Programmerbar logisk teknologi

Oppbygging PLS - programmerbar logisk styring (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Programmerbar logisk teknologi

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

Definer følgende akronymer, som de gælder for digitale logikkredsløb:

ASIC
PAL
PLA
PLD
CPLD
FPGA
Reveal svar Skjul svar

ASIC: Application-Specific Integrated Circuit
PAL: Programmerbar Array Logic
PLA: Programmerbart logisk array
PLD: Programmerbar logisk enhed
CPLD: Kompleks Programmerbar Logisk Enhed
FPGA: Field-Programmerbar Gate Array

Opfølgningsproblem: Nu kommentere hvad hver af disse akronymer rent faktisk betyder, gå ud over en simpel recitering af definitionen.

Bemærkninger:

Der er en ægte "alfabet suppe" af akronymer i verden af ​​programmerbar digital logik, og disse er blot nogle få. At gå ind i den præcise betydning af hver akronym er måske ikke den bedste brug af tid til at besvare dette spørgsmål, da der ikke er en lille sammenhæng, hvor man kan forstå betydningerne. Forsøg venligst ikke at gøre, hvad så mange tekniske kurser gør, og det er ting elevernes hoveder med akronymdefinitioner til forsømmelsen om faktisk at forstå de forskellige teknologier. Dette spørgsmål er kun beregnet som en åbning til en dybtgående diskussion af programmerbar logik, og ikke et mål i sig selv!

Spørgsmål 2

Hvorfor skulle nogen bruge programmerbare logiske enheder (PLD, PAL, PLA, CPLD, FPGA osv.) I stedet for traditionel "hard-wired" logik som NAND, NOR, OG og ELLER porte "# 2"> Reveal Answer Hide svar

Jeg vil lade dig gøre forskningen på denne!

Bemærkninger:

Bed dine elever om at dele, hvor de fandt deres oplysninger om programmerbare enheder, og hvordan de fastslog fordelene og ulemperne ved denne teknologi i forhold til den hårdkædede logik.

Spørgsmål 3

Måske er den enkleste form for programmerbar logik et PROM integreret kredsløb, programmeret med en bestemt sandhedstabel. Tag f.eks. Dette eksempel på en 256 × 1 PROM:

Antag, at vi ønskede at programmere denne hukommelse IC til at fungere som en digital komparator og kun udstede en logisk "høj" tilstand, når to firebits binære tal er ens:

Beskriv, hvad sandtabellen vil se ud til de data, vi skal programmere til denne hukommelseschip. Hvor mange rækker vil sandtabellen have "# 3"> Reveal svar Skjul svar

Her er et tegn: sandhedstabellen ville kun have seksten rækker med en "1" -udgang. Alle andre rækker vil blive programmeret med "0" udgange!

Bemærkninger:

Dette er et eksempel på en opslagstabel, hvor vilkårlige data programmeret til et hukommelseskredsløb opfylder en logisk funktion. Hvis tiden tillader det, kan du diskutere med dine elever hvilke andre slags nyttige logiske funktioner der kan programmeres til i en PROM-chip som denne.

Spørgsmål 4

Mikrocontrollere er microchip med en chip, der indeholder en mikroprocessorkern, hukommelse, I / O-kontrol og andre tilknyttede komponenter, der er nødvendige for at gøre systemet selvstændigt. Enkelt sagt følger en mikrocontroller sekventielle instruktioner om, at nogen går ind i dens hukommelse.

Programmerbare logiske enheder er imidlertid fundamentalt forskellige fra mikrocontrollere både i, hvordan de programmeres og hvordan de virker efter programmering. Forklar, hvad nogle af disse forskelle er.

Reveal svar Skjul svar

I modsætning til mikrocontrollere er programmerbare logiske enheder ikke (nødvendigvis) sekventielle enheder: sidstnævnte fungerer som en samling af logiske porte og andre "primitive" logiske elementer for direkte at implementere visse logiske funktioner.

