Tehnologie logică programabilă

TinyCAD - Tipuri de porti logice - Tutorial 6 - electroKITS.ro (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Tehnologie logică programabilă

Circuite digitale


Intrebarea 1

Definiți următoarele acronime pe măsură ce se aplică circuitelor logice digitale:

ASIC
PAL
PLA
PLD
CPLD
FPGA
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

ASIC: Circuit integrat specific aplicației
PAL: Logică arhivă programabilă
PLA: Arhitectură logică programabilă
PLD: Dispozitiv logic programabil
CPLD: dispozitiv complex logic programabil
FPGA: Field Gateway Programable Gate

Urmărește întrebarea: acum, comentează ceea ce înseamnă în realitate fiecare dintre aceste acronime, depășind o simplă recitare a definiției.

Note:

Există o adevărată "supă de alfabet" de acronime în lumea logicii digitale programabile, și acestea sunt doar câteva. Intrarea în sensul precis al fiecărui acronim nu poate fi cea mai bună utilizare a timpului pentru a răspunde la această întrebare, deoarece există un context redus în care să înțelegem semnificațiile. Vă rugăm să nu încercați să faceți ceea ce fac atât de multe cursuri tehnice, și acest lucru este chestia studenților chestii cu definiții de acronim la neglijarea înțelegerii efective a diferitelor tehnologii. Această întrebare are drept scop doar o deschidere spre o discuție aprofundată a logicii programabile și nu un scop în sine!

intrebarea 2

De ce ar folosi cineva dispozitivele logice programabile (PLD, PAL, PLA, CPLD, FPGA, etc.) în locul logicii tradiționale "hard-wired", cum ar fi porțile NAND, NOR, AND și OR "# 2"> Reveal answer Răspuns

Te las să faci cercetările despre asta!

Note:

Cereți elevilor să vă împărtășiți unde își găsesc informațiile despre dispozitivele programabile și cum au determinat avantajele și dezavantajele acestei tehnologii în comparație cu logica hard-wire.

Întrebarea 3

Poate că cea mai simplă formă de logică programabilă este un circuit integrat PROM, programat cu o tabelă de adevăr specifică. Luați, de exemplu, acest exemplu de PROM 256 × 1:

Să presupunem că am dori să programați acest IC pentru a acționa ca un comparator digital, generând o stare "ridicată" logică numai atunci când două numere binare pe patru biți sunt egale:

Descrieți cum ar arăta masa de adevăr pentru datele pe care trebuie să le programați în acest cip de memorie. Câte rânduri ar avea masa de adevăr "# 3"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Iată o idee: masa de adevăr ar avea doar șaisprezece rânduri cu o ieșire "1". Toate celelalte rânduri vor fi programate cu ieșiri "0"!

Note:

Acesta este un exemplu de tabel de căutare, unde datele arbitrare programate într-un circuit de memorie îndeplinesc o funcție logică. Dacă timpul permite, discutați cu elevii dvs. ce alte tipuri de funcții logice utile ar putea fi programate într-un chip PROM, cum ar fi acesta.

Întrebarea 4

Microcontrolerele sunt microcomputere cu o singură chip, care conțin un nucleu microprocesor, memorie, control I / O și alte componente asociate necesare pentru a face sistemul autonom. Pur și simplu, un microcontroler urmează instrucțiuni secvențiale pe care cineva le introduce în memoria sa.

Dispozitivele logice programabile, cu toate acestea, sunt fundamental diferite de microcontrolere atât în ​​modul în care acestea sunt programate și modul în care acestea funcționează după ce au fost programate. Explicați care sunt unele dintre aceste diferențe.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Spre deosebire de microcontrolere, dispozitivele logice programabile nu sunt (în mod necesar) dispozitive secvențiale: acestea din urmă acționează ca o colecție de porți logice și alte elemente logice "primitive" pentru a implementa direct anumite funcții logice.

