Тема 9. .Программируемые логические матрицы (ПЛМ) и программируемые логические интегральные микросхемы (ПЛИС)

Студент должен

Знать:

· Назначение ПЛМ и ПЛИС;

· Программирование и принцип работы ПЛМ.

Уметь:

· Реализовывать на ПЛМ различные типовые узлы.

На рисунке 9.1 показана структура ПЛМ.

Цепи входных переменных Х1, Х2, … и их инверсий , составляют горизонтальные цепи матрицы М1, вертикальными цепями которой служат так называемые цепи конъюнкции.

Другую матрицу М2 образуют цепи конъюнкции с горизонтальными цепями выходов У1и У2. В узлах матрицы М1 включены элементы, с помощью которых на цепях конъюнкции могут формироваться любые требуемые конъюнкции входных переменных, имеющиеся в узлах матрицы М2 элементы позволяют формировать на выходных цепях любые требуемые дизъюнкции функций, полученных на цепях конъюнкций. В процессе программирования ПЛМ в узлах матриц М1 и М2 производят подключение элементов, которые необходимы для реализации требуемых выходных логических функций У1и У2. В зависимости от того, прямая или инверсная функция реализуется, в выходные цепи могут включаться инверторы.

Матрица М1 содержит горизонтальные цепи, на которых действуют входные переменные Х1, Х2 и их инверсии , и вертикальные цепи, на которых формируются конъюнкции Р1, Р2. В отдельных узлах матрицы между ее вертикальными и горизонтальными цепями включены диоды. На вертикальной цепи образуется высокий потенциал (уровень лог. «1») в том случае, когда на всех входах, идущим к узлам, содержащим диоды, действует высокий потенциал (уровень лог. «1»), закрывающий диоды. Если хотя бы на одном из таких входов низкий потенциал (уровень лог. «0»), открывается диод и уровень лог. «0» с этого входа через открытый диод передается на вертикальную цепь матрицы.

Рисунок 9.1

На рисунке 9.1 крестиками показаны участки, в которых в процессе программирования создаются соединения. Таким образом, в этой схеме: Р1 = Х1·Х2, Р2 = Х1 · Х2 ·Х3, Р3 = Х3, Р4=Х1·Х2·Х3, Р5=Х2·Х3.

Включая в соответствующие узлы диоды, можно на выводах pi сформировать любые конъюнкции входных переменных и их инверсий.

В узлах матрицы М2 между цепями Рi и Уi включены транзисторы, базы которых подключены к цепям Рi, а эмиттеры – к цепям Уi. Если в цепи Рi, действует высокий потенциал (уровень лог. «1»), транзистор оказывается в открытом состоянии и высокий потенциал через открытый транзистор передаётся в цепь Уi и Уi = 1 независимо от уровней на других выходах матрицы М1. Таким образом, в схеме на рисунке 9.1

У1=Х1 *Х2 v Х3, У2=Х1* Х2 v Х1 *Х2*Х3* Х3, У3= Х1 * Х2*Х3 v Х2*Х3

Программа функционирования приведенной на рисунке 9.1 ПЛМ может быть представлена таблицей 9.1.

Таблица 9.1 - Программа функционирования ПЛМ

Таблица строится по следующему правилу. На пересечении j-й строки и столбца Хi записывается 1, если Хi входит в конъюнкцию Рi на выходе матрицы М1 без инверсии, и 0 – если с инверсией, если Хi не входит в j-ю конъюнкцию, то ставится прочерк. На пересечении i-й строки и столбца Уk, записывается 1, если i-я элементарная конъюнкция входит в ДНФ* Уk, и точка в противном случае.

*Примечание:

ДНФ – дизъюнктивной нормальной формой называется такая форма представления функции, при которой логическое выражение строится в виде дизъюнкции ряда членов, каждый из которых является простой конъюнкцией элементов элементов или их инверсий, например