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever, hvordan programmerbare logiske enheder er mere primitive og direkte enheder end mikrocontrollere, som er mere abstrakte ved sammenligning. Måske er den nemmeste skelnen at forstå, hvad angår gateforbindelser. I en mikrocontroller er forbindelserne mellem dens indbyrdes porte fastgjort; kun softwaren (bits gemt i hukommelsen) ændres nogensinde. I en programmerbar logisk enhed er det som om du direkte smeder forbindelser mellem dens indbyrdes porte (så mange eller færre som nødvendigt), hvilket skaber et hardkablet kredsløb ved at angive forbindelser i et "hardware beskrivelse sprog" (HDL).

Spørgsmål 5

De enkleste typer programmerbare logiske IC'er kaldes PLD'er (Programmerbare Logic Devices), PAL'er (Programmerbar Array Logic), PLA'er (Programmable Logic Array) og GALs (Generic Array Logic). Mens hver akronym repræsenterer en lidt anden intern designarkitektur, deler disse enheder et fælles træk ved at bruge omformere, og porte og ELLER porte til at implementere enhver ønsket kombinationslogisk funktion.

Forklar, hvordan det er muligt at generere enhver vilkårlig logikfunktion med blot disse gate typer (inverter, OG, OR), uden nogen andre. Hvilket princip eller konvention af boolsk algebra bruges af disse enheder til at gøre dette?

Reveal svar Skjul svar

Med et tilstrækkeligt antal AND-, ELLER- og inverterporte kan enhver SOP- eller POS-ekspression genereres.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål kræver, at eleverne gennemgår principperne for, hvordan SOP og POS-udtryk relaterer sig til sandhedstabeller, og forklar dermed, hvordan enhver vilkårlig sandtabel kan være opfyldt.

Spørgsmål 6

Nogle programmerbare logiske enheder (og også PROM-hukommelsesenheder) bruger små sikringer, der forsætligt "blæser" i bestemte mønstre for at repræsentere det ønskede program. Programmering af en enhed ved at blæse små sikringer inde i det bærer visse fordele og ulemper - beskriv hvad nogle af disse er.

Reveal svar Skjul svar

Det lagrede program er bestemt ikke-flygtigt, men det vil også være skrivebeskyttet. Det er derfor, at sikringsprogrammerede enheder nogle gange kaldes ÖTP ". (Jeg vil lade dig undersøge hvad det akronym betyder.)

Bemærkninger:

Det er interessant at nævne, at nogle programmerbare enheder (f.eks. Texas Instruments 'TIBPAL-serien) er bygget med en "sikkerhedssikring" indeni, der forhindrer nogen i at omdanne en programmeret chip!

Spørgsmål 7

Et almindeligt begreb, der bruges til at beskrive den interne drift af en programmerbar logisk enhed, er en makrocell . Hvad er netop en makrocell?

Reveal svar Skjul svar

En makrocell er en samling af logiske porte og en flip-flop, klumpet sammen i en enhed. PLD'er har normalt mange macrocells, som kan være sammenkoblet til at danne en række synkroniske logiske funktioner.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at vise dig, hvor de fandt deres oplysninger, og hvis de var i stand til at bestemme, hvor mange macrocells der er i en typisk PLD.

Spørgsmål 8

De fleste mikrocomputere kan kun udføre en opgave (drift) ad gangen. De opnår illusionen om "multi-tasking" ved vekselvis at afsætte tid til en af ​​flere opgaver på en hurtig måde - en slags multiplexet beregning. De fleste programmerbare logiske enheder, derimod, er nemt i stand til at udføre flere logiske operationer på en virkelig simultan måde. Forklar hvordan dette er muligt, mens en mikroprocessor kun kan gøre én ting af gangen.

Reveal svar Skjul svar

Hemmeligheden er i programmeringen: Programmerbare logiske enheder er bogstaveligt talt "wired" af de programmer, du skriver til dem, med tusindvis af logiske elementer, der kan tilsluttes på næsten enhver måde, du ønsker. Mikroprocessorer har på den anden side faste ledninger, der svarer til sekvenser af trin, idet programmet blot angiver disse sekvenser af disse trin.

