100. Поэтому в клетку АВС=\10 заносится значение 100. На этом завершается регистрация в таблице переходов в соответствии со схемой мультиплексора обратной связи (рис. 7.5). Все остальные клетки таблицы отмечаются знаком безразличного состояния. Таким образом, карта Карно становится таблицей значений входных сигналов 1, Ьи Си В соответствии с этой таблицей логические