Note:

Discutați cu elevii despre modul în care dispozitivele logice programabile sunt dispozitive mai primitive și mai directe decât microcontrolerele, care sunt mai abstracte prin comparație. Poate că distincția cea mai ușoară de înțeles este în ceea ce privește conexiunile la poartă. Într-un microcontroler, conexiunile dintre porțile sale componente sunt fixe; numai software-ul (biții stocați în memorie) se modifică vreodată. Într-un dispozitiv logic programabil, este ca și cum ați forța conexiunile între porțile sale constitutive (cât mai multe sau mai puține cât este nevoie), creând un circuit hard-wire prin specificarea conexiunilor într-un "limbaj de descriere a hardware-ului" (HDL).

Întrebarea 5

Cele mai simple tipuri de circuite integrate logice programabile se numesc PLD-uri (dispozitive logice programabile), PAL (Logic arhivabil programabil), PLA (Array logic programabil) și GALs (Generic Array Logic). În timp ce fiecare acronim reprezintă o arhitectură de design internă ușor diferită, aceste dispozitive au o caracteristică comună a utilizării invertoarelor, porților AND și porți OR pentru a implementa orice funcție logică combinată dorită.

Explicați modul în care este posibilă generarea oricărei funcții logice arbitrare doar cu aceste tipuri de porți (invertor, AND, OR), fără alții. Ce principiu sau convenție de algebră booleană este folosit de aceste dispozitive pentru a face acest lucru?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cu un număr suficient de porți AND, OR și invertor, orice expresie SOP sau POS poate fi generată.

Note:

Această întrebare cere studenților să revizuiască principiile cum se referă expresiile SOP și POS la tabelele de adevăr și explică modul în care poate fi îndeplinită o tabelă de adevăr arbitrară.

Întrebarea 6

Unele dispozitive logice programabile (și dispozitive de memorie PROM, de asemenea) utilizează mici siguranțe care sunt intenționat "suflate" în modele specifice pentru a reprezenta programul dorit. Programarea unui dispozitiv prin suflare de siguranțe mici în interiorul acestuia prezintă anumite avantaje și dezavantaje - descrieți ce sunt unele dintre acestea.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Desigur, programul stocat va fi nonvolatil, dar va fi de asemenea citit. De aceea, dispozitivele programate cu siguranțe sunt numite ÖTP ". (Vă voi lăsa să cercetați ce înseamnă acest acronim.)

Note:

Este interesant de menționat că unele dispozitive programabile (de exemplu, seria TIBPAL de la Texas Instruments) sunt construite cu o "siguranță de siguranță" în interiorul căreia îi împiedică pe oricine să investească invers un cip programat!

Întrebarea 7

Un termen comun folosit pentru a descrie funcționarea internă a unui dispozitiv logic programabil este o macrocell . Ce, exact, este o macrocelulă?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

O macrocelula este o colecție de porți logice și un flip-flop, concentrate împreună într-o singură unitate. PLD-urile au de obicei multe macro-celule, care pot fi interconectate pentru a forma o varietate de funcții logice sincrone.

Note:

Cereți studenților să vă arate unde își găsesc informațiile și dacă au reușit să determine cât de multe macro-celule sunt într-un PLD tipic.

Întrebarea 8

Majoritatea microcomputerelor pot efectua o singură sarcină (funcționare) la un moment dat. Ei realizează iluzia de "multi-tasking", alternând devotându-și într-un mod rapid un timp uneia sau mai multor sarcini - un fel de calcul multiplexat. Cele mai multe dispozitive logice programabile, pe de alta parte, sunt usor capabile sa efectueze mai multe operatii logice intr-un mod cu adevarat simultan. Explicați modul în care acest lucru este posibil, în timp ce un microprocesor poate face doar un singur lucru la un moment dat.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Secretul se află în programare: dispozitivele logice programabile sunt literalmente "cablate" de programele pe care le scrieți pentru ele, cu mii de elemente logice disponibile pentru a fi conectate în aproape orice fel doriți. Microprocesoarele, pe de altă parte, au cabluri fixe care răspund la secvențe de pași, programul specificând doar acea secvență a acelor pași.

Note:

Înțelegerea distincției dintre microcontrolere și dispozitivele logice programabile poate fi dificilă, mai ales dacă aveți o experiență limitată cu ambele (așa cum fac majoritatea elevilor). Scopul acestei întrebări este de a arunca o lumină mai mult asupra acestui subiect adesea neînțelept, subliniind simultan o trăsătură importantă a logicii programabile: simultaneitate adevărată.

Principiul fundamental pe care vreau să-l vadă studenții din aceste analogii este că microcontrolerele și microprocesoarele sunt reprogramate prin schimbarea unei secvențe de operațiuni fixe, în timp ce sistemele logice programabile sunt reprogramate prin schimbarea asociațiilor între elementele fixe.

Întrebarea 9

Verilog și VHDL sunt două exemple populare ale unui limbaj de descriere a hardware-ului folosit la lucrul cu logica programabilă. Explicați scopul unei astfel de "limbi". Ce înseamnă pentru un tehnician sau inginer să "vorbească" această limbă și cum se vorbește cu un cip programabil real?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

O limbă de descriere a hardware-ului (HDL) este o convenție textuală pentru specificarea interconexiunilor unui dispozitiv logic programabil. Fișierele text sunt scrise de un programator uman, apoi "compilate" într-o formă pe care dispozitivul logic programabil poate accepta și folosi direct.

Note:

Dacă timpul permite, este posibil să doriți să comparați și să contrastați limbile complet prezentate, cum ar fi Verilog și VHDL, cu limbi de descriere hardware mai primitive, cum ar fi ABEL. În orice caz, totuși, fișierele scrise într-un HDL sunt destinate să descrie interconexiunile elementelor logice disponibile în interiorul unui dispozitiv logic programabil.

Întrebarea 10

Similitudinile și diferențele dintre sistemele microcontroler (microprocesor) și dispozitivele logice programabile pot fi iluminate prin analogie. Citiți următoarele scenarii în care sunt utilizate două soluții diferite pentru a rezolva problemele comune. Pentru fiecare scenariu, determina ce soluție este analogă cu un microcontroler și care soluție este analogă cu un dispozitiv logic programabil:

Un manager de afaceri trebuie să ia o decizie de angajare: fie să angajeze mai mulți angajați cu calificare specializată pentru a îndeplini diverse sarcini (o sarcină pe persoană), fie să angajeze câțiva oameni calificați care pot primi instrucțiuni noi și / după cum este necesar.
Doi tinkerers modifică pianele pentru a reda automat cântecele scurte (fără operator uman). Primul decide să construiască un dispozitiv "cititor de bandă", similar cu cel al unui mecanic vechi-pian, în care o hârtie de defilare care poartă pumnii "spune" cheile de pian când să lovească și în ce ordine. Cel de-al doilea decide să construiască un mecanism mult mai simplu de secvențiere, în care fiecare cheie de pe pian de la stânga la dreapta este lovită în ordine, ordonarea corectă a notelor din piesă fiind aranjată prin re-conectarea cheilor la ciocane diferite din interiorul pianului.
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Primul scenariu: angajați cu o înaltă calificare = microcontroler; specialiști calificați = logică programabilă.

Al doilea scenariu: cititor de bandă = microcontroler; re-conectarea cheilor la ciocane = logica programabilă.

Note:

Înțelegerea distincției dintre microcontrolere și dispozitivele logice programabile poate fi dificilă, mai ales dacă aveți o experiență limitată cu ambele (așa cum fac majoritatea elevilor). Întrebări precum acest lucru, care îi cer elevilor să studieze analogiile opuse, învață unele dintre principiile distinctive fără a deveni îngrozite în detalii tehnice.

Principiul fundamental pe care vreau să-l vadă studenții din aceste analogii este că microcontrolerele și microprocesoarele sunt reprogramate prin schimbarea unei secvențe de operațiuni fixe, în timp ce sistemele logice programabile sunt reprogramate prin schimbarea asociațiilor între elementele fixe.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →