Синтез цифрового автомата (стр. 4 из 5)
По таблице функционирования комбинационного узла цифрового автомата составим аналитические выражения в СДНФ для выходных сигналов
, а также сигналов управления триггерами 
. СДНФ функции представляет собой дизъюнкцию элементарных конъюнкций.Выходной сигнал
должен быть сформирован, если автомат находится в состоянии 
, или в 
, или в 
, или 
, или 
, или 
, или в состоянии 
и признак 
= 1, или в состоянии 
и признак 
= 0. Аналогично записываются функции для остальных выходных сигналов и сигналов управления триггерами.  | (5) |
 | (6) |
 | (7) |
 | (8) |
 | (9) |
 | (10) |
 | (11) |
 | (12) |
 | (13) |
 | (14) |
 | (15) |
Формулы (8), (13), (14) и (15) были упрощены с помощью закона склеивания. Используя законы двойного отрицания и формулы де Моргана, исходные выражения из базиса И, ИЛИ, НЕ преобразуем в базис И, НЕ.
 , | (16) |
 . | (17) |
Остальные формулы преобразуются аналогично.
4. Выбор микросхем, их учет и расчет мощности, потребляемой цифровым автоматом
Комбинационными схемами (далее – КС) называют логические схемы, у которых значения выходных сигналов полностью определяются входными в любой момент времени. Любую КС можно представить в виде схемы из базисных логических функций, например, в булевом базисе. Далее будут рассмотрены примеры синтеза типовых КС из логических элементов (ЛЭ).
В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностями выпускается широкий ассортимент интегральных микросхем (ИМС), реализующих стандартные КС: дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры и пр. Применение ИМС позволяет значительно сократить затраты и время на проектирование цифровых схем по сравнению с проектированием на ЛЭ.
Следует отметить, что микросхемы различных серий, имеющие одинаковые названия, имеют одинаковые функциональное назначение, логику работы и расположение выводов (из этого правила существуют редкие исключения).
В ряду ИМС технологий ТТЛ и ТТЛШ это серии 130, 131, 133, 134, 136, 155, 158, 530, 531, 533, 555, 1530, КР1530, 1531, КР1531, 1533 и КР1533. То есть, если известно функционирование ИМС, например, 155КП7, то аналогично работают ИМС 533КП7, 1533КП7 и т.д. (если они имеются в составе этих серий).
Следует иметь в виду, что одинаковой будет у этих ИМС лишь таблица истинности, т.е. логика работы, другие же параметры (быстродействие, потребляемая мощность, входные и выходные токи и т.д.) будут другими.
Из полученных расчётов можно сказать что наиболее удобно использовать следующие микросхемы: К555ЛА1, К555ЛА2, К555ЛАЗ, К555ЛА4, К555ИД6, К555ТМ8. Микросхема К555ЛН1, изображенная на рисунке. 6, содержит шесть логических элемента НЕ и является одной из самых распространенных в цифровой схемотехнике.
Рисунок 6. Условно графическое обозначение К555ЛН1
Микросхема К555ЛАЗ, изображенная на рисунок 7, содержит 4ЛЭ 2И-НЕ. Принцип работы этой микросхемы аналогичен с элементами К555ЛА4, К555ЛА2, К555ЛА1.
 |
Рисунок 7. Условно графическое обозначение К555ЛАЗ
Микросхема К555ЛА2 изображенная на рисунок 8, имеет 1ЛЭ 8И-НЕ.
Рисунок 8. Условно графическое обозначение К555ЛА2
Микросхема К555ИД3 представляет собой двоично-шестнадцатеричный дешифратор, у которого 4 входа и 16 выходов. Он образует лишь на одном из выходов сигнал низкого уровня, а на остальных высокого. Эта микросхема может дешифровать числа от 0 до 15, т.е. от состояния а0 до состояния а13, остальные выходы не используются.
Рисунок 9. Условно графическое обозначение К555ИД3
Микросхема К555ТМ8 представляет собой 4 Д – триггера с инверсными и прямыми входами, и вход К – установка в 0. Этот вход инверсный, и поэтому в рабочем состоянии необходимо поддерживать на входе логическую 1. Входы ^ – информационные. Вход С – прямой динамический, то есть переключение происходит при изменении синхросигнала с нулевого на единичное значение. Схема дешифратора необходима для того, чтобы преобразовать информацию с выходов триггеров в значение состояния а. Т.к. выходы инверсные, то соответственно полученные состояния а, на выходе будет формироваться логический 0. То есть выход Q0соответствует D0, Q1 ®D1, Q2®D2, Q®D3.
Таблица 5. Таблица истинности микросхемы К555ТМ8
| Входы | Выходы | |||
| С | К | ^ | 5 | 9 |
| 0 | 1 | X | 0 | 0 |
| __/----- | 1 | 1 | 1 | 0 |
| __/---- | 1 | 0 | 0 | 1 |
| X | 0 | X | 0 | 1 |
Рисунок 10. Условно графическое обозначение К555ТМ8
По таблице 5 видим, что для записи 0 на В вход нужно подавать 0, для 1 подавать 1. Если на вход К подать сигнал 0 то триггер сохранит предыдущее состояние. Если синхросигнал равен 0, то триггер примет исходное состояние. Если на вход синхронизации будет подан сигнал по фронту, то на выходе триггера установиться состояние, которое было подано на информационный вход.
Дадим характеристики токов, напряжений и мощности микросхем и рассчитаем общую мощность данной микросхемы. Параметры и характеристики даны в таблице.
Таблица 6. Таблица микросхем для построения ЦА
| № по порядку | Тип микросхемы | Номера микросхем | Кол-во лог. элем. | Кол-во микросхем | Примечание |
| 1 | К555ТМ8 | DD1 | 4 | 1 | Синхр. Д-триггер |
| 2 | К555ИД3 | DD2 | 1 | 1 | Дешифратор 4x16 |
| 3 | К555ЛН1 | DD3-DD6 | 6 | 4 | 6 ЛЭ Не |
| 4 | К555ЛАЗ | DD7-DD9 | 4 | 3 | 4 ЛЭ 2И-Не |
| 5 | К555ЛА2 | DD10-DD20 | 11 | 11 | 1 ЛЭ 8И-Не |
Таблица 7. Электрические параметры микросхем.
| Тип микросхем | u0,B | u1,B | I°nomuA | Ilnom,MA | Inom,MA | Pnno мВт | Pnom. общ, мВт |
| К555ТМ8 | <0,5 | >2,7 | <0,4 | <20 | <18 | 94,4 | 94,4 |
| К5553ИД3 | <0,5 | >2,7 | <0,4 | <20 | <13 | 68,2 | 68,2 |
| К555ЛН1 | <0,5 | >2,7 | <2,2 | <0,8 | <1,5 | 7,88 | 31,52 |
| К555ЛАЗ | <0,5 | >2,7 | <4,4 | <1,6 | <3 | 15,75 | 47,25 |
| К555ЛА2 | <0,5 | >2,7 | <у | <0,5 | <0,8 | 4,2 | 46,2 |
| Итог потребляемой мощности ЦА | 287,57 |
Вывод: Рпот. общ. 287,57 мВт
Для проверки работы схемы цифрового автомата выполнен переход управляющего устройства. Проверка показывала, что схема цифрового автомата работает в соответствии с заданным алгоритмом.
5. Исследование цифрового автомата на переходе
Для проверки работы схемы цифрового автомата ВЫПОЛНЯЮ переход управляющего устройства из состояния а5 в состояние а6, которое происходит при наличии признака х3=0. В процессе этого перехода управляющее устройство должно сформировать на выходах у следующие уровни: y1=0, у2=0, у3=О, у4=1, у5=1, у6=0, у7=0. Так как новое состояние управляющего устройства й6 было закодировано через состояние триггеров 10000, то на входах триггеров должны быть сформированы следующие уровни: D4=1, D3=0, D2=0, D1=0.