Построение комбинационных схем с использованием логических элементов

Лабораторная работа № 7.
Тема: Построение комбинационных схем с использованием логических элементов.


Цель и содержание работы: Информация о комбинационных схемах, условное описание комбинационных схем, знакомство с основными особенностями.


Теоретическая часть
Схема, состоящая из логических элементов, выполняющих логическую функцию или набор логических функций, называется схемой комбинирования (CS). В общем виде KS можно представить в виде диаграммы, показанной на рисунке 1.

Рисунок 7.1. Условное описание схемы комбинирования.
Икс₁, x2, ..., xn - входные тракты КС;
у₁, y2, ..., yk - выходные тракты КС.

Можно указать следующие основные особенности комбинированной схемы:

- состоит только из логических элементов;
- не умеет запоминать;
- Отсутствие цепочки обратной связи;
- один или несколько выходов.
Понятие глубины КС (количества уровней) широко используется и определяется количеством логических элементов на пути сигнала от входа КС до пути вывода. Глубина KS сильно влияет на его скорость, поскольку каждый логический элемент имеет свойство внутренней задержки распространения сигнала. Элементы, используемые при строительстве КС, характеризуются рядом технических параметров. Из них важны параметры коэффициента связи на входном тракте, коэффициента ветвления на выходном тракте и задержки сигнала в логическом элементе.
Коэффициент агрегации логического элемента на входном тракте определяется количеством логических элементов, которые могут быть подключены к этому входному тракту.
Коэффициент ветвления логического элемента на пути вывода определяется количеством логических элементов, которые могут быть подключены к этому пути вывода.
Если какой-либо логический элемент CS перегружен на выходе, снижение нагрузки достигается путем внесения эквивалентных изменений в структуру CS.
Задержка сигнала в логическом элементе характеризуется интервалом времени между моментом установки сигналов на входном и выходном трактах логического элемента. Распространение сигнала по КС, характеризующее скорость КС, зависит от задержки сигнала в логических элементах, через которые проходит сигнал. Распространение сигнала в базовой станции по-разному может привести к разным задержкам и, как следствие, к нестабильной работе базовой станции.
Проблема синтеза CS является сложной задачей, которая требует проектирования CS, выполняющего заданную логическую функцию на заданной основе. Традиционный метод синтеза КС включает следующие этапы:
- формируется МДНШ или МКНШ данной логической функции;
- совершенно нормальная форма сгенерированной функции минимизируется с помощью произвольного метода минимизации логических функций;
- Полученная минимальная функция выражается на заданной основе, т.е. сводится к форме оператора;
- Функция перенесена с операторского вида на схему.
Например. Требовать синтеза KS на основе И-НЕ, который выполняет логическую функцию, указанную в Таблице 1.
Решение. На первом этапе создается МДНШ логической функции по таблице:
.
MDNSH, сгенерированный на втором этапе, минимизируется с помощью диаграммы Вейха (рисунок 2).

			1
		1	1	1

Рисунок 7.2. Минимизируйте функцию в соответствии с диаграммой Ваха.

В результате минимизации получается.

На третьем этапе минимальная форма функции представляется по принципу И-НЕ:

На четвертом этапе функция изменяется с основного вида на схематический вид (рисунок 3).
На практике, наряду с проблемой синтеза КС, широко используется задача анализа И. Анализ КС противоположен задаче синтеза, в которой КС задается в качестве исходной информации и требуется для определения закона ее действия, то есть логической функции. Следует отметить, что анализ КС не только определяет логическую функцию, но и позволяет упростить КС, то есть удалить лишние элементы, не влияющие на ее работоспособность.

Рисунок 7.3. Комбинированная схема функции на основе И-НЕ.