Использование мультиплексора для уменьшения емкости ПЗУ.

При использовании ПЗУ есть возможность анализировать все входных комбинаций, где m – число входов. На практике же для перехода из одного внутреннего состояния в другое достаточно анализировать только один входной сигнал, в следующем состоянии – один другой сигнал.

В этих случаях для сокращения ёмкости памяти удобно использовать мультиплексор, на информационные входы которого подаются входные сигналы X, а какой из входных сигналов анализировать и подавать на ПЗУ зависит от внутреннего состояния. Этот способ иллюстрируется следующей структурной схемой

 

На нижние (l) информационные входы мультиплексора подключаются все входные сигналы, а двоичное число Q поступая на управляющие входы, позволяет выбрать нужный в данном состоянии входной сигнал и подключить его на выход X_q. Число Q, образуется на нескольких дополнительных выходах ПЗУ. D-триггер исключает изменение Х_q между двумя тактовыми импульсами.

Если для изменения состояния должны быть опрошены несколько переменных, то нужно осуществлять перебор всех переменных последовательно, т.к. мультиплексор может выбрать в каждый момент времени только одну переменную. Для этого разбивают такое состояние на несколько подсостояний, для каждого из которых выбирается только одна переменная.

Дополнительные аппаратные затраты в таком случае всё же малы по сравнению с экономией памяти, получаемой при мультиплексированном опросе входных переменных.

Проиллюстрируем это на примере. Пусть необходимо спроектировать устройство, алгоритм работы которого задан блок-схемой, изображенной ниже.

Работу устройства по предложенному алгоритму можно описать следующим графом:

Состояние В соответствует планируемому использованию мультиплексора. Здесь анализируют только . В остальных А и С нужно анализировать несколько сигналов. Поэтому разобьем их на подсостояния , в каждом из которых будем анализировать только одну входную переменную. В результате получим модифицированный граф, представленный ниже.

Имеем 8 состояний, которые обозначим как – . Легко проверить, что переход из макросостояния А в макросостояние В происходит тогда, когда в соответствии с первоначальным графом.

Для представления восьми состояний требуются три переменные состояния.

Отсюда определяем необходимую длину слова – 8 бит. Кроме трёх переменных состояний адресной переменной является также выходной сигнал мультиплексора. Отсюда находим информационную емкость памяти: 2⁴ слов по 8 бит = 128 бит.

Это составляет лишь примерно десятую часть по сравнению ёмкостью памяти, необходимой при стандартной реализации.

Составление таблицы истинности не представляет труда. Из графа, учитывающего подсостояния непосредственно получается таблица состояний. Она показывает, какое состояние следует за состоянием в зависимости от того, какое значение (1 или 0) принимает х.

Таблица состояний. Таблица программирования ППЗУ.

Было

Стало

Что ана-лизи-руем

2 z

1 z

0 z

2 x

1 x

0 x

Состо-яние

Состо-яние

*

*

*

*

*

*

*

*

 

Информацию Было подаем на входы ПЗУ, а Стало и Что анализируем снимаем с выходов ПЗУ.

Функциональная схема устройства.

D-триггер на выходе мультиплексора необходим для исключения гонок между тактовыми импульсами, если один из входных X придёт в произвольный момент времени.

Длительность тактовых импульсов (ТИ) должна быть больше, чем время распространения сигнала через триггер и ROM.

Длительность существования выходного сигнала D равна периоду ТИ. Если надо увеличить время существования D, нужно уменьшить частоту ТИ, но в этом случае переключения в других состояниях также произойдут с аналогичной задержкой. Поэтому, если D должно существовать на интервале Δt, то проще поставить времязадающий элемент (таймер, одновибратор, формирователь импульса) и его выход подключить к свободному информационному входу мультиплексора.

При введении времязадающего элемента не достаточно логических выражений, необходимо описание его работы сопровождать временными диаграммами, так как этот элемент может формировать импульс требуемой длительности Δt₁, или задерживать выходной сигнал на требуемую длительность Δt₂, и т.п.