Bemærkninger:

At forstå sondringen mellem mikrocontrollere og programmerbare logiske enheder kan være svært, især hvis man har begrænset erfaring med begge (som de fleste studerende gør). Formålet med dette spørgsmål er at skubbe lidt mere på dette ofte misforståede emne samtidig med at fremhæve et vigtigt element i programmerbar logik: ægte simultanitet.

Det grundlæggende princip, som jeg ønsker, at eleverne skal se fra disse analogier, er at mikrocontrollere og mikroprocessorer omprogrammeres ved at ændre en række faste operationer, mens programmerbare logiske systemer omprogrammeres ved at ændre foreninger mellem faste elementer.

Spørgsmål 9

Verilog og VHDL er to populære eksempler på et hardwarebeskrivelsessprog, der bruges ved arbejde med programmerbar logik. Forklar formålet med et sådant "sprog". Hvad betyder det for en tekniker eller ingeniør at "tale" dette sprog, og hvordan bliver det "talt" med en faktisk programmerbar chip?

Reveal svar Skjul svar

Et hardwarebeskrivelsessprog (HDL) er en tekstkonvention til angivelse af sammenkobling af en programmerbar logisk enhed. Tekstfiler skrives af en menneskelig programmør, og derefter "kompileres" til en formular, som den programmerbare logiske enhed kan acceptere og bruge direkte.

Bemærkninger:

Hvis tiden tillader det, kan du sammenligne og kontrast med fuldt udbredte sprog som Verilog og VHDL med mere primitive hardwarebeskrivelsessprog som ABEL. I begge tilfælde er emner, der er skrevet i en HDL, dog beregnet til at beskrive sammenkobling af tilgængelige logiske elementer inde i en programmerbar logisk enhed.

Spørgsmål 10

Lighederne og forskellene mellem mikrocontroller (mikroprocessor) og programmerbare logiske enheder kan belyses analogt. Læs følgende scenarier, hvor to forskellige løsninger anvendes til at løse almindelige problemer. For hvert scenario skal du bestemme hvilken løsning der er analog med en mikrocontroller, og hvilken løsning er analog med en programmerbar logisk enhed:

En virksomhedsleder skal træffe en ansættelsesbeslutning: Leje flere specialkvalificerede medarbejdere til at udføre forskellige opgaver (en opgave pr. Person) eller ansætte nogle bredt uddannede personer, der kan få nye instruktioner og / eller træning for at skifte mellem forskellige opgaver efter behov.
To tinkerers ændrer klavererne til at afspille korte sange automatisk (uden menneskelig operatør). Den første beslutter at opbygge en "tape reader" -enhed svarende til en gammel mekanisk afspiller-klaver, hvor et papirrullebærende hul hul "fortæller" klavernøglerne, når de skal strejke og i hvilken rækkefølge. Den anden beslutter at opbygge en meget enklere sekventeringsmekanisme, hvor hver nøgle på klaveret fra venstre til højre bliver slået i rækkefølge, den korrekte bestilling af noter i sangen arrangeres ved at forbinde nøglerne til forskellige hammere inde i klaveret.
Reveal svar Skjul svar

Første scenario: bredt uddannede medarbejdere = mikrocontroller; specialuddannede medarbejdere = programmerbar logik.

Andet scenario: tape reader = microcontroller; re-linking nøgler til hammers = programmerbar logik.

Bemærkninger:

At forstå sondringen mellem mikrocontrollere og programmerbare logiske enheder kan være svært, især hvis man har begrænset erfaring med begge (som de fleste studerende gør). Spørgsmål som dette, som beder eleverne om at undersøge modsatte analogier, lærer nogle af de kendetegnende principper uden at blive mired i tekniske detaljer.

Det grundlæggende princip, som jeg ønsker, at eleverne skal se fra disse analogier, er at mikrocontrollere og mikroprocessorer omprogrammeres ved at ændre en række faste operationer, mens programmerbare logiske systemer omprogrammeres ved at ændre foreninger mellem faste elementer.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →