Программируемые логические матрицы (ПЛМ)

Программируемая логическая матрица [2] представляет собой функциональный блок, созданный на базе интегральной полупроводниковой технологии и предназначенный для реализации логических схем цифровых систем. В зависимости от внутренней организации ПЛМ можно разделить на ПЛМ комбинационного типа и ПЛМ с памятью. ПЛМ второго типа используются для построения цифровых автоматов по рис.2 на основе всего лишь одной микросхемы.

ПЛМ первого типа строятся по двухуровневой структуре рис.17а).

Условное обозначение ПЛМ с указанием параметров s, t и q приведено на рис.17б).

Рис.17. Структура программируемой логической матрицы

Матрица конъюнкций (МК) имеет s входов и содержит в себе q конъюнкций, следовательно, имеет q выходов. Эта матрица позволяет реализовать до q элементарных конъюнкций P₁,...,P_q переменных x₁,...,x_S, поступающих на её входы. Матрица дизъюнкций (МД) имеет q входов и t выходов. Она позволяет реализовать до t ФАЛ, записанных в ДНФ.

На одной ПЛМ(s, t, q) может быть реализована система булевых функций: y₁(x_S, ... ,x₁), ... , y_t(x_S, ... ,x₁),

имеющих В £ q, где В суммарное количество различных элементарных конъюнкций в системе функций y_i .

Примеры ПЛМ

Промышленностью выпускаются микросхемы ПЛМ 556РТ1 и 556РТ2, отличающиеся параметрами выходных программируемых усилителей. Микросхема 556РТ1 имеет выход с открытым коллектором, 556РТ2 - с тремя состояниями. Условные обозначения микросхем приведены на рис.18.

Рис.18. Условные обозначения ПЛМ

Логическая схема ПЛМ приведена на рис.19 [3].

Рис.19. Логическая схема ПЛМ

Микросхемы реализуют восемь функций от 16 входных переменных. При этом логические функции представляются в дизъюнктивной нормальной форме и общее число конъюнкций для всех функций не должно превышать 48. Микросхемы имеют инверсный вход разрешения выборки кристалла CE и линию разрешения программирования FE.

Логическая схема ПЛМ содержит два уровня программируемой логики.

Первый логический уровень включает матрицу из 48 схем И (конъюнкторов), организующую логические произведения (конъюнкции) P_i от входных переменных А_m и их инверсий . Инвертирование логических переменных A_m осуществляется входными буферными усилителями.

В исходном состоянии все плавкие связи сохранены (a_im= =1, i={0,47} m={0,15}), что обеспечивает нулевое значений всех конъюнкций. С помощью выплавляемых связей a_im и каждый i-конънктор может быть соединён либо с входной переменной A_m либо с её инверсией . Удаление перемычек (a_im= =0) устанавливает независимость конъюнкции P_i от переменной A_m. Не допускается в рабочем i-конъюнкторе ПЛМ оставлять одновременно обе парные перемычки (a_im= =1) для неиспользуемого входа A_m, так как это влечёт за собой тождественно нулевое значение P_i . Все перемычки резервных схем И, как правило оставляют целыми.

Второй логический уровень образует матрица из восьми 48-входовых схем ИЛИ (дизъюнкторов), по одной на каждый выход ПЛМ. Плавкие перемычки b_ji позволяют организовать выборочную дизъюнкцию конъюнкций P_i . В исходном состоянии, когда все перемычки целы (b_ji=1, j={0,7}, i={0,47}) и P_i=0, все дизъюнкции S_j =0. В рабочей ПЛМ допускается оставлять перемычки b_ji для каждого неиспользуемого (резервного) i-конъюнктора, если его выход равен нулю. Эта связь может в дальнейшем потребоваться при редактировании рабочей ПЛМ, так же как и все другие резервные связи микросхемы.

На выходах схем ИЛИ находится слой программируемых инверторов, построенный на схемах двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, и ряд буферных элементов, открываемых сигналом CE. Удалением перемычек g_j можно выборочно изменить значение уровня выходного сигнала. В исходном состоянии g_j =1 и при выбранной схеме (CE=0), на всех выходах считывается нуль.