7.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ

Программируемые логические матрицы (ПЛМ) как и ППЗУ относятся к программируемым ИС двухступенчатой структуры, состоящей из двух последовательных матриц «Матрица И — матрица ИЛИ» [77]. ПЛМ отличается от ППЗУ тем, что в ППЗУ матрица И жесткая, а матрица ИЛИ программируемая, а в ПЛМ обе матрицы И и ИЛИ программируемые. Второе отличие состоит в том, что на ПЛМ можно реализовать не любую систему переключательных функций, как на ППЗУ, а лишь удовлетворяющую дополнительному ограничению: длина дизыонктивных нормальных форм воспроизводимых функцией не должна превышать числа переходных цепей между матрицами И и ИЛИ.

Структурная схема ПЛМ (рис. 7.22) состоит из входных и выходных буферных каскадов и матрицы элементов И и ИЛИ . Входные буферы разгружают входные цепи и преобразуют однофазные входные сигналы в парафазные. Выходные буферы обеспечигают необходимую нагрузочную способность ПЛМ и стробируют ее с помощью входа выборки кристалла ВК, сигнал на котором либо разрешает работу ПЛМ, либо переводит выходы в состояние «Отключено».

Основными параметрами ПЛМ являются число входов , число переходных цепей (термов) и число выходов . Структура матрицы И и ИЛИ состоит из горизонтальных и вертикальных шин, в узлах пересечения которых находятся элементы связи (ЭС), которые при программировании вводятся или устраняются (рис. 7.23,а).

Рис. 7.22.

В качестве ЭС могут служить рассмотренные ЗЭ, например, диоды в матрице (рис. ) и транзисторы в матрице Мили (рис. 7.23,в).

Рис. 7.23.

ПЛМ широко используются как и ППЗУ для реализации переключательных функций преобразования кодов, так и в качестве управляющей памяти ЭВМ с микропрограммным управлением. Следует отметить, что ППЗУ реализует наиболее развернутые формы представления функций (СДНФ) и для них не используется минимизация функций. Для ПЛМ реализуемую систему функций следует минимизировать. Для построения автоматов с памятью к ПЛМ добавляют триггеры (регистры).

ПЛМ с памятью имеет структуру, связанную с классической структурой автомата с памятью (рис. 7.24,а).

Результат данного шага обработки информации зависит от результатов предыдущих шагов: это обеспечивается обратной связью с регистра на вход матрицы Число внутренних состояний определяется числом триггеров (разрядностью q регистров) и не превышает .

Рис. 7.24.

Рис. 7.25.

Обычно ПЛМ с памятью выполняется как синхронное устройство — петля обратной связи активизируется только по разрешению тактовых сигналов. В оперативно программируемых ПЛМ элементы связи можно программировать многократно. Для этого в матрицах И и ИЛИ совместно с ЭС включают триггер, который может активизировать или блокировать ЭС в данном узле координатной сегки (рис. ).

Когда число N функций в системе больше числа выходов ПЛМ лплм), то несколько ПЛМ включают параллельно входом как число термов предполагается достаточным все ПЛМ можно запрограммировать на одни и те же темы. В противном случае, когда ПЛМ подключают дополнительные с тем же числом входов и выходов (рис. 7.25,б).

Рис. 7.26

(см. оригинал)

Рис. 7.27

(см. оригинал)

Таблица 7.3

Таблица 7.4

По входам ПЛМ включают параллельно, а соответствующие выходы соединяют по ИЛИ. При этом каждая матрица программируется на свои термы, затем из термов на выходах собираются нужные функции.

ПЛМ с памятью широко используют для построения последовательностных схем (счетчиков, регистров). Рассмотрим построение синхронного двоично-десятичного счетчика на -триггерах. Из таблицы истинности работы счетчика (табл. 7.3) и характеристической таблицы (табл. 7.4) составим карты Карно для каждого -входа триггеров счетчика (рис. 7.26).

Из карт Карно для счешика можно получить следующие уравнения:

На рис. 7.27 показана реализация уравнений счетчика с помощью ПЛМ с элементами памяти на -триггерах, выходы которых являются сигналами обратной связи для матрицы И. Таким образом, входной сигнал на триггере равен сумме членов произведения Эта величина равна , и на следующем тактовом импульсе будет действовать по цепн обратной связи как сигнал . Для других состояний счетчика все происходит аналогично.