Искусство схемотехники. Том 2 (Изд.4-е) - Хоровиц Пауль (читать книги бесплатно полностью без регистрации .txt) 📗
Языки ABEL и CUPL. PALASM — помощник, но серьезному пользователю ПМЛ необходимо большее. Языки логического программирования высокого уровня подобно языкам ABEL (фирмы Data I/O) и CUPL (фирмы Logical Devices) делают программирование ПМЛ (и ПЛМ) легкой работой. Они позволяют вам задавать логику либо через логические булевы уравнения, либо через таблицы истинности, для последовательностных схем вы задаете состояния и правила перехода. Подобно какому-либо хорошему языку высокого уровня, вы можете определять массивы (для набора сигналов, т. е. адресной шины), выражения и промежуточные значения, затем использовать их в других выражениях. Эти языки достаточно «умны» для преобразования таблиц истинности в логические выражения с последующей минимизацией их (также, как и логических булевых выражений) в логически идентичные, окончательный результат получается в форме, которая соответствует логическим ограничениям устройства (т. е. сумма произведений для ПМЛ). Вместо записи сверху вниз явнозаданных логических выражений для ряда значений вам достаточно записать что-то вроде ADDR: [10…FF], которое будет преобразовано в соответствующую логику. Эти языки также позволяют вам определять тест-векторы, с помощью которых тестируется ваша схема, кроме того, тест-векторы могут также посылаться в программатор для проверки запрограммированного кристалла. Наконец, эти языки позволяют получить стандартную документацию на законченный кристалл, что существенно, если вы захотите отлаживать приспособление с этими самодельными устройствами.
С целью конкретизации этих идей, давайте рассмотрим оба примера проектирования как последовательностных, так и комбинационных схем, используя язык CUPL.
Пример использования языка CUPL для проектирования преобразователя из 7-сегментного кода в шестнадцатеричный (комбинационная логика). Наступает время, когда вы захотите использовать желаемый БИС-кристалл, который выполняет определенную функцию (например, калькулятор или хронометр), как часть создаваемого вами устройства. Беда в том, что эти БИС-кристаллы обычно имеют выходы для прямого управления 7-сегментным индикатором, который предпочтительней, чем шестнадцатеричные (или двоичные) выходы, которые вы хотите получить. Давайте спроектируем кристалл-шифратор, который преобразует 7-сегментный код обратно в 4-битовый двоичный, такая функция не реализуется как стандартная микросхема (хотя существует дешифратор из семисегментного кода в двоично-десятичный, 74С915).
Входы представляют отдельные сегментные сигналы, которые всегда помечаются символами a — f (рис. 8.76).
Рис. 8.76. Коды 7-сегментного индикатора.
На рис. 8.76 показано, как цифры представляются на 7-сегментном индикаторе. Заметьте, что возможно двоякое представление «9» и «С», оба из которых должны корректно восприниматься вашей логикой. Для ПМЛ мы выбираем X6L8, 20-контактная комбинационная часть которой логически была показана на рис. 8.45.
Рис. 8.77 представляет входное описание на языке CUPL. Здесь сигналы запуска сегментов а — g обозначают входы (положительная логика), а шестнадцатеричные разряды D0-D3 выходы (отрицательная логика). Язык CUPL позволяет определить промежуточные переменные, которые могут быть использованы в выражениях позднее. В этом случае удобно определить очевидные переменные от zero до next через возможные отображения цифры в терминах сегментных входов. Это просто большие термы произведений (И) от входных сегментных переменных, которые вы можете прочесть из изображений цифр на рис. 8.76.
/** Inputs **/
PIN 1 = a; /* segment a */
PIN 2 = b; /* segment b */
PIN 3 = c; /* segment c */
PIN 4 = d; /* segment d */
PIN 5 = e; /* segment e */
PIN 6 = f; /* segment f */
PIN 7 = g; /* segment g */
/** Outputs **/
PIN 19 = !D3; /* msb of hex encode */
PIN 18 = !D2; /* */
PIN 17 = !D1; /* */
PIN 16 = !D0; /* 1sb */
/** Declarations and Intermediate Variable Definitions **/
zero = a & b & c & d & e & f & !g;
one = !a & b & с & !d & !e & !f & !g
two = a & b & !с & d & e & !f & g;
three = a & b & c & d & !e & !f & g;
four = !a & b & с & !d & !e & f & g;
five = a & !b & с & d & !e & f & g;
six = a & !b & c & d & e & f & g;
seven = a & b & с & !d & !e & !f & !g;
eight = a & b & c & d & e & f & g;
nine = a & b & с & !d & !e & f & g
# a & b & c & d & !e & f & g; /* two ways */
hexa = a & b & с & !d & e & f & g;
hexb = !a & !b & c & d & e & f & g;
hexc = !a & !b & !c & d & e & !f & g
# a & !b & !c & d & !e & f & !g; /* two ways */
hexd = !a & b & c & d & e & !f & g;
hexe = a & !b & !c & d & e & f & g;
hexf = a & !b & !c & !d & e & f & g;
/** Logic Equations **/
D3 = eight # nine # hexa # hexb # hexc # hexd # hexe # hexf;
D2 = four # five # six # seven # hexc # hexd # hexe # hexf;
D1 = two # three # six # seven # hexa # hexb # hexe # hexf;
D0 = one # three # five # seven # nine # hexb # hexd # hexf
Рис. 8.77. Спецификация преобразователя 7-сегментного представления в 16-ричное на языке CUPL.
Окончательно каждый двоичный выходной бит записывается как сумма (ИЛИ) цифровых переменных, при которых этот бит устанавливается. Мы используем уровни отрицательной логики, потому что 16L8 представляет матрицу И-ИЛИ-НЕ. Этим заканчивается логическая спецификация для языка.
Упражнение 8.29. Проверьте для себя правильность нашей работы, записав некоторые из отображаемых символов, через заданные нами промежуточные переменные zero-next.
Язык CUPL сначала использует определение промежуточных переменных для записи выражений D0-D3 прямо в термах входных переменных a — f, работа, которая подобно ассемблеру PALASM должна исполняться нами изначально. В этом случае логические уравнения представлены в желательной И-ИЛИ-НЕ форме. Однако мы не закончили на этом, так как 16L8 (и все другие комбинационные ПМЛ) допускают не более 7 термов произведений для каждой суммы, тогда как мы имеем 9, 8, 9 и 10 соответственно для выходов D0-D3. Одним решением может быть связывание выхода через вторичный вентиль ИЛИ, для того чтобы получить желательное число термов произведений в сумме.
Эта обычно рассматриваемая форма плоха, так как она удваивает задержки распространения, хотя это не так важно в медленных устройствах, подобных этому. Лучшее решение — произвести логическую минимизацию, используя логическую эквивалентность по формуле Моргана, например.
Мы запускаем минимизатор CUPL, который выдает термы произведений (рис. 8.78).
** Expanded Product Terms **
D0 =>
a & b & c & d & !e & g
# a & b & с & !e & f & g
# a & с & d & !e & f & g
# b & с & !d & !e & !f & !g
# !a & !b & c & d & e & f & g
# a & !b & !c & !d & e & f